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高中物理人教版 (新课标)选修32 分子的热运动学案
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 分子的热运动学案，共4页。学案主要包含了例4－1，例4－2，例5－1，例5－2等内容，欢迎下载使用。
1．扩散现象
(1)定义：不同的物质能够彼此进入对方的现象。
扩散现象是分子永不停息地做无规则运动的证据。温度越高，扩散进行得越快。
(2)产生：扩散现象不受外界影响，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。
(3)应用：生产半导体器件时，通常在高温条件下通过分子的扩散在纯净半导体材料中掺入其他元素。
【例1】 下列关于扩散现象的说法正确的是( )
A．扩散现象只能发生在气体与气体间
B．扩散现象只能发生在液体与液体间
C．扩散现象只能发生在固体与固体间
D．任何物质间都可发生相互扩散现象
解析：不同物质之间，由于分子的运动，总会存在着扩散现象，只是进行的快慢程度有所不同(温度、物体形态等因素影响)。如墙角放一堆煤，墙及墙内都会变黑，所以扩散现象不仅存在于气体与气体、液体与液体、固体与固体之间，同样也存在于液体与固体、气体与固体、液体与气体之间。
答案：D
点评：理解扩散现象产生的原因是构成物质的分子永不停息运动的结果，就能快速准确地得出结论。
谈重点 扩散现象是否明显的影响因素
(1)物质处于固态、液态和气态时均能发生扩散现象，只是气态物质的扩散现象最显著；常温下处于固态时扩散现象不明显。
(2)在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。这表明温度越高，分子运动得越剧烈。
(3)扩散现象发生的显著程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著；当进入对方的分子浓度较高时，扩散现象发生得就较缓慢。扩散现象具有方向性。
2．布朗运动
(1)布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。
(2)布朗运动的三个主要特点：①微粒在永不停息地做无规则运动；②颗粒越小，布朗运动越明显；③温度越高，布朗运动越明显。
(3)产生布朗运动的原因：由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性所造成。
(4)对布朗运动认识的误区
①误认为布朗运动是液体分子的运动。
造成这一误区的原因是：将布朗运动的研究对象认为是液体分子。
②误认为布朗运动是固体颗粒分子的运动。
③误认为固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著。
布朗运动的确是由于液体(或气体)分子对固体微粒的碰撞引起的，但只有在固体微粒很小，各个方向的液体分子对它的碰撞不均匀时才引起它做布朗运动。因此正确的说法是：固体微粒体积越小，布朗运动越显著，如果固体微粒过大，液体分子对它的碰撞在各个方向上是均衡的，就不会做布朗运动了。
④大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，误认为这就是布朗运动。
能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的，直径的数量级约是10－6 m，这种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。大风天看到的沙与尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动，另外它们的运动基本上属于在气流作用下的定向移动，而布朗运动是无规则运动。
谈重点 布朗运动的理解 布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动，但是布朗运动间接反映了液体分子的无规则运动。
【例2】 在有关布朗运动的说法中，正确的是( )
A．液体的温度越低，布朗运动越显著
B．液体的温度越高，布朗运动越显著
C．悬浮微粒越小，布朗运动越显著
D．悬浮微粒越大，布朗运动越显著
解析：本题考查学生对布朗运动的理解，温度高，液体分子运动剧烈，对微粒的碰撞也越剧烈，所以布朗运动越明显，微粒的体积大，液体分子在各个方向上的碰撞趋于平衡；同时体积大质量也大，运动状态难以改变，所以布朗运动不明显。
答案：BC
反思：做布朗运动的小颗粒本身不是分子，可它的无规则运动是液体分子无规则运动的反映。
3．热运动
(1)热运动：物体内大量分子永不停息的无规则运动叫做热运动。
(2)热运动的特点
①运动的无规则性：所谓分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。标准状况下，一个空气分子在1 s内与其他空气分子的碰撞达到65亿次之多，所以不论固体、液体还是气体中的单个分子还是大量分子的运动都是十分混乱的。
