人教版（2019）高中物理選修性必修第三冊 1.1分子動理論的基本內容-教案

分子動理論的基本內容

【教學目標】

一、知識與技能

1．通過生活實例及其分析，知道什么是擴散現(xiàn)象，產(chǎn)生擴散現(xiàn)象的原因是什么。

影響擴散快慢的因素有哪些，分別是什么關系。

2．通過實驗，觀察什么是布朗運動，通過分析、推理，理解布朗運動產(chǎn)生的原因。

3．通過對比，歸納擴散現(xiàn)象、布朗運動和分子的無規(guī)則運動之間的聯(lián)系與區(qū)別。

4．知道分子力隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律。

5．知道分子動理論的內容。

二、過程與方法

1．通過對概念及課本中關鍵詞句、圖片細節(jié)的觀察、分析、理解，引導學生重視

教材，學會研讀教材，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S習慣。

2．通過布朗運動的實驗、觀察及成因的分析、推理，體會并歸納其中的科學研究

方法。

3．在對所設情景及實驗的觀察、分析中和“情景+問題”的教學方式中培養(yǎng)學生善

于觀察、勤于思考、勇于探索的良好習慣。

三、情感、態(tài)度與價值觀

1．物理源于生活，要善于觀察、勤于思考、勇于探索。

2．通過科學家們對布朗運動成因的研究歷程的介紹，培養(yǎng)相應科學精神。

【教學重難點】

1．理解擴散現(xiàn)象、布朗運動、熱運動。

2．知道分子力隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律。

【教學過程】

一、物體是由大量分子組成的

【演示】幻燈片：掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面原子結構照片。

由于碳原子被放大了幾億倍后才被觀察到，表明分子是很小的。

我們在初中已經(jīng)學過，物體是由大量分子組成的。需要指出的是：在研究物質的化

學性質時，我們認為組成物質的微粒是分子、原子或者離子。但是，在研究物體的熱運

動性質和規(guī)律時，不必區(qū)分它們在化學變化中所起的不同作用，而把組成物體的微粒統(tǒng)

