人教版高中物理选修32知识点整理及重点题型梳理 分子动理论.docx

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人教版高中物理选修32知识点整理及重点题型梳理分子动理论

人教版高中物理选修3-3

知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

分子动理论

【学习目标】

1．扩散现象是由分子的热运动产生的。

2．知道布朗运动及产生原因。

3．知道热运动即决定其激烈程度的因素。

4．知道分子间存在间隙。

5．知道分子间同时存在着引力和斥力，其大小与分子间的距离有关。

【要点梳理】

要点一、扩散现象与布朗运动

1．扩散现象

物理学中把由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象称为扩散现象。

墨水不断地扩散到清水中，这就是扩散现象．

概念：

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：

香水的香味可以传得较远，叉如堆在墙角的煤可以深入到泥土中去．

要点诠释：

（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．

（4）扩散现象的本质是分子热运动的直观体现．

2．布朗运动

（1）定义：

人们把悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动叫做布朗运动．

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．

要点诠释：

①布朗运动是悬浮的固体微粒运动，不是单个分子的运动，但是布朗运动证实了周围液体分子的无规则运动．

②固体微粒的运动是极不规则的，图示并非固体微粒的运动轨迹，而是每隔

微粒位置的连线．

③任何固体微粒悬浮在液体内，在任何温度下都会做布朗运动．

（2）对布朗运动的理解

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，个别分子对固体微粒的碰撞不会产生布朗运动，影响布朗运动的因素有：

微粒的大小和液体温度的高低．对布朗运动的产生主要从以下三个方面理解．

①布朗运动是由于液体分子对微粒的撞击不平衡而产生的．

②用分子撞击理论对布朗运动现象进行解释．

③布朗运动是液体分子无规则运动的表现．

要点诠释：

a．微粒虽然很小，但是它周围包围着大量的液体分子，这些分子做无规则运动．每一瞬间对微粒的碰撞作用力的大小和方向是不确定的．由于这种碰撞的不平衡性，导致微粒做布朗运动（如图所示）．

b．布朗运动的无规则性．

每个液体分子对微粒撞击时对微粒都产生冲力，由于分子的无规则运动。

每一瞬间每个分子对微粒的冲力大小和方向是不确定的，合力的大小和方向随时都在改变，而这种变化是无规则的，因而布朗运动也是无规则的．

c．微粒越小，布朗运动越明显．

微粒小，其包围微粒的液体分子数也少，同一时刻撞击微粒的液体分子数也少，根据统计规律，撞击微粒的液体分子越少，其合力越不平衡，在某一方向上的合力相对越大，颗粒小，其质量相对也小，运动状态容易改变．综上所述，微粒越小，布朗运动越明显．

微粒大。

其包围微粒的液体分子数也多，同一时刻撞击微粒的液体分子数也多，这种大量分子对微粒的碰撞作用亦趋于平衡，也就是微粒受到的合力小．同时微粒大，质量也大，不易改变运动状态．综上所述，微粒越大，布朗运动越不明显．当微粒大到一定程度时，就不会发生布朗运动了．

d．温度越高，微粒的布朗运动越明显．

温度越高，液体分子的运动越剧烈，分子运动的速率越大，每次撞击时对微粒的冲力越大，因而同一时刻微粒受到的各个方向的冲力的合力越大，微粒的加速度也越大，而使微粒的运动变得更剧烈．另外，温度升高，分子运动的速率增大的同时，在单位时间内分子对微粒碰撞的次数也增多，而使微粒的运动变得更剧烈．综上所述，温度越高，布朗运动越明蛊．

e．设想液体内部分子的运动是有规则的，在任何时刻所有分子都向着某一个确定的方向运动，小微粒在液体分子的撞击下向同一个方向运动，就不会产生无规则运动，正是由于液体分子的无规则运动，才导致布朗运动的无规则．