②速率区间分布很广
在任一时刻，物体内既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。速率很大和速率很小的分子的个数所占的比例相对较少，大多数分子的速率和某一平均速率相差很小。通常所说分子运动的速率，均指它们的平均速率。
分子的平均速率是很大的，且和物体的温度以及分子的种类有关。通常情况下，气体分子热运动的平均速率的数量级为105 m/s。
【例3】 分子的热运动是指( )
A．分子被加热后的运动B．分子的无规则运动
C．物体的热胀冷缩现象D．物体做机械运动的某种情况
解析：分子的热运动是指分子的无规则运动，因为运动的激烈程度与温度有关，故称之为热运动，分子的热运动永不停息，不是被加热后才有的运动；热胀冷缩和机械运动是宏观物体的运动不是分子的热运动。
答案：B
4．逻辑推理法分析布朗运动产生的原因
①液体的无规则运动，在光学显微镜下看不到。分析布朗运动产生的原因，经逻辑推理才可发现其实质。
②布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果。影响布朗运动的因素有两个：即颗粒的大小和液体温度的高低。
③具体解释如下：布朗运动在相同温度下，悬浮颗粒越小，它的表面积越小，在某一瞬间跟它相撞的分子数就越少，颗粒受到来自各个方向的冲击力越不平衡；另外，颗粒越小，它的体积和质量就越小，冲击力引起的加速度越大；因此悬浮颗粒越小，布朗运动就越显著。
④相同的颗粒悬浮在同种液体中，液体温度升高，分子运动的平均速率大，对悬浮颗粒的撞击作用也越大，颗粒受到来自各方向的冲击力越不平衡，由冲击力引起的加速度更大，所以温度越高，布朗运动就越显著。
【例4－1】 如图所示的是做布朗运动小颗粒几个时刻的记录图。一小颗粒在A点开始计时，每隔30 s记下小颗粒的位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则小颗粒在第75 s末时的位置，以下叙述中正确的是( )
A．一定在CD连线的中点
B．一定不在CD连线的中点
C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线中点
D．可能在CD连线以外的某点上
解析：图中的各点的连线不是微粒的运动轨迹，它是为了表明微粒在做极短促的无定向运动过程中的移动的顺序而作的连线。由以上分析可知，在第75 s末，小颗粒可能在CD连线上，但不一定在CD中点，也可能在CD连线外的位置。
答案：CD
【例4－2】 在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动是( )
A．布朗运动 B．曲线运动 C．自由落体运动 D．无法确定
解析：能用肉眼直接看得到的微粒是很大的颗粒，在同一时刻它们受到来自各个方向的空气分子撞击的合力几乎为零，微小的作用不能使这么大的颗粒做布朗运动，A错；微粒的运动是由于空气对流和在重力作用下的结果，微粒做曲线运动，C、D错。
答案：B
5．布朗运动与扩散现象的异同点
6.布朗运动与热运动的关系
反思：①热运动是分子运动，布朗运动是微粒的运动；②热运动永不停息，液体(或气体)变成固体时，其中原来做布朗运动微粒布朗运动停止；③分子与布朗微粒用肉眼都不能直接看到。
【例5－1】 下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中，正确的是( )
A．扩散现象与布朗运动都能说明分子在做无规则地永不停息地运动
B．扩散现象与布朗运动没有本质的区别
C．扩散现象突出说明了物质的迁移规律，布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律
D．扩散现象与布朗运动都与温度有关
解析：扩散是物质分子的迁移，布朗运动是宏观颗粒的运动，是两种完全不相同的运动，B项错。两者的实验现象说明了分子运动的两个不同侧面的规律，则A、C项正确。两种运动随温度的升高而加剧，所以都与温度有关，D项正确。
答案：ACD
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(\(\s\up7(),\s\d5(点技巧)))) 两种运动的区别 布朗运动与扩散现象研究对象不同，但都说明了分子运动的无规则性。了解布朗运动与扩散现象的研究对象、形成条件的异同点是解决这类问题的关键。
【例5－2】 对以下物理现象的分析正确的是( )
①从射来的阳光中，可以看到空气中的微粒在上下飞舞 ②上升的水汽的运动 ③用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒，小炭粒不停地做无规则运动 ④向一杯清水中滴入几滴红墨水，红墨水向周围运动
A．①②③属于布朗运动 B．④属于扩散现象
C．只有③属于布朗运动 D．以上结论均不正确
