1、第第 1 1 节节 分子动理论的基本观点分子动理论的基本观点 核 心 素 养 物理观念 科学探究 科学思维 1.知道物体是由大量分子组成的，知 道分子直径大小的数量级。 2.了解扩散现象及产生原因。 3.知道什么是布朗运动，理解布朗运 动产生的原因。 4.知道什么是分子的热运动，理解分 子热运动与温度的关系。 5.知道分子间同时存在着引力和斥 力。 6.知道温度是分子平均动能的标志， 理解内能的概念及其决定因素。 通过实验知道分 子间存在着空隙 和相互作用力 知道阿伏伽德罗 常数，会用它进 行相关的计算或 估算。 通过图像分析分 子力、分子势能 与分子间距离的 变化关系。 知识点一 物体由大量
2、分子组成 观图助学 图为光学显微镜，其最大放大倍率可达 1 500 倍，我们能否通过它来观察到原子 或分子的结构呢？ 1.分子的大小 (1)热学中的分子：当探讨分子、原子或离子等微观粒子的热运动时，通常将它 们统称为分子。 (2) 分子直径的数量级为 10 10 m。 2.阿伏伽德罗常数 (1)定义：1 mol 任何物质都含有相同的粒子数，这个数量称为阿伏伽德罗常数。 (2)数值：NA6.021023_mol 1。 (3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，通过它可将物体的体积、质 量等宏观量与分子的大小、质量等微观量联系起来。 思考判断 (1)所有分子直径的数量级都是 10 10 m。
3、() (2)阿伏伽德罗常数与物质的种类、物质的状态无关。() (3)一个分子的质量等于摩尔质量除以阿伏伽德罗常数。(), 热学中的分子与化学中分子的含义不同。 部分大分子的直径的数量级达到 10 9 m。 1 mol 水所含分子数是 6.021023个。 知识点二 分子永不停息地做无规则运动 观图助学 如图所示，在一杯清水中滴入一滴蓝色墨水，经过一段时间，蓝色墨水便会在水 中扩散至均匀分布，若在墨水滴入后，我们使水急速降温并凝结成冰，蓝色的墨 水还会在冰中扩散吗？ 1.扩散现象 (1)扩散现象：将蓝色墨水滴入清水中，蓝色墨水不断地在清水中散开，这就是 扩散现象。 (2)普遍性：气体、液体和固体
4、都能发生扩散。 (3)规律：温度越高，扩散越快。 2.布朗运动 (1)定义：悬浮在液体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。 (2)产生的原因：悬浮在液体中的微粒不断地受到液体分子的撞击，微粒在某一 时刻所受各个方向上的撞击作用的不平衡，使微粒的运动状态发生变化。 (3)影响布朗运动剧烈程度的因素 微粒大小：微粒越小，布朗运动越明显。 温度高低：温度越高，布朗运动越剧烈。 (4)意义：反映了分子在永不停息地做无规则运动。 3.热运动 (1)定义：分子的无规则运动。 (2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。 思考判断 (1)温度越高，扩散现象越明显。() (2)布朗运动就是液体分子的无规
5、则运动。() (3)液体中悬浮的微粒越大，布朗运动越明显。(), 气体的扩散 撤去挡板后，密度较大的二氧化氮扩散到上方的容器中。 气体中也能发生布朗运动。 发生布朗运动的颗粒很小，用显微镜才能够观察到，肉眼观察到的运动都不是布 朗运动。 布朗运动是宏观的固体小颗粒的运动，热运动是微观的分子的运动。 知识点三 分子间存在着相互作用力 1.分子力 分子之间同时存在着引力和斥力，它们的大小与分子间的距离有关。 2.分子力与分子间距离的关系 r 分子力 fr 图像 rr0 f引f斥 f合0 rr0 f引r0 f引f斥 f合为引力 r10r0 f引f斥0 f合0 思考判断 (1)固体和液体分子之间没有空
6、隙，气体分子间有空隙。() (2)分子间的引力随分子间距离的增大而增大，而斥力随分子间距离的增大而减 小。() (3)当两分子间距为 r0时，分子力为零，没有引力也没有斥力。(), (1)r0的数量级一般是 10 10 m。 (2)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而 增大，但斥力比引力随距离变化得快。 知识点四 物体的内能 观图助学 如图，弹簧被拉伸时，弹簧弹力要克服外力做功，弹簧弹性势能增加，若分子间 的距离发生变化时，分子间的作用力同样会做功，分子间是否也存在着与之相对 应的分子势能呢？ 1.分子势能 (1)定义：分子具有由它们的相对位置决定的势能，这种势能