要点二、热运动与布朗运动

1．热运动及其特点

定义：

物理学中把物体内部大量分子的无规则运动，称为热运动．

分子的无规则运动叫做热运动．

我们把分子永不停息的无规则运动叫做热运动．

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

内与其他空气分子的碰撞达到

亿次之多．所以大量分子的运动是十分混乱的．

要点诠释：

（1）不能把布朗运动叫做热运动．

（2）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，均就它们的平均速率而言．

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

．

2．对布朗运动示意图的理解

实际上图中每个拐点记录的是微粒每隔一段时间（如

）的位置，实际中可采用闪光照相的办法记录，两位置之间的直线是人为画上的．在这

内，微粒仍做的是无规则运动，由此不能将示意图中的折线当作粒子的运动轨迹，每一段直线也不可认为是对应这段时间的匀速直线运动轨迹，其实在这段时间内运动还是很复杂的．

如图，若在记录的零时刻布朗微粒在

点，经过

后到达

点，再经过

到

点，再过

到

点．其中虚线是轨迹，实线是位置连线．

要点三、扩散、布朗运动、分子运动

1．布朗运动与扩散的区别和联系

布朗运动与扩散是两种不同的现象，既有相同点也有不同点，见下表：

物理现象

布朗运动

扩散现象

产生的条件

固体微粒（足够小）悬浮在液体或气体中

两物质相互接触彼此进入对方的现象，在气体、液体、固体中都可发生

影响快慢的因素

温度的高低和微粒的大小

温度的高低

现象的本质

是液体分子无规则运动的反映

是分子的运动

共同点

它们都（间接或直接）证实了分子的运动，分子在永不停息地做无规则运动

不同点

布朗运动永不停止

扩散现象会停止（动态平衡）

2．布朗运动与分子运动

（1）研究对象不同：

布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子．布朗微粒中也含有大量分子，这些分子也在做永不停息的无规则运动．

（2）布朗运动的特点：

①永不停息；②无规则；③颗粒越小，现象越明显；④温度越高，运动越剧烈．

（3）布朗运动的产生原因是由于液体分子无规则运动，布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高越剧烈．

（4）布朗运动不仅能在液体中发生，也能在气体中发生

3．布朗运动也能在气体中发生，但黑暗的屋子中射入一束阳光。

在阳光中看到的灰尘浮动不是灰尘颗粒在做布朗运动

布朗运动的研究颗粒的直径数量级在

之间，人的肉眼看不到，只能借助高倍显微镜观察．反之人能用眼睛观察到的灰尘颗粒并不能发生明显的布朗运动．

要点诠释：

布朗运动是大量液体或气体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果．个别分子对固体颗粒的碰撞不会产生布朗运动，影响布朗运动的因素有二，即颗粒的大小和液体或气体温度的高低．

悬浮颗粒越小，其惯性越小，另外颗粒越小，表面积亦越小，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力越不平衡；温度越高，周围液体或气体分子对固体颗粒的撞击力越大，所以布朗运动越剧烈．

要点四、分子力

1．说明分子间有间隙的宏观现象

（1）气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙．

（2）水和酒精混合后总体积减小，说明液体分子之间有空隙．

（3）压在一起的金片和铅片的分子，能扩散到对方的内郎，说明固体分子之间有空隙．

（4）课本中的彩图“扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子结构照片”中的亮斑是碳原子，其黑色背景显示了固体分子间也有空隙．

（5）物体的热胀冷缩现象正是由于物体分子间的空隙增大或缩小而造成的，这是气体、液体和固体所共有的现象．

要点诠释：

①我们在第一节中对分子大小估测时，把固体或液体分子看做是一个挨一个紧密排列的，其实那是为了研究方便而做的一种理想化模型，对估测数量级的影响不大，其真实的分子间是有空隙的．

②扩散现象和布朗运动表明分子永不停息地做无规则运动，同时也反映了分子间有空隙．假若分子间无空隙，则无规则运动无法实现．

2．分子间存在分子力

（1）分子间存在分子力

分子间同时存在着相互作用的引力和斥力；分子力是分子间合力．

要点诠释：

①从宏观现象上分析：

以固体物质为例，物体在被拉伸时需要一定的外力，这表明组成物质的分子之间存在着相互的引力作用，所以要使物体被拉伸，一定需要有外力来克服分子之间的引力；同时物体在被压缩时也需要一定的外力，这表明组成物质的分子之间还存在着相互作用的斥力，因此要使物体被压缩，一定需要有外力来克服分子之间的斥力．

