物理选修32 分子的热运动教学设计

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第2节 分子的热运动 目标导航 (1)了解扩散现象是由于分子的热运动产生的。 (2)知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的原因。 (3)知道什么是热运动及决定热运动激烈程度的因素。 （４）注重理论联系实际，勤观察、多思考，养成良好的学习习惯。 诱思导学 １．扩散现象 扩散现象是指当两种物质相接触时，物质分子可以彼此进入对方的现象。 例如：某些物质的气味可以传得很远，又如堆在墙角的煤可以深入到墙壁中去。 说明：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，处于固态时扩散现象非常不明显。 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。 2．布朗运动 悬浮在液体中的固体微粒不停地做无规则运动，称为布朗运动。 说明：①布郎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。 ②固体微粒的运动是极不规则的，课本中画出的图７．２—５并非固体微粒的运动轨迹，而是每隔30s微粒位置的连线。即使在这30s内，分子的运动也是极不规则的。  = 3 \* GB3 ③做布朗运动的固体颗粒非常的小，肉眼是看不到的，人们必须借助显微镜才能观察到。  = 4 \* GB3 ④影响布朗运动的因素。 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。影响布郎运动的因素有二：即颗粒的大小和液体温度的高低，具体解释如下：布朗运动在相同温度下，悬浮颗粒越小，它的线度越小，表面积亦小，在某一瞬间跟它相撞的分子数越少，颗粒受到来自各方向的冲击力越不平衡；另外，颗粒线度越小，它的体积和质量比表面积减少得更快，因冲击力引起的加速度更大；因此悬浮颗粒越小，布朗运动就越显著。 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。 3．热运动及其特点 分子的无规则运动，称为热运动。 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。所以大量分子的运动是十分混乱的、无规则的。 说明： = 1 \* GB3 ①无规则不是毫无规律。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而言。  = 2 \* GB3 ②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。 典例探究 例１　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程度，温度高，液体分子运动剧烈，对微粒的碰撞也越剧烈，所以布朗运动明显，微粒的体积大，液体分子在各个方向上的碰撞趋向平衡；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：选BC。 例２　关于布朗运动的正确说法是( ) A．因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也可以叫做热运动 B．布朗运动反映了分子的热运动 C．在室内看到的尘埃不停地运动是布朗运动 D．室内尘埃的运动是空气分子碰撞尘埃造成的现象 解析：布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒受到液体分子的作用而做的无规则运动，它反映了液体分子的无规则运动，而不能说它的运动就是热运动，所以A错误而B正确。能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在10－6 m，这种微粒用肉眼不能直接观察到，必须借助于显微镜。室内尘埃的运动不是布朗运动，而是尘埃在空气气流作用下所做的宏观运动，并不是无规则运动。只有微小的颗粒(肉眼看不到)才能做布朗运动。综上所述，可知正确答案为B、D。 友情提示：弄清什么是布朗运动、布朗运动的特点以及布朗运动产生的条件和原因，是分析判断此类问题的关键。 课后问题与练习点击 1．略 ２．（１）错误。 解析：布朗运动是固体微粒在流体（液体或气体）分子的频繁碰撞下所做的一种无规则运动。这些固体微粒虽然要在光学显微镜下才能看到，但它们也是由大量分子组成的，属于宏观粒子，通过固体微粒的无规则运动可反映出液体分子运动的无规则性，但布朗运动本身不是分子运动，在光学显微镜下是看不到分子的运动的。 （２）错误。 解析：布朗运动是固体小颗粒的运动，做布朗运动的每个固体小颗粒是由大量分子组成的，这些小颗粒在液体分子的频繁碰撞下做无规则运动，通过小颗粒的无规则运动间接反映了液体分子的无规则运动。根据分子动理论可以知道，尽管组成固体小颗粒的分子在做无规则运动，但是，通过布朗运动我们无法推断出组成固体小颗粒的分子是否在做无规则运动。 （３）错误。 解析：加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这是因为胡椒粉在水流作用下的运动，并不是布朗运动，不能说明温度越高，布朗运动越明显。 （４）正确。 解析：在显微镜下观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，是小粒灰尘受到煤油分子不停地碰撞的结果。通过小粒灰尘运动的无规则性，可以推知，煤油分子在做无规则运动。 3．(1)略 (2)解析：假如花粉不停地运动真的是由微小的气温变化形成的水的微弱对流引起的，那花粉的运动方向是相同的定向运动，即沿水流的方向运动，花粉的运动就很有规则。而事实上，花粉的运动是无规则的、杂乱无章的，这种无规则的运动也就否定了“花粉不停地运动是由微小的气温变化形成的水的微弱对流引起的”这种猜想。 （３）解析：的确，地球每时每刻都在发生微弱的震动，只是我们感觉不到罢了。同样，水也“感觉不到”这种震动，微弱震动对水及水中悬浮的花粉没什么大的影响。退一步说，假如地球的震动足够强，水就会形成“波涛”，在这些波涛的作用下，水中悬浮的花粉就会“随波逐流”，而不会做永不停息的无规则的运动；可见，水中悬浮的花粉所做的无规则运动，不可能是“随波逐流”的结果，更何况地球的微弱震动根本就不可能形成水的“波涛汹涌”。所以说，花粉的无规则运动不可能是地球的微弱震动引起的，肯定另有原因。 ４．小李的看法是错误的。 解析：首先说明一点，图７．２－７中的折线，并非细微粉笔颗粒的运动轨迹，而是每隔一定时间细微粉笔颗粒所在位置的连线，即使在这段时间内，细微粉笔颗粒的运动也是极不规则的，绝不是沿折线运动的，我们根本不能够画出细微粉笔颗粒运动的轨迹。正因为细微粉笔颗粒在水分子不停的碰撞下所做的运动是无规则的，才能使我们认识到水分子运动的无规则性。 基础训练 一、选择题 1．扩散现象说明了( ) A．气体没有固定的形状和体积 B．分子之间相互排斥 C．分子在不停地运动着 D．不同分子之间可以相互转变 ２．关于布朗运动，下列说法中正确的是 ( ) A．布朗运动就是分子的运动 B．布朗运动是组成固体微粒的分子无规则的反映 C．布朗运动是液体分子无规则运动的反映 D．观察时间越长，布朗运动越显著 ３．关于布朗运动的剧烈程度，下面说法中正确的是 ( ) A．固体微粒越大，布朗运动越显著 B．液体的温度越高，布朗运动越显著 C．与固体微粒相碰撞的液体分子数目越多，布朗运动越显著 D．与固体微粒相碰撞的液体分子数目越少，布朗运动越显著 ４．关于布朗运动和扩散现象，下列说法正确的是 ( ) A．布朗运动和扩散现象都能在气体、液体、固体中发生 B．布朗运动和扩散现象都是分子的运动 C．布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显 D．布朗运动和扩散现象都是热运动 7．2–1 ５．如图7．2–1所示，是观察布朗运动中，每隔10 s记录一次小颗粒所在位置的连线，有关折线的说法中正确的是 ( ) A．是液体分子运动的轨迹 B．是小颗粒运动的轨迹 C．表示小颗粒在做极短促的、无定向的跳动 D．观察时间内小颗粒的实际运动比图示更复杂 ６．关于布朗运动，下列说法正确的是（ ） A．布朗运动反映了分子运动，布朗运动停止了，分子运动也会暂时停止 B．固体微粒做布朗运动，充分说明了微粒内部分子是做不停的无规则的运动 C．布朗运动是无规则的，说明大量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温度，压强无规则的不断变化而引起的 ７．在长期放着煤的墙角处，地面和墙角有相当厚的一层染上黑色，这说明( ) A．分子是在不停的运动 B．煤是由大量分子组成的 C．分子间没有空隙 D．分子运动有时会停止 ８．关于布朗运动，以下说法正确的是( ) A．布朗运动是指液体分子的无规则运动 B．布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒的吸引力不平衡引起的 C．布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒碰撞时产生的作用力不平衡引起的 D．在悬浮颗粒大小不变的情况下，温度越低，液体分子无规则运动越激烈 ９．下面所列举的现象，不能说明分子是不断运动着的是( ) A．将香水瓶盖打开以后能闻到香味 B．汽车开过后，公路上尘土飞扬 C．洒在地上的水，过一段时间就干了 D．悬浮在水中的花粉做无规则运动 １０．较大的颗粒不做布朗运动是因为 A．液体分子停止运动 B．液体温度太低 C．跟颗粒碰撞的分子数较多，各方向的撞击作用趋于相互平衡，而且分子冲击力很难改变大颗粒的运动状态 D．以上说法都不正确 １１． 有下列四种现象  = 1 \* GB3 ①海绵状塑料可以吸水  = 2 \* GB3 ②揉面团时，加入小苏打，小苏打可以揉进面团内  = 3 \* GB3 ③放一匙食糖于一杯开水中，水会变甜  = 4 \* GB3 ④把一盆盛开的腊梅放入室内，会满室生香 以上几种现象中属于扩散的是（ ） A． = 1 \* GB3 ① = 2 \* GB3 ②　 B． = 3 \* GB3 ③ = 4 \* GB3 ④ 　C． = 1 \* GB3 ① = 4 \* GB3 ④　 D． = 2 \* GB3 ② = 3 \* GB3 ③ １２．