7、称为分子势能。 (2)分子势能的决定因素 宏观上：与物体的体积有关。 微观上：与分子间的距离有关。 若 rr0，当 r 增大时，分子力做负功，分子势能增大。 若 rr0，分子势能最小。 2.分子动能 (1)定义：分子由于做热运动所具有的动能。 (2)平均动能：大量分子动能的平均值。 (3)温度与平均动能的关系 温度的微观本质：温度是物体内分子热运动的平均动能的标志。 温度越高，分子热运动的平均动能越大。 3.物体的内能 (1)定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。 (2)普遍性：组成物体的分子永不停息地做无规则运动、分子间存在着相互作用 力，所以任何物体都具有内能。 (3)物体的内
8、能与物体的质量、温度和体积有关。 思考判断 (1)温度相同的任何物质的分子平均动能都相同。() (2)分子势能随着分子间距的增大而增大。() (3)机械能越大的物体内能越大。(), 分子势能与物体的体积有关，并不是体积越大，分子势能越大。 分子力与分子势能随分子间距离的变化关系 内能是物体分子动能与分子势能的总和，与物体的宏观运动无关，如汽车运动速 度的大小与它的内能大小无关。 核心要点 物体由大量分子组成 要点归纳 1.分子的两种简化模型 球形 立方体 意义 对于固体和液体，分子间距离比较 小，可以认为分子是一个个紧挨着 排列的，通常把分子看成球体模型， 分子间的距离等于分子的直径 对于气体
9、，分子间距离比较大，是 分子直径的数十倍甚至上百倍，此 时把气体分子平均占据的空间视为 正方体模型，正方体的边长即为分 子间的平均距离 图例 公式 说明 由 V04 3r 3 和 d2r 得：d 3 6V0 (式中 r、 d 分别表示分子的半径和直 径，V0表示一个固体或液体分子的 体积) 由 V0d3得：d3V0(式中 d 表示 分子间的平均距离，V0表示一个气 体分子平均所占的空间体积) 2.阿伏伽德罗常数有哪些应用 (1)分子的质量：m0MA NA(MA 表示摩尔质量)。 (2)分子的体积：V0VA NA MA NA(适用于固体和液体，VA 表示摩尔体积)。 (3)单位质量中所含有的分子
10、数：nNA MA。 (4)单位体积中所含有的分子数：nNA VA NA MA 。 (5)气体分子间的平均距离：d3V0 3 VA NA(V0 为气体分子所占据空间的体积)。 (6)固体、液体分子直径：d 3 6V0 3 6VA NA。 经典示例 例1 (多选)若以M表示水的摩尔质量， V表示在标准状况下水蒸气的摩尔体积， 表示在标准状况下水蒸气的密度，NA表示阿伏伽德罗常数，m、V0分别表示每 个水分子的质量和体积，则下列关系正确的是( ) A.NAV m B. M NAV0 C. M NAV0 D.m M NA 解析 V(表示摩尔质量) m(表示单个分子的质量)NA(表示阿伏伽德罗常数)，
11、故A正确； 对于水蒸气， 由于分子间距离的存在， NAV0小于摩尔体积， 所以 M NAV0， 故 B 错误，C 正确；m M NA，故 D 正确。 答案 ACD 规律总结 (1)V0VA NA对固体、 液体指分子的体积， 对气体则指每个分子所占据空间的体积。 (2)对于分子模型， 无论是球体模型还是立方体模型， 都是一种简化的理想模型， 实际的分子是有复杂结构的，在用不同的模型计算分子的大小时，所得结果会有 差别，但数量级应当都是 10 10 m。 针对训练 1 下列可算出阿伏伽德罗常数的一组数据是( ) A.水的密度和水的摩尔质量 B.水的摩尔质量和水分子的体积 C.水分子的体积和水分子的
12、质量 D.水分子的质量和水的摩尔质量 解析 由水的摩尔质量 M 除以一个水分子的质量 m，即可算出 1 mol 水包含的 水分子的个数，即阿伏伽德罗常数，故 D 项正确。 答案 D 核心要点 布朗运动与热运动 问题探究 用显微镜观察放在水中的花粉，追踪几粒花粉，每隔 30 s 记下它们的位置，用 折线分别依次连接这些点，如图所示。 (1)从图中可看出花粉微粒运动的特点是什么？ (2)花粉微粒为什么会做这样的运动？ (3)这种运动反映了什么？ 答案 (1)花粉微粒的运动是无规则的。 (2)花粉微粒受到液体分子不平衡的撞击作用，在某一瞬间，微粒在某个方向受 到的撞击作用较强，在下一瞬间，微粒受到另
13、一方向的撞击作用较强，这样就引 起了花粉微粒的无规则运动。 (3)这种运动反映了液体分子运动的无规则性。 探究归纳 1.布朗运动与扩散现象的区别与联系 布朗运动 扩散现象 区 别 研究对象不同 固体小微粒的运动 物质分子的运动 产生原因不同 液体(或气体)分子对微粒 撞击的不平衡产生的 分子的无规则运动产生的 发生条件不同 在液体或气体中发生 固体、液体和气体中都能 发生 影响因素不同 温度和微粒大小 温度、物态及两种物质的 浓度差 联 系 都是温度越高，现象越明显 都能反映分子不停地做无规则运动 2.布朗运动与热运动的区别与联系 布朗运动 热运动 不同 点 研究对象 固体微粒 分子 观察难易