②从微观现象上分析：

分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分子之间存在着引力．

分子间有引力，而分子间又有空隙，没有紧紧吸在一起，这说明分子间还存在着斥力．

（2）分子之间的作用力及其变化

①分子力：

分子之间同时存在着相互的引力和斥力，这两个力的合力即为所表现出的分子之间的作用力．

②分子间作用力的变化：

分子间的作用力与分子间的距离有关．

当分子间距离

（

为

）时，引力和斥力相等，此二力的合力为零，即分子间呈现出没有作用力，此时分子所处的位置称为平衡位置．

要点诠释：

a．分子间距为

时，并不是分子间没有引力和斥力；当分子间距为

时，分子并不是静止不动．

b．当分子之间距离

时，分子之间的引力和斥力同时增大，但斥力增大得更快一些，故斥力大于引力，此时分子之间呈现出相互的斥力作用（此时引力仍然存在）．

c．当分子之间距离

时，分子之间的引力和斥力同时减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，此时分子之间呈现出相互的引力作用（此时斥力仍然存在）．

可见，分子之间的引力和斥力总是同时存在的，且当分子之间距离变化时，引力和斥力同时发生变化，只是斥力变化得更“快一些”．

要点诠释：

．分子之间发生相互作用力的距离很短，当分子之间的距离超过分子直径的

倍时，可认为分子之间的作用力为零．

．分子力与万有引力的产生机理不同，两者不可相提并论

（3）分子力变化的图象

分子间相互作用力同时存在着引力和斥力，有时表现为引力，有时表现为斥力，怎样把分子力的规律清晰地理出个头绪来呢？

借助分子力随分子间距离变化而变化的

图象，可以比较直观地反映出它们间的联系，如图所示，分子斥力或分子引力都随分子间距离增大而减小，但分子斥力的变化率较大，分子引力的变化率较小．因此，当距离

时，分子力合力表现为斥力；当距离

时，分子力合力表现为引力；当距离

时，分子力合力为零．

（4）分子力的本质

根据现代分子结构理论，分子由原子组成，原子又是由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子形成的电子云组成的，可见，分子是一个复杂的带电系统，毫无疑问，分子间的作用力应属于电磁力．

要点诠释：

分子间的相互作用不是万有引力．

要点五、分子动理论（molecularkinetictheory）

1．分子动理论

（1）分子动理论内容：

①物体是由大量分子组成的；

②分子在永不停息地做无规则运动；

③分子之间存在着引力和斥力．

（2）热学学习包括两个方面：

一方面是热现象的宏观理论，另一方面是热现象的微观理论．

2．分子力的特点和规律——图解法分析分子受力

在分析分子问的作用力时，可设分子甲在

点，分子乙在

轴上移，这样，物理情景和物理过程相对清楚一些，如图．

分析解答相关问题的基本方法：

（1）解答与分子力相关的试题时，首先应认真审题，确定题目要求分析判断的是分子间的相互作用力即合力还是分子间相互作用的引力和斥力．否则很容易出错．

（2）根据图象和分子力、分子间的引力和分子间的斥力随分子间距离的变化规律进行判断．

（3）若讨论的是分子间的引力和斥力问题，应记住它们都是随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快些．

（4）若讨论的是分子间的相互作用力即合力时，由图象可知，当分子间的距离由

增大时，分子间的相互作用力减小；当分子间的距离由

增大时，分子间的相互作用力是先增大后减小．

（5）结合动力学即牛顿第二定律和运动学规律分析分子运动问题时，若乙分子由无穷远处沿直线向甲分子运动过程中，在

的过程中，加速度的大小是先增大后减小。

方向不变，速度一直增大，过了

后加速度反向，乙分子做减速运动，在

的过程中，加速度的大小一直增大，分子速度逐渐减小．

3．利用分子力解释物理现象

对于日常生活中的一些常见现象要能灵活应用分子动理论对其物理本质作出合理的解释．

如：

一段小铅柱，用刀切成两段，然后把两个断面对接，稍用压力就能使两段铅柱接合起来，一端挂几千克的重物，也不会把铅柱拉开，而玻璃碎了却不能重新接合，为什么？

【解析】上述实验说明：

第一，分子间有力的作用；第二，分子间的作用力与分子间的距离有关．铅柱切口很平时，稍用压力就能使两断面分子间距离达到引力作用的距离，使两段铅块重新接合起朱玻璃断面凹凸不平，即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离；绝大多数的分子距离远大于

，分子力已近似为零了，总的分子引力非常小，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加热，玻璃变软，亦可重新接合．