稱為分子。

我們知道，1mol水中含有水分子的數(shù)量就達6.02×1023個。這足以表明，組成物

體的分子是大量的。人們用肉眼無法直接看到分子，就是用高倍的光學顯微鏡也看不到。

直至1982年，人們研制了能放大幾億倍的掃描隧道顯微鏡，才觀察到物質表面原

子的排列。

二、分子熱運動

1．擴散現(xiàn)象

【演示】將一個裝有無色空氣的廣口瓶倒扣在裝有紅棕色二氧化氮氣體的廣口瓶上，

抽去中間玻璃板，過一段時間發(fā)現(xiàn)，上面瓶中氣體變成了淡紅棕色，下面氣體的顏色變

淺了，最后上下兩瓶氣體顏色一致。

（1）擴散：不同物質相互接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散。

（2）擴散現(xiàn)象隨溫度的升高而日趨明顯。

【演示】分別向冷水和熱水中滴入一滴紅墨水，可觀察到熱水很快變成紅色，而冷

水變成紅色稍慢。

（3）擴散現(xiàn)象在氣體、液體、固體中都能發(fā)生。

（4）擴散現(xiàn)象直接說明了組成物體的分子總是不停地做無規(guī)則運動。

（5）擴散現(xiàn)象的應用：在真空、高溫條件下在半導體材料中摻入一些其他元素來

制造各種元件等。

2．布朗運動

【演示】把墨汁用水稀釋后取出一滴，用顯微放大投影儀觀察液體中的小碳粒的運

動，可觀察到小碳粒的運動無規(guī)則，顆粒越小，這種無規(guī)則運動越明顯，而且永不停止。

（1）布朗運動：懸浮在液體中的固體微粒永不停息的無規(guī)則運動叫做布朗運動。

它首先是由英國植物學家布朗在1827年用顯微鏡觀察懸浮在水中的花粉微粒時發(fā)現(xiàn)的。

（2）布朗運動產(chǎn)生的原因：大量液體分子永不停息地做無規(guī)則運動時，對懸浮在

其中的微粒撞擊作用的不平衡性是產(chǎn)生布朗運動的原因。

簡言之：液體分子永不停息的無規(guī)則運動是產(chǎn)生布朗運動的原因。

（3）影響布朗運動激烈程度的因素：固體微粒的大小和液體的溫度。

固體微粒越小，液體分子對它各部分碰撞的不均勻性越明顯；質量越小，它的慣性

越小，越容易改變運動狀態(tài)，所以運動越激烈；

液體的溫度越高，固體微粒周圍的流體分子運動越不規(guī)則，對微粒碰撞的不均勻性

越強，布朗運動越激烈。

（4）布朗運動本身不是分子的無規(guī)則運動，但它反映了液體分子永不停息地做無

規(guī)則運動。

【注意】

（1）任何固體微粒懸浮在液體內，在任何溫度下都會做布朗運動。

（2）懸浮在氣體中的微粒也存在布朗運動，它是由大量氣體分子撞擊微粒的不平

衡性所造成的，反映了氣體分子永不停息地做無規(guī)則運動。

（3）布朗運動中固體微粒的運動極不規(guī)則。實驗得出的每隔一定時間微粒所處位

置的連線，不是固體微粒的運動軌跡。

3．熱運動

（1）擴散現(xiàn)象和布朗運動都隨溫度的升高而越明顯。表明分子的無規(guī)則運動跟溫

度有關。

（2）熱運動：分子的無規(guī)則運動叫做熱運動。溫度越高，分子的熱運動越激烈。

【例1】下列關于布朗運動的說法中正確的是（）

A．布朗運動是液體的分子的無規(guī)則運動

B．布朗運動是指懸浮在液體中的固體分子的無規(guī)則運動