放在房间一端的香水，打开瓶塞后，位于房间另一端的人将( ) A．立即嗅到香味，因为分子热运动速率很大，穿过房间所需时间极短 B．过一会儿才能嗅到香味，因为分子热运动的速率不大，穿过房间需要一段时间 C．过一会儿才能嗅到香味，因为分子热运动速率虽然很大，但由于是无规则运动，且与空气分子不断碰撞，要嗅到足够多的香水分子必须经一段时间 D．过一会儿才能嗅到香味，因为分子热运动速率虽然很大，但必须有足够多的香水分子，才能引起嗅觉 二、问答题 １３．取一杯热水和一杯冷水，分别滴入一滴红墨水，然后注意观察，可得出什么结论？ １４．通常把萝卜腌成咸菜需要几天或更长的时间，而把萝卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味，只需几分钟时间，思考一下，造成这种差别的主要原因是什么? １５．下面关于布朗运动的两种说法都是错误的，试分析它们各错在哪里？ (1)冬天的大风天，常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动。 (2)一滴碳素墨水滴在清水中，整杯水慢慢都变黑了，这是碳分子做无规则运动的结果。 多维链接 1. 布朗（Robert Brown，1773—1858） 英国植物学家。1773年12月21日诞生于苏格兰的蒙特罗斯。 布朗从小就很聪明，性格倔强。他先在阿巴丁的马里歇尔学院学习，毕业后进入爱丁堡大学攻读医学。1795年应征入伍，前往爱尔兰服役，在英军中任助理外科医师。服役期间，他边为军队工作，边进行自修。他利用业余时间收集各种植物，制作标本。1789年布朗来到伦敦，一个偶然的机会，拜见了英国伦敦皇家学会公长尤素福•彭克斯，并跟随他作了一段研究工作。1800年布朗取得博士学位，后由彭克斯介绍参加澳大利亚远洋考察船“调查者号”，负责研究植物。1801年开始远行，在大洋洲进行了为期五年的考察活动，收集近3900种的标本，系统地整理写入《澳洲植物志》一书中，对植物分类学作出贡献。 布朗在物理学中的贡献是发现了著名的布朗运动。1827年6月，布朗用显微镜观察克拉花花粉，发现悬浮在液面上的花粉微粒在杂乱无章地、不断地运动。布朗对这个现象进行了反复研究。开始，他错误地认为，花粉虽然死了，但是好像有一种具有生命潜力的东西遗留下来，促使花粉微粒不断地运动。他这样写道：“它们（花粉微粒）的运动既不是由液体的流动引起的，也不是液体渐渐蒸发引起的、而是由于微粒本身的原因引起的。”接着，他把这个研究推广到各种各样的植物，观察了他收集到的所有新鲜花粉，都看到了类似现象。后来布朗又对煤粉、玻璃粉、各种岩石粉、金属粉等无生命物质的微粒进行了观察，也都看到了类似花粉的不停地运动的现象，各种粉末都存在着某种活性。布朗感到问题不那么简单，一时无法正确解释这个现象。1828年6月到8月，布朗接连发表了《论植物花粉中的微粒》、《论有机物和无机物中活性分子的普遍存在》两篇文章，宣布了他的重大发现。以后人们就把这种现象叫做“布朗运动”。对于布朗运动，直到1860年才由英国物理学家麦克斯韦根据他自己建立的分子运动论作出初步的解释，他认为这种杂乱无章的运动是水分子对悬浮微粒不断撞击引起的。布朗运动的发现，给物质是由分子组成的理论提供了第一个直接的证据。 1811年布朗当选为英国伦敦皇家学会会员。1820年，任大英博物馆馆长。1822年当选为柯尼斯学会会员，1849到1853年任会长。布朗还兼任几个国家的科学院院士。 2.能否说“某个分子的热运动”？ 提示：某个分子的热运动这种说法是不正确的。 因为单个分子的运动，从原则上讲是遵循力学规律的。设想我们追踪气体中某个分子的运动，那会看到这个分子忽左、忽右、忽前、忽后。有时速度快，有时速度慢.其动能也时大时小。其轨迹是一条极不规则的折线.总之，对个别分子来说，速度、能量以及运动路程都是偶然的量值。 我们讲的热运动是指大量分子的无规则运动。随着分子数量的增加，它们的运动就逐渐偏离力学规律。它们的运动呈现出混乱状态，不再遵循力学规律，而遵从统计规律.这时，对个别分子的运动来说，是完全偶然的。大量分子的运动虽然是无序的，但并不是无规律的，它们也能表现出一些必然的规律。 3. 观察扩散现象 准备一杯冷水和一杯热水，将两小颗高锰酸钾分别投入两杯水中，试观察比较高锰酸钾在两杯水中的扩散情况。如果你观察到了两杯水中高锰酸钾发生扩散的差异，想一想这说明了什么问题？ 提示：温度越高，分子扩散越快。 4.在日常生活中那些现象是扩散？你能举几个例子吗？为什么说布朗运动是分子运动引起的，而不是外界因素如风吹等引起的？是说明几个理由？ 提示：理由：①尽量排除外界干扰，布朗运动仍永不停止；②不同悬浮微粒在相同的外界条件下运动情况不同。 5.课本图7.2-5所示的无规则折线是不是三颗微粒分别作布朗运动的轨迹？为什么？ 提示：不是，因为每一段线段是每隔相同的时间微粒出现位置的连线。