解析：空气中的微粒和水汽都是用肉眼直接看到的粒子，它们的运动不能称为布朗运动；它们的运动更不是分子的运动，也不属于扩散现象。显微镜观察悬浮在水中的小炭粒的运动是布朗运动，红墨水向周围运动是扩散现象。
答案：BC
【例6】 关于布朗运动，下列说法正确的是( )
A．布朗运动就是分子运动，布朗运动停止了，分子运动也会暂时停止
B．微粒做布朗运动，充分说明了微粒内部分子是不停地做无规则运动的
C．布朗运动是无规则的，因此它说明了液体分子的运动也是无规则的
D．布朗运动的无规则性，是由于外界条件无规律的不断变化而引起的
解析：布朗运动是指悬浮在液体或气体中的粒子的运动，它不是指分子的运动。布朗运动的无规则性，是由液体或气体分子的撞击引起的，通过布朗运动，间接反映了液体或气体分子运动的无规则性，它不是由颗粒内部的分子无规则运动引起的。布朗运动的无规则性，是由液体分子无规则运动决定的，并不是由于外界条件变化引起的，故只有C对。
答案：C
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(\(\s\up7(),\s\d5(析规律)))) 布朗运动的实质 布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒由于液体分子撞击不平衡引起的，颗粒越小、液体温度越高，这种不平衡性越强，布朗运动就越显著。布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映。
扩散现象
布朗运动
不同点
①扩散现象是两种不同的物质相互接触时而彼此进入对方的现象。
②扩散快慢除和温度有关外，还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著，当进入对方的分子浓度较高时，扩散现象不明显，但扩散不会停止。
①布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，而不是液体或气体分子的运动。
②布朗运动的激烈程度与液体(或气体)分子撞击的不平衡性有关，微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。
③布朗运动永不停息。
相同点
①产生的根本原因相同，都是分子永不停息地做无规则运动的反映。
②它们都随温度的升高而表现得更激烈。
布朗运动
热运动
区别
研究对象是固体颗粒，颗粒越小，布朗运动越明显，在液体、气体中发生
研究对象是分子，任何物体的分子都做无规则运动
相同点
①无规则运动 ②永不停息 ③与温度有关
联系
周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动是热运动的宏观表现
1．扩散现象
(1)定义：不同的物质能够彼此进入对方的现象。
扩散现象是分子永不停息地做无规则运动的证据。温度越高，扩散进行得越快。
(2)产生：扩散现象不受外界影响，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。
(3)应用：生产半导体器件时，通常在高温条件下通过分子的扩散在纯净半导体材料中掺入其他元素。
【例1】 下列关于扩散现象的说法正确的是( )
A．扩散现象只能发生在气体与气体间
B．扩散现象只能发生在液体与液体间
C．扩散现象只能发生在固体与固体间
D．任何物质间都可发生相互扩散现象
解析：不同物质之间，由于分子的运动，总会存在着扩散现象，只是进行的快慢程度有所不同(温度、物体形态等因素影响)。如墙角放一堆煤，墙及墙内都会变黑，所以扩散现象不仅存在于气体与气体、液体与液体、固体与固体之间，同样也存在于液体与固体、气体与固体、液体与气体之间。
答案：D
点评：理解扩散现象产生的原因是构成物质的分子永不停息运动的结果，就能快速准确地得出结论。
谈重点 扩散现象是否明显的影响因素
(1)物质处于固态、液态和气态时均能发生扩散现象，只是气态物质的扩散现象最显著；常温下处于固态时扩散现象不明显。
(2)在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。这表明温度越高，分子运动得越剧烈。
(3)扩散现象发生的显著程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著；当进入对方的分子浓度较高时，扩散现象发生得就较缓慢。扩散现象具有方向性。
2．布朗运动
(1)布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。
(2)布朗运动的三个主要特点：①微粒在永不停息地做无规则运动；②颗粒越小，布朗运动越明显；③温度越高，布朗运动越明显。
(3)产生布朗运动的原因：由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性所造成。
(4)对布朗运动认识的误区
①误认为布朗运动是液体分子的运动。
造成这一误区的原因是：将布朗运动的研究对象认为是液体分子。
②误认为布朗运动是固体颗粒分子的运动。
