高中物理選修3.3

模塊要覽

熱學是物理學的一部分，它研究熱現象的規律。用來描述熱現象的一個基本概念是溫度，

溫度變化的時候，物體的許多性質都發生變化。例如，多數物體在溫度升高是體積膨脹；水

在以下是固體，在0℃以上才是液體；橡皮管冷卻到一100C以下會變得像玻璃?樣易

碎……凡是跟溫度有關的現象都叫做熱現象。熱學知識在實際中有重要的應用。各種熱機和

致冷設備的研制，化工、冶金、氣象的研究，都離不開熱學知識。

研究熱現象有兩種不同的方法。一種是從宏觀上總結熱現象的規律，引入內能的概念，

并把內能跟其他形式的能聯系起來；另一種是從物質的微觀結構出發，建立分子動理論，說

明熱現象是大量分子無規則運動的表現。這兩種方法相輔相成，使人們對熱現象的研究越來

越深入。

把宏觀和微觀結合起來，是熱學的特點。學習中要注意統計思想在日常生活和解釋自然

想象中的普遍意義。

【學習目標】

知識能力目標：明確分子動理論的內容，會用分子動理論和統計觀點解釋氣體壓強；了

解固體、液晶的微觀結構，會區別晶體和非晶體；理解能量守恒定律，用能量守恒觀點解釋

自然現象。

過程方法目標：通過調查、實驗的方法理解熱學的研究方法，學會用統計思想解釋熱學

現象，體會人們進入微觀世界的線索以及對宏觀現象的微觀解釋。

情感態度價值觀目標：體會科學探索中的挫折和失敗對科學發現的意義；感受探索微觀

世界的科學創新精神的激勵作用，樹立為科學探索而奮斗的獻身精神。通過聯系生活和生產

實際，學生將進一步認識能源開發、消耗和環境保護等方面的問題，樹立可持續發展意識、

社會參與意識，培養學生對社會負責的態度。

【內容掃描】

設置意圖：本書在重視知識形成的過程、方法的同時，力圖挖掘知識所蘊含的能力、情

感等多方面的教育價值,幫助學生在把握基礎知識的基礎上進一步培養觀察能力、實驗能力、

思維能力、自學能力、創新能力，為全面提高綜合素質打下堅實的基礎。

結構分析：

〔目標導航)對每節的三維目標細致分析，有的放矢，目標明確。

〔誘思導學)系統點撥本節知識引入的原因、方法、技巧、意義。力圖實現教材知識的

邏輯性、系統性，重視知識形成的過程、方法和情感、態度、價值觀的滲透，把能力培養放

在首位。

(典例探究)幫助學生探究解題的規律、技巧和方法，達到舉一反三、融會貫通的目的。

〔多維鏈接)通過?些閱讀材料，提出問題，引導學生自主地研究問題，拓寬知識面。

【學習建議】

(1)重視觀察和實驗。觀察和實驗是科學發現的基礎，也是分析綜合能力的基礎，學

習本模塊要重視對物理現象、過程的觀察和檢驗，只有這樣才能不斷提高觀察能力和實驗能

力。

(2)重視知識形成的過程。知識的來龍去脈中蘊含著豐富的思維方法，弄清知識形成

的過程，也就會從中汲取“能力”的營養，只有這樣才能對所學知識有確切的理解，才能應

用這些知識解決具體問題。

(3)勤于思考。善于將知識與實際相結合，解釋現象，討論問題，設計實驗、獲取新

知識、解決實際問題等。

(4)加強訓練。訓練是強化理解物理知識的重要環節，學習是為了應用；要仔細閱讀，

閱讀是思維的基礎；要前后結合，前后結合是達到系統條理的前提；要舍得花時間書寫和表

達，書寫和表達是使思維條例、順暢、敏捷的必不可少的步驟。

第七章分子動理論

單元透視

本章內容是熱學部分的基礎，本章研究的就是熱現象的基本理論和有關規律。研究熱現象有兩種不同

的方法，一種是從宏觀上總結熱現象的規律，引入內能的概念，并使內能跟其他形式的能聯系起來；另一

種是從物質的微觀結構出發，建立分子動理論，說明熱現象是大量分子無規則運動的表現。這兩種方法相

輔相成，使人們對熱現象的研究越來越深入。本章的學習不僅為后三章的學習打下良好的基礎，而且對學

好整個物理學都很重要。

這一章主要講三方面的知識，一是認識分子動理論的基本觀點，知道其實驗數據，知道阿伏加德羅常

數的意義。了解分子運動所遵循的統計規律。二是平衡態和溫標，三是有關分子能的概念，充分認識溫度

是分子平均動能的標志。

根據新課標的要求，要使學生了解分子動理論的基本內容：物質是有大量分子組成的，分子在做永不