要点六、对分子力的理解

借助弹簧小球模型理解分子力

如图所示，用两个小球中间连有一个弹簧的模型来比喻分子及其间的分子力：

小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和引力的合力．当弹簧处于原长时（

），象征着分子力的合力为零；当弹簧压缩时（

），象征着分子力的合力为斥力；当弹簧处于拉伸状态时（

），象征着分子力的合力表现为引力．借助此模型可以帮助记忆分子力随距离变化的规律．

【典型例题】

类型一、扩散现象与布朗运动

例1．（2015新课标II）关于扩散现象，下列说法正确的是（）

A．温度越高，扩散进行得越快

B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应

C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

【思路点拨】深刻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。

【答案】ACD

【解析】根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象不是化学反应，故B错误；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，故C正确；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，故D正确；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故E错误。

【总结升华】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。

举一反三:

【变式】扩散现象说明了（）．

A．物体是由大量分子组成的B．物质内部分子间存在着相互作用力

C．分子间存在着空隙D．分子在做无规则的运动

【答案】C、D

【解析】扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质内部的现象，因而说明了分子间存在着空隙；而物质混合达到均匀，则表明分子的运动是无规则的．

例2．墨汁的小炭粒在水中做布朗运动的现象说明（）．

A．小炭粒的分子在做剧烈的热运动B．水分子在做剧烈的热运动

C．水分子之间是有空隙的D．水分子之间有分子作用力

【答案】B

【解析】布朗运动的起因是液体分子做无规则运动撞击颗粒的结果，所以小炭粒在水中做布朗运动并不说明小炭粒的分子在做剧烈的热运动，而只是间接说明水分子在做剧烈的热运动．故选项A错误，选项B正确，颗粒产生布朗运动的原因不是因为分子之间有空隙和分子问的作用力，故选项C、D皆错．

【总结升华】布朗运动不是分子的运动，是液体（或气体）撞击固体小颗粒的结果，但它反映了液体分子运动的无规则性。

举一反三:

【分子动理论例4】

【变式1】关于布朗运动，下列说法中正确的是：

A．图中记录的是分子无规则运动的情况

B．图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹

C．实验可以看到，微粒越大，布朗运动越明显

D．实验可以看到，温度越高，布朗运动越激烈

【答案】D

【变式2】关于悬浮在液体中的固体微粒的布朗运动，下列说法中正确的是（）．

A．小颗粒的无规则运动就是分子的运动

B．小颗粒的无规则运动是固体颗粒分子无规则运动的反映

C．小颗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做热运动

【答案】C

【解析】悬浮在液体中的固体颗粒虽然很小，需要用显微镜来观察，但它并不是固体分子，而是千万个固体分子组成的分子团体，布朗运动是这千万个分子团体的一致行动，不能看做是分子的运动．

产生布朗运动的原因是固体微粒受到周围液体分子的撞击．由于液体分子运动的无规则性，固体微粒受到撞击力的合力也是无规则的，因此，固体微粒的运动也是无规则的．组成微粒的固体分子既有各自特有的无规则运动，又有我们通过显微镜看到的分子团体的布朗运动．可见，小颗粒的无规则运动不能证明固体微粒分子做无规则运动，而只能说明液体分子在做无规则运动．

热运动是指分子的无规则运动，由于布朗运动不是分子的运动．所以不能说布朗运动是热运动．

【总结升华】理解布朗运动的现象及其物理本质是解答本题的关键。

【变式3】下面所列举的现象，哪些能说明分子是不断运动着的？

（）

A．将香水瓶盖打开后能闻得到香味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的运动

【答案】A、C、D

【解析】扩散现象和布朗运动都能说明（直接和间接）分子在不停地做无规则运动．香水的扩散、水分子在空气中的扩散以及悬浮在水中花粉的运动都说明了分子是不断运动的，故A、C、D均正确；而尘土不是单个分子，是颗粒，尘土飞扬不是分子的运动．