③误认为固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著。
布朗运动的确是由于液体(或气体)分子对固体微粒的碰撞引起的，但只有在固体微粒很小，各个方向的液体分子对它的碰撞不均匀时才引起它做布朗运动。因此正确的说法是：固体微粒体积越小，布朗运动越显著，如果固体微粒过大，液体分子对它的碰撞在各个方向上是均衡的，就不会做布朗运动了。
④大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，误认为这就是布朗运动。
能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的，直径的数量级约是10－6 m，这种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。大风天看到的沙与尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动，另外它们的运动基本上属于在气流作用下的定向移动，而布朗运动是无规则运动。
谈重点 布朗运动的理解 布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动，但是布朗运动间接反映了液体分子的无规则运动。
【例2】 在有关布朗运动的说法中，正确的是( )
A．液体的温度越低，布朗运动越显著
B．液体的温度越高，布朗运动越显著
C．悬浮微粒越小，布朗运动越显著
D．悬浮微粒越大，布朗运动越显著
解析：本题考查学生对布朗运动的理解，温度高，液体分子运动剧烈，对微粒的碰撞也越剧烈，所以布朗运动越明显，微粒的体积大，液体分子在各个方向上的碰撞趋于平衡；同时体积大质量也大，运动状态难以改变，所以布朗运动不明显。
答案：BC
反思：做布朗运动的小颗粒本身不是分子，可它的无规则运动是液体分子无规则运动的反映。
3．热运动
(1)热运动：物体内大量分子永不停息的无规则运动叫做热运动。
(2)热运动的特点
①运动的无规则性：所谓分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。标准状况下，一个空气分子在1 s内与其他空气分子的碰撞达到65亿次之多，所以不论固体、液体还是气体中的单个分子还是大量分子的运动都是十分混乱的。
②速率区间分布很广
在任一时刻，物体内既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。速率很大和速率很小的分子的个数所占的比例相对较少，大多数分子的速率和某一平均速率相差很小。通常所说分子运动的速率，均指它们的平均速率。
分子的平均速率是很大的，且和物体的温度以及分子的种类有关。通常情况下，气体分子热运动的平均速率的数量级为105 m/s。
【例3】 分子的热运动是指( )
A．分子被加热后的运动B．分子的无规则运动
C．物体的热胀冷缩现象D．物体做机械运动的某种情况
解析：分子的热运动是指分子的无规则运动，因为运动的激烈程度与温度有关，故称之为热运动，分子的热运动永不停息，不是被加热后才有的运动；热胀冷缩和机械运动是宏观物体的运动不是分子的热运动。
答案：B
4．逻辑推理法分析布朗运动产生的原因
①液体的无规则运动，在光学显微镜下看不到。分析布朗运动产生的原因，经逻辑推理才可发现其实质。
②布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果。影响布朗运动的因素有两个：即颗粒的大小和液体温度的高低。
③具体解释如下：布朗运动在相同温度下，悬浮颗粒越小，它的表面积越小，在某一瞬间跟它相撞的分子数就越少，颗粒受到来自各个方向的冲击力越不平衡；另外，颗粒越小，它的体积和质量就越小，冲击力引起的加速度越大；因此悬浮颗粒越小，布朗运动就越显著。
④相同的颗粒悬浮在同种液体中，液体温度升高，分子运动的平均速率大，对悬浮颗粒的撞击作用也越大，颗粒受到来自各方向的冲击力越不平衡，由冲击力引起的加速度更大，所以温度越高，布朗运动就越显著。
【例4－1】 如图所示的是做布朗运动小颗粒几个时刻的记录图。一小颗粒在A点开始计时，每隔30 s记下小颗粒的位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则小颗粒在第75 s末时的位置，以下叙述中正确的是( )
A．一定在CD连线的中点
B．一定不在CD连线的中点
C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线中点
D．可能在CD连线以外的某点上
解析：图中的各点的连线不是微粒的运动轨迹，它是为了表明微粒在做极短促的无定向运动过程中的移动的顺序而作的连线。由以上分析可知，在第75 s末，小颗粒可能在CD连线上，但不一定在CD中点，也可能在CD连线外的位置。
答案：CD
【例4－2】 在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动是( )
A．布朗运动 B．曲线运动 C．自由落体运动 D．无法确定