14、程度 可以在显微镜下看到，肉眼 看不到 在显微镜下看不到 相同点 无规则；永不停息；温度越高越剧烈 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，布朗运动反映了分子的热运动 经典示例 例 2 关于布朗运动与分子运动(热运动)的说法中正确的是( ) A.微粒的无规则运动就是分子的运动 B.微粒的无规则运动就是固体颗粒分子无规则运动的反映 C.微粒的无规则运动是液体分子无规则运动的反映 D.因为布朗运动的剧烈程度跟温度有关，所以布朗运动也可以叫作热运动 解析 微粒是由大量的分子组成的，它的运动不是分子的运动，A 错误；布朗运 动是悬浮在液体中的小颗粒受到液体分子不平衡的撞击作用而做的
15、无规则运动， 它反映了包围固体小颗粒的液体分子在做无规则运动，B 错误，C 正确；布朗运 动的对象是固体小颗粒，热运动的对象是分子，所以布朗运动不是热运动，D 错 误。 答案 C 规律总结 对布朗运动的认识 (1)布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动。 (2)布朗运动是由于液体分子对固体微粒撞击的不平衡而产生的，因此布朗运动 间接反映周围液体分子的无规则运动。 (3)固体微粒的运动是极不规则的，显微镜下看到的微粒运动位置连线并不是运 动轨迹。 针对训练 2 (多选)下列关于布朗运动的说法，正确的是( ) A.布朗运动是液体分子的无规则运动 B.液体温度越高，悬浮微粒越小，布朗运动
16、越明显 C.布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的 D.布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的 解析 布朗运动的研究对象是固体小颗粒，而不是液体分子，故选项 A 错误； 影响布朗运动的因素是温度和微粒大小，温度越高、微粒越小，布朗运动就越明 显，故选项 B 正确；布朗运动是由于固体小颗粒受液体分子的碰撞作用的不平 衡而引起的，不是由于液体各部分的温度不同而引起的，故选项 C 错误，选项 D 正确。 答案 BD 核心要点 分子间的作用力 观察探究 (1)如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计下面，使玻璃板水平地接触 水面，若想使玻璃板离开水面，在拉出玻璃板时，弹
17、簧测力计的示数与玻璃板的 重力相等吗？为什么？ (2)既然分子间存在引力，当两个物体紧靠在一起时，为什么分子引力没有把它 们粘在一起？ 答案 (1)不相等；因为玻璃板和液面之间有分子引力，所以在使玻璃板拉出水 面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力。 (2)虽然两物体靠得很紧，但绝大部分分子间距离仍很大，达不到分子引力起作 用的距离，所以不会粘在一起。 探究归纳 1.分子力 分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图所示。 (1)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。 (2)当 rr0时，分子力随分子间 距离的增大先增大后减小。 2.分子力做功 由于分子间存在着分子力，所以当
18、分子间距离发生变化时，分子力做功。 (1)当 rr0时，分子力表现为引力，当 r 增大时，分子力做负功；当 r 减小时，分 子力做正功。 (2)当 rr0时，分子力表现为斥力，当 r 减小时，分子力做负功；当 r 增大时，分 子力做正功。 经典示例 例 3 当两个分子间的距离为 r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力 与分子间距离的关系的说法正确的是( ) A.当分子间的距离 rr0时，它们之间只有斥力作用 B.当分子间的距离 rr0时，分子处于平衡状态，不受力 C.当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中， 分子间的引力和斥力都在减小， 且斥力比引力减小得快 D.当分子间的距