【总结升华】分子热运动的实验依据是布朗运动和扩散现象。

注意做好问题的分析与归纳是解题关键。

例3．如图所示是做布朗运动小颗粒的运动路线记录的放大图，以小颗粒在

点开始计时，每隔

记下小颗粒的一个位置，得到

等点，则小颗粒在经

末时的位置，以下叙述中正确的是（）．

A．一定在

连线的中点

B．一定不在

连线的中点

C．可能在

连线上，但不一定在

连线的中点

D．可能在

连线以外的某点上

【思路点拨】审题时要关注“每隔

记下小颗粒的一个位置，”小颗粒在

内的运动仍是很复杂的，图中是两位置的连线而不是轨迹．

【答案】C、D

【解析】小颗粒在

内的运动仍是很复杂的，图中是两位置的连线而不是轨迹．因此，第

末，小颗粒可能在

连线上，但不一定在

连线的中点，也可能在

的连线之外的位置，因此，正确选项应为C、D．

【总结升华】本题明显错误是将连结视为运动轨迹，从而错选A或B，这是对布朗运动的无规则性认识不足。

其实，由于液体分子运动的无规则性，小颗粒在任意短暂时间内的运动都可能是毫无规则的、无方向的。

举一反三:

【变式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的永不停息的运动

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

【答案】C、D

【解析】布朗运动没有终止，而扩散现象有终止，当物质在这一能到达的空间实现了分布均匀，那么扩散现象结束，扩散现象结束不能再反映分子运动是否结束，因此能说明分子永不停息地运动的只有布朗运动，所以A错．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．则B错．两个实验现象说明了分子运动的两个不同侧面的规律，则C正确．两种运动随温度的升高而加剧，所以都与温度有关．

【总结升华】准确理解扩散现象和布朗运动的实质，是作出正确选择的关键。

【变式2】布朗运动的发现，在物理学上的主要贡献是（）．

A．说明了悬浮颗粒在做无规则运动

B．说明了液体分子在做无规则运动

C．说明了悬浮颗粒做无规则运动的剧烈程度与温度无关

D．说明了液体分子与悬浮颗粒之间的相互作用力

【答案】B

【解析】布朗运动对物理学的主要贡献有两个，一个是说明了液体分子或气体分子在做无规则运动，另一个是说明液体分子或气体分子无规则运动的剧烈程度与温度有关．故B正确．

【总结升华】布朗运动不是分子运动，不是热运动，但却是分子无规则运动的反映：

布朗运动只能反映周围液体或气体的分子运动，不会反映颗料内部分子的无规则运动。

类型二、分子间的作用力

例4．下列现象中不能说明分子间存在分子力的是（）．

A．两铅块能被压在一起B．钢绳不易被拉断

C．水不容易被压缩D．空气容易被压缩

【答案】D

【解析】空气分子间距离很大，大于分子直径的

倍，分子力忽略不计，故空气容易被压缩不能说明分子问存在分子力，D项正确．

【总结升华】人类对微观世界的认识是从对宏观现象分析、推理而得出的结构。

我们应认真区分不同的宏观现象所对应的微观规律，更应去伪存真。

举一反三:

【分子动理论例3】

【变式1】清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠，这一物理过程中，水分子间的（）

A.引力消失、斥力增大

B.斥力消失，引力增大

C.引力、斥力都减小

D.引力、斥力都增大

【答案】D

【变式2】起重机在吊起货物时，钢绳的钢丝被拉伸，下列说法正确的是（）．

A．分子间只有引力作用

B．分子间的引力和斥力都减小

C．分子间引力比斥力减小得慢

D．分子力为零时，引力和斥力同时为零

【答案】B、C

【解析】钢丝拉伸，分子间距离增大，分子间的引力、斥力都减小，但引力比斥力减小得慢，分子力表现为引力，所以B、C正确，A、D不正确．

【总结升华】明确钢丝被拉伸时，分子间的距离发生变化，此时分子间的距离大于平衡位置的距离即

。

分子间的相互作用力都发生变化，但快慢不同。

分子力表现为引力。

类型三、分子间的作用力的特点

例5．分子间的相互作用力由引力

和斥力

两部分组成，则（）．

A．

和

是同时存在的

B．

总是大于

，其合力总表现为引力

C．分子之间的距离越小，

越小，

越大

D．分子之间的距离越小，

越大，

越小

【思路点拨】分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力随分子间距离的变化而变化得更快一些．

【答案】A

【解析】分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力随分子间距离的变化而变化得更快一些．当

时，合力表现为斥力，随分子间距离的增大而减小．当

时，合力表现为引力，引力的大小随分子间距离的增大表现为先增大后减小．正确选项是A．

【总结升华】此题易错点为对分子间同时存在引力和斥力认识不清，尤其是合力随分子间距离变化的规律。

分子