解析：能用肉眼直接看得到的微粒是很大的颗粒，在同一时刻它们受到来自各个方向的空气分子撞击的合力几乎为零，微小的作用不能使这么大的颗粒做布朗运动，A错；微粒的运动是由于空气对流和在重力作用下的结果，微粒做曲线运动，C、D错。
答案：B
5．布朗运动与扩散现象的异同点
6.布朗运动与热运动的关系
反思：①热运动是分子运动，布朗运动是微粒的运动；②热运动永不停息，液体(或气体)变成固体时，其中原来做布朗运动微粒布朗运动停止；③分子与布朗微粒用肉眼都不能直接看到。
【例5－1】 下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中，正确的是( )
A．扩散现象与布朗运动都能说明分子在做无规则地永不停息地运动
B．扩散现象与布朗运动没有本质的区别
C．扩散现象突出说明了物质的迁移规律，布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律
D．扩散现象与布朗运动都与温度有关
解析：扩散是物质分子的迁移，布朗运动是宏观颗粒的运动，是两种完全不相同的运动，B项错。两者的实验现象说明了分子运动的两个不同侧面的规律，则A、C项正确。两种运动随温度的升高而加剧，所以都与温度有关，D项正确。
答案：ACD
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(\(\s\up7(),\s\d5(点技巧)))) 两种运动的区别 布朗运动与扩散现象研究对象不同，但都说明了分子运动的无规则性。了解布朗运动与扩散现象的研究对象、形成条件的异同点是解决这类问题的关键。
【例5－2】 对以下物理现象的分析正确的是( )
①从射来的阳光中，可以看到空气中的微粒在上下飞舞 ②上升的水汽的运动 ③用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒，小炭粒不停地做无规则运动 ④向一杯清水中滴入几滴红墨水，红墨水向周围运动
A．①②③属于布朗运动 B．④属于扩散现象
C．只有③属于布朗运动 D．以上结论均不正确
解析：空气中的微粒和水汽都是用肉眼直接看到的粒子，它们的运动不能称为布朗运动；它们的运动更不是分子的运动，也不属于扩散现象。显微镜观察悬浮在水中的小炭粒的运动是布朗运动，红墨水向周围运动是扩散现象。
答案：BC
【例6】 关于布朗运动，下列说法正确的是( )
A．布朗运动就是分子运动，布朗运动停止了，分子运动也会暂时停止
B．微粒做布朗运动，充分说明了微粒内部分子是不停地做无规则运动的
C．布朗运动是无规则的，因此它说明了液体分子的运动也是无规则的
D．布朗运动的无规则性，是由于外界条件无规律的不断变化而引起的
解析：布朗运动是指悬浮在液体或气体中的粒子的运动，它不是指分子的运动。布朗运动的无规则性，是由液体或气体分子的撞击引起的，通过布朗运动，间接反映了液体或气体分子运动的无规则性，它不是由颗粒内部的分子无规则运动引起的。布朗运动的无规则性，是由液体分子无规则运动决定的，并不是由于外界条件变化引起的，故只有C对。
答案：C
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(\(\s\up7(),\s\d5(析规律)))) 布朗运动的实质 布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒由于液体分子撞击不平衡引起的，颗粒越小、液体温度越高，这种不平衡性越强，布朗运动就越显著。布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映。
扩散现象
布朗运动
不同点
①扩散现象是两种不同的物质相互接触时而彼此进入对方的现象。
②扩散快慢除和温度有关外，还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著，当进入对方的分子浓度较高时，扩散现象不明显，但扩散不会停止。
①布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，而不是液体或气体分子的运动。
②布朗运动的激烈程度与液体(或气体)分子撞击的不平衡性有关，微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。
③布朗运动永不停息。
相同点
①产生的根本原因相同，都是分子永不停息地做无规则运动的反映。
②它们都随温度的升高而表现得更激烈。
布朗运动
热运动
区别
研究对象是固体颗粒，颗粒越小，布朗运动越明显，在液体、气体中发生
研究对象是分子，任何物体的分子都做无规则运动
相同点
①无规则运动 ②永不停息 ③与温度有关
联系
周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动是热运动的宏观表现
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