19、离从 0.5r0增大到 10r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐 渐减小 解析 分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当 rr0时，f引f斥，每个 分子所受的合力为零，并非不受力；当 rf引，合力为斥力，并非只受 斥力，故 A、B 错误；当分子间的距离从 0.5r0增大到 10r0的过程中，分子间的 引力和斥力都减小，且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零， 再增大后又减小到零，故 C 正确，D 错误。 答案 C 针对训练 3 (多选)甲分子固定在坐标原点 O，乙分子位于 r 轴上，甲、乙两分 子间作用力与分子间距离关系图像如图所示。现把乙分子从 r3处由静止释放， 则( )
20、 A.乙分子从 r3到 r1一直加速 B.乙分子从 r3到 r2过程中两分子间的分子力呈现引力，从 r2到 r1过程中两分子 间的分子力呈现斥力 C.乙分子从 r3到 r1过程中，两分子间的分子力先增大后减小 D.乙分子从 r3到距离甲最近位置的过程中，两分子间的分子力先减小后增大 解析 乙分子从 r3到 r1一直受甲分子的引力作用，且分子间作用力先增大后减 小，故乙分子做加速运动，A、C 正确，B 错误；乙分子从 r3到距离甲最近位置 的过程中，两分子间的分子力先增大后减小再增大，D 错误。 答案 AC 核心要点 物体的内能 问题探究 (1)结合影响分子动能和分子势能的因素，从微观和宏观角度
21、讨论影响内能的因 素有哪些？ (2)物体的内能随机械能的变化而变化吗？内能可以为零吗？ 答案 (1)微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和 分子间的距离。 宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、温度和体积及物态。 (2)物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两 者之间没有必然联系。组成物体的分子永不停息地做无规则运动，因此物体的内 能不可能为零。 探究归纳 1.分子势能的变化与分子力做功的关系 (1)分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加。 (2)数量关系：WEpEp1Ep2。 2.分子的平均动能的理解 (1)热现象研究的是大
22、量分子运动的宏观表现，单个分子的动能没有意义，有意 义的是物体内所有分子热运动动能的平均值，即分子的平均动能。 (2)温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观意义。在相同温度下，各种物 质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度 时不同物质分子的平均速率不一定相同。 3.内能与机械能的区别和联系 项目 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能和弹性势 能 能量存在原因 由于物体内大量分子的热 运动和分子间相对位置改 变而具有 由于物体做机械运动或物体形 变或被举高而具有 影响因素 物质的量、
23、 物体的温度和体 积及物态 物体的机械运动的速度、离地 高度或相对于零势能面的高度 或弹性形变程度 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 经典示例 例 4 (多选)设 rr0时分子间的作用力为零，则一个分子从远处以某一动能向另 一个固定的分子靠近的过程中，下列说法中正确的是( ) A.rr0时，分子力做正功，动能不断增大，势能减小 B.rr0时，动能最大，势能最小 C.rr0时两者之间是引力，引力对分子 做正功，分子势能减小，由动能定理可知，分子动能增大，故 A 项正确；当 rr0 时两者之间是斥力，对分子做负功，分子势能增大，由动能定理可知，分子动能 减小，故 C 项正确；由以上两
24、种情况分析可知，当 rr0时，分子的动能最大， 分子势能最小，故 B 项正确。 答案 ABC 规律总结 分子势能的几点注意事项 (1)分子力做功是分子势能变化的量度。 (2)物体体积改变，分子势能必定发生改变。大多数物体是体积越大，分子势能 越大；也有少数由反常物质组成的物体(如冰、铸铁)体积越大，分子势能反而越 小。 (3)当 rr0时，分子力为零，分子势能为最小值，分子势能最小值和分子势能为 零不是一回事。 针对训练 4 关于物体的内能，以下说法正确的是( ) A.不同物体温度相等，内能也相等 B.所有分子的势能增大，内能也增大 C.物体内能增大，机械能不一定增大 D.只要两物体的质量、温