C．布朗運動說明了液體分子與懸浮顆粒之間存在著相互作用力

D．觀察布朗運動會看到，懸浮的顆粒越小，溫度越高，布朗運動越劇烈

【解析】布朗運動是懸浮在液體中的固體小顆粒的運動，小顆粒由許多分子組成，

所以布朗運動不是分子運動，也不是指懸浮顆粒內固體分子的運動，故A、B均錯，布

朗運動雖然是由液體分子與懸浮顆粒間相互作用引起的，但其重要意義是反映了液體分

子的無規(guī)則運動，不是反映分子間的相互作用，故C錯。觀察布朗運動會看到固體顆

粒越小，溫度越高，布朗運動越明顯。故D正確。正確答案是D。

【例2】在較暗的房間里，從射進來的陽光中，可看到懸浮在空氣中的微粒在不停

地的運動，這些微粒的運動是（）

A．布朗運動

B．不是布朗運動

C．自由落體運動

D．是由氣流和重力引起的運動

【解析】這些肉眼可以看到的微粒是相當大的，某時刻它們所受到的各方向空氣分

子碰撞的合力幾乎為零，這些微小的合力對相當大的微粒來說，是不能使它做布朗運動

的，這時微粒的運動是氣體對流和重力作用引起的，所以答案是BD。

【例3】如下圖所示的是做布朗運動小顆粒的運動路線記錄的放大圖。以小顆粒在

A點開始計時，每隔30s記下小顆粒的位置，得到B、C、D、E、F、G等點，則小顆

粒在第75s末時位置，以下敘述中正確的是（）

A．一定在CD連線的中點

B．一定不在CD連線的中點

C．可能在CD連線上，但不一定在CD連線中點

D．可能在CD連線以外的某點上

【解析】圖中的各點的連線不是微粒的運動軌跡，它是為了表明微粒在做極短促的

無定向運動過程中的移動的順序而做的連線。

由以上分析，在第75s末，小顆?？赡茉贑D連線上，但不一定在CD中點，也可

能在CD連線外的位置。因此選CD，正確答案CD。

【小結】擴散現(xiàn)象是分子無規(guī)則運動的結果。布朗運動是分子無規(guī)則運動的反映，

擴散現(xiàn)象和布朗運動，不但說明分子永不停息地做無規(guī)則運動。同時也說明分子間是有

空隙的。

三、分子間的作用力

（一）分子間存在相互作用力

【演示】

（1）壓緊兩表面潔凈的鉛塊，使它們合在一起，下面的鉛塊不下落。

（2）壓縮一固體（如一鉛塊）很不容易，物體內要產(chǎn)生反抗的彈力。

1．分子間存在相互作用的引力（如：壓緊的鉛塊結合在一起，它們不易被拉開）

2．分子間存在相互作用的斥力（如：固體和液體很難被壓縮）

【注意】

壓縮氣體也需要力，不說明分子間存在斥力作用，壓縮氣體時需要的力是用來反抗

大量氣體分子頻繁撞擊容器壁（活塞）時對容器壁（活塞）產(chǎn)生的壓力。

3．分子間的引力和斥力同時存在，實際表現(xiàn)出來的分子力是分子引力和斥力的合

力（分子力）。

（二）分子間相互作用力的特點

1．分子間的引力和斥力同時存在。

2．分子間的引力和斥力只與分子間距離（相對位置）有關，與分子的運動狀態(tài)無

關。

3．分子間的引力和斥力都隨分子間的距離r的增大而減小，且斥力總比引力隨r

的增大衰減得快。

（三）分子力與距離的關系示意圖（可用課件展示）

如下圖所示，F(xiàn)＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力，橫軸上方的虛線表示分子間斥力隨r的

變化圖線，橫軸下方的虛線表示分子間引力隨r的變化圖線，實線為分子間引力和斥力

的合力F（分子力）隨r的變化圖線。

1．當r＝r0時，分子間引力和斥力相平衡，F(xiàn)引=F斥，分子處于平衡位置，其中r0

為分子直徑的數(shù)量級，約為10-10m。

2．當r＜r0時，F(xiàn)引<F斥，對外表現(xiàn)的分子力F為斥力。

3．當r＞r0時，F(xiàn)引>F斥，對外表現(xiàn)的分子力F為引力。

4．當r＞10r0時，分子間相互作用力變得十分微弱，可認為分子力F為零（如氣體

分子間可認為作用力為零）。

（四）引起分子間相互作用力的原因

分子間相互作用力是由原子內帶正電的原子核和帶負電的電子間相互作用而引起

的。

【例4】分子間的相互作用力由引力F引和斥力F斥兩部分組成，則（）

A．F引和F斥是同時存在的

B．F引總是大于F斥，其合力總是表現(xiàn)為引力

C．分子之間的距離越小，F(xiàn)引越小，F(xiàn)斥越大

D．分子之間的距離越小，F(xiàn)引越大，F(xiàn)斥越小

【解析】分子間的引力和斥力是同時存在的，它們的大小和合力都與分子間距離有

關，當分子間距離減小時，引力和斥力都增大，且斥力的增大更快。r＜r0時，合力表

現(xiàn)為斥力，r＞r0時，合力表現(xiàn)為引力。

根據(jù)上述分析，該題正確的答案為A。

【例5】當兩個分子間距離為r0時，分子力為零，下列關于分子力說法中正確的是

（）

A．當分子間的距離為r0時，分子力為零，也就是說分子間既無引力又無斥力

B．分子間距離小于r0時，分子力增大，分子間表現(xiàn)出是斥力

C．當分子間相互作用力表現(xiàn)為斥力時，分子距離變大時，斥力變大

D．在分子力作用范圍內，不管r＞r0，還是r＜r0，斥力總比引力變化快

【解析】本題考查分子力隨分子間距離變化規(guī)律

分子間同時存在引力和斥力，當r=r0時是引力和斥力相等，所以A錯。分子間引

力和斥力都隨分子間距離減小而增大，但斥力比引力變化的快，當r＜r0時，引力和斥

力都增大，但斥力增加比引力快，故B、D正確，C錯。

對分子力認識，應掌握分子力隨分子距離的增大而減小的關系。

【例6】有甲、乙兩個分子，甲分子固定不動，乙分子由無窮遠處逐漸向甲靠近，

直到不再靠近為止，在這整個過程中（）

A．分子力總對乙做正功

B．乙總是克服分子力做功

C．先是分子力對乙做正功，然后乙克服分子力做功

D．乙先克服分子力做功，然后分子力對乙做正功

【解析】當分子間距r＞r0時，分子力表現(xiàn)為引力，因此當乙分子從無窮近逐漸向

甲集近過程中，當甲、乙兩分子間距大于r0時，分子間作用力對乙做正功；當分子間距

小于r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，分子力對乙做負功。所以本題正確答案是C。

【例7】試從分子動理論的觀點，說明物體的三態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）為什么有

不同的宏觀特征？

【解析】固體分子間的距離非常小，分子間的作用力很大，其分子只能在平衡位置

附近做小范圍的無規(guī)則運動。因此，固體不但具有一定的體積，還具有一定的形狀。

液體分子間的距離比較小，分子間的作用力也相當大，但與固體分子相比，液體分

子可在平衡位置附近做范圍較大的無規(guī)則運動，而且液體分子的平衡位置是不固定的，

是在不斷地移動，因而液體雖然具有一定的體積，卻沒有固定的形狀。

氣體分子間距離很大，由于分子力是短程力，所以，彼此間的作用力極為微小，其

分子除了在與其他分子或器壁碰撞時有相互作用力外是不受其他作用力的。因而氣體分

子總是做勻速直線運動，直到碰撞時，才改變方向，所以，氣體沒有體積，也沒有一定

的形狀，總是充滿整個容器的。

【小結】分子間同時存在相互作用的引力和斥力，它們都隨距離r增大而減小，當

-10

r＝r0（r0約為10m）時，分子力F＝0；r＞r0時分子力F為引力，r＜r0時分子力F為

斥力。

四、分子動理論

總結本節(jié)課的所有內容，引出分子動理論：

1．物體是有大量分子組成。

2．分子在做永不停息的無規(guī)則熱運動。

3．分子間存在著相互作用的引力和斥力。

從總體來看，大量分子的運動卻有一定的規(guī)律，這種規(guī)律叫做統(tǒng)計規(guī)律。

【練習鞏固】

1．下列現(xiàn)象中，能說明分子是不斷運動著的是（）

A．將香水瓶打開后能聞到香味

B．汽車開過后，公路上塵土飛揚

C．灑在地上的水，過一段時間就干了

D．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運動

答案：ACD

2．關于布朗運動的下列說法中正確的是（）

A．布朗運動就是分子運動

B．布朗運動是組成固體微粒的分子無規(guī)則運動的反映

C．布朗運動是液體或氣體分子無規(guī)則運動的反映

D．觀察時間越長，布朗運動就越顯著

E．陽光從縫隙射入教室，從陽光中看到的塵埃的運動就是布朗運動

答案：C

3．關于布朗運動，以下說法正確的是（）

A．布朗運動是指液體分子的無規(guī)則運動

B．布朗運動產(chǎn)生的原因是液體分子對小顆粒的吸引力不平衡引起的

C．布朗運動產(chǎn)生的原因是液體分子對小顆粒碰撞時產(chǎn)生沖力不平衡引起的

D．在懸浮微粒大小不變情況下，溫度越高，液體分子無規(guī)則運動越激烈

答案：CD

4．在顯微鏡下觀察布朗運動時，布朗運動的激烈程度（）

A．與懸浮顆粒大小有關，微粒越小，布朗運動越激烈

B．與懸浮顆粒的分子大小有關，分子越小，布朗運動越激烈

C．與溫度有關，溫度越高布朗運動越激烈

D．與觀察的時間長短有關，觀察時間越長布朗運動越趨于平緩

答案：AD

5．較大的顆粒不做布朗運動原因是（）

A．液體分子停止運動

B．液體溫度太低

C．跟顆粒碰撞的分子數(shù)較多，各方向的撞擊作用相互平衡

D．分子沖擊力很難改變大顆粒的運動狀態(tài)

答案：CD

6．關于布朗運動和擴散現(xiàn)象的說法正確的是（）

A．布朗運動和擴散現(xiàn)象都能在氣體、液體、固體中發(fā)生

B．布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子的運動

C．布朗運動和擴散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯

D．布朗運動和擴散現(xiàn)象都是永不停息的

答案：CD

7．在長期放著煤的墻角處，地面和墻角相當厚的一層染上黑色，這說明（）

A．分子是在不停的運動著

B．煤是由大量分子組成的

C．分子之