25、度、体积相等，两物体的内能一定相等 解析 物体的内能包括所有分子动能和分子势能之和，A、B 项错误；物体的内 能和机械能没有必然联系，C 项正确；两物体质量相同，但种类不一定相同，分 子总数就不一定相等，即使温度、体积相等，内能也不一定相等，D 项错误。 答案 C 1.(阿伏伽德罗常数的应用)(多选)已知某气体的摩尔体积为 22.4 L/mol，摩尔质量 为 18 g/mol，阿伏伽德罗常数为 6.021023 mol 1，由以上数据可以估算出这种 气体( ) A.每个分子的质量 B.每个分子的体积 C.每个分子占据的空间 D.分子之间的平均距离 解析 实际上气体分子之间的距离比分子本身的直径
26、大得多， 即气体分子之间有 很大空隙，故不能根据 V0 V NA计算气体分子的体积，这样算得的应是该气体每 个分子所占据的空间，故 B 错误，C 正确；可认为每个分子平均占据了一个小立 方体空间，3V0即为相邻分子之间的平均距离，D 正确；每个分子的质量可由 m0 M NA计算，A 正确。 答案 ACD 2.(布朗运动)(多选)1827 年，英国植物学家布朗发现了悬浮在水中的花粉微粒的 运动。 如图所示的是显微镜下观察到的三颗花粉微粒做布朗运动的情况。从实验 中可以获取的正确信息是( ) A.微粒越大，布朗运动越明显 B.温度越高，布朗运动越明显 C.布朗运动说明了花粉分子的无规则运动 D.布
27、朗运动说明了水分子的无规则运动 解析 微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显，故 A 错误，B 正确；布朗运动指的是花粉颗粒的运动，不是花粉分子的运动；它间接地反映了 水分子的无规则运动，故 C 错误，D 正确。 答案 BD 3.(分子间的作用力)(多选)如图所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小， 横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大 小随分子间距离的变化关系，e 为两曲线的交点，则下列说法正确的是( ) A.ab 为斥力曲线，cd 为引力曲线，e 点横坐标的数量级为 10 10 m B.ab 为引力曲线，cd 为斥力曲线，e 点横坐标的数量
28、级为 10 10 m C.若两个分子间距离大于 e 点的横坐标，则分子间作用力表现为引力 D.若两个分子间距离越来越大，则分子力越来越大 解析 在 fr 图像中，随着距离的增大斥力比引力变化得快，所以 ab 为引力曲 线， cd 为斥力曲线，当引力等于斥力时，分子之间距离数量级与分子直径相等， 故 e 点为平衡距离，数量级为 10 10 m，故 A 错误，B 正确；若两分子间距离大 于 e 点的横坐标时，分子力表现为引力，故 C 正确；当 rr0时， r 增大， 分子力先增大后减小， 当 r10r0时， 分子力已很微弱， 可以忽略不计，故 D 错误。 答案 BC 4.(分子势能)如图所示，甲分
29、子固定在坐标原点 O，乙分子位于 x 轴上。甲分子 对乙分子的作用力 f 与两分子间距离关系如图中曲线所示。现把乙分子从 a 处逐 渐向甲分子靠近，则( ) A.乙分子从 a 到 b 过程中，分子力增大，分子势能增大 B.乙分子从 a 到 c 过程中，分子力先增大后减小，分子势能一直减小 C.乙分子从 b 到 d 过程中，分子力先减小后增大，分子势能一直增大 D.乙分子从 c 到 d 过程中，分子力增大，分子势能减小 解析 从 a 到 c 的过程中，分子力表现为引力，做正功，故分子势能减小，分子 力先增大后减小，从 c 到 d 过程中，分子力表现为斥力，分子力做负功，故分子 势能增加，分子力增大，B 正确。 答案 B 5.(物体的内能)下列关于物体内能的说法正确的是 ( ) A.同一个物体，运动时比静止时的内能大 B.1 kg 0 的水的内能比 1 kg 0 的冰的内能大 C.静止物体的分子平均动能为零 D.物体被举得越高，其分子势能越大 解析 物体的内能与其宏观运动状态无关，A 错误；1 kg 0 的水变成 1 kg 0 的冰要放出热量，故 1 kg 0 的水的内能大，B 正确；静止的物体的动能为零， 但分子在永不停息地运动，其分子平均动能不为零，同理被举高的物体，势能增 加，但其体积不变，分子势能不变，故 C、D 错误。 答案 B