停息的無規則的運動，分子之間存在著相互的引力和斥力。本章教材突出了分子動理論的實驗基礎，這也

是進入微觀世界的線索。分子動理論的內容，學生并不生疏，他們在初中學過這方面的知識。但與初中所

學內容相比，現在的耍求有所提高。一是加強了分子動理論的實驗基礎，這對于分子動理論的學習是很重

要的。二是加深了對分子動理論的理解的要求。這不僅是后三章學習不可缺少的基礎，也有利于發展學生

的思維能力和空間想象能力，對于學好高中物理是卜分重要的。本章還講述了內能的概念，這也是熱學中

一個基本的概念，不僅對學好熱學，而且對學好整個物理學都很重要。希望學生能夠對能量這個重要的物

理概念的認識更全面、更深入?些。

第1節物體是由大量分子組成的

目標導航

(1)知道物體是由大量分子組成的。

(2)知道用油膜法測定分子大小的原理和方法。

(3)知道物質結構的微觀模型，知道分子大小、質量的數量級。

(4)理解阿伏加德羅常數的含義，并記住這個常數的數值和單位；會用這常數進行有關計算或估算；領

會阿伏加德羅常數是聯系宏觀物理量和微觀物理量的紐帶。

(5)堅持求真務實、嚴謹認真的學習態度。

誘思導學

1.分子的大小

自然界中所有物質都是由大量的分子組成的。此處所提出的“分子”是個廣義概念，指組成物質的原

子、離子或分子。

(1)分子模型

首先，可以把單個分子看做一個立方體，也可以看做是一個小球。通常情況下把分子看做小球，是對

分子的簡化模型。實際上，分子有著復雜的內部結構，并不真的都是小球。

其次，不同的物質形態其分子的排布也有區別，任何物質的分子間都有空隙。對固體和液體而言，分

子間空隙比較小，我們通常認為分子是一個挨著一個排列的，而忽略其空隙的大小。

(2)用油膜法估測分子的大小

估測分子的大小通常采用油膜法。具體方法課本上已經介紹，此處不再贅述。最后根據1滴油酸的體

積V和油膜面積S就可以算出油膜的厚度（D=Y），即油酸分子的尺寸。其線度的數量級為我

S

們可以用不同的方法估測分子的大小。用不同的方法測出的分子大小并不完全相同，但是數量級是一致的.

除了些高分子有機物之外，般分子直徑的數量級約為107°m是一個極小的數，同學們應

該記住。

2.阿伏加德羅常數

阿伏加德羅常數用N、表示，NA=6.02xl0'3mol它是微觀世界的一個重要常數，是聯系微觀

物理量和宏觀物理量的橋梁，應該理解它的意義。

（1）已知固體和液體（氣體不適用）的摩爾體積vng和一個分子的體積v,則NA=%生；反之亦可

V

估算分子的大小。

（2）已知物質（所有物質，無論液體、固體還是氣體均適用）的摩爾質量M和一個分子的質量m,求

M……

NA=--；反之亦可估算分子的質量。

m

V

（3）已知固體和液體（氣體不適用）的體積V和摩爾體積Vm“，則物質的分子數n=7-NA=

Vmol

MIp

-NA.其中p是物質的密度，M是物質的質量。

Vmol

（4）已知物質（所有物質，無論液體、固體還是氣體均適用）的質量和摩爾質量，則物質的分子數

M

n=--NA.

m

典例探究

例1將len?的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，已知1cm'的溶液有50滴，現取1

滴油酸酒精溶液滴到水面上，隨著酒精溶于水，油酸在水面上形成一單分子薄層，已測出這一薄層的面積

為0.2m2,由此可估測油酸分子的直徑為多少？

解析：1cm3油酸酒精溶液中油酸的體積V=—X10-61滴油酸酒精溶液中油酸體積V*哦=050

200

106IT?,則油酸分子的直徑1=匕嶇10-6-10

m=5X10m。

200x50S200x50x0.2

友情提示：本題關鍵是知道分子的球形模型，理解用油膜法測分子直徑的原理，運用公式＜1=丫6進行

計算，注意單位的統、除油膜法計算分子大小外，如果在已知分子的體積V的情況下，對固體、液體還

6V

nd3/6,d=y——；②當分子視為立方體時,

有方法：①當分子視為球體時，有丫=竺（d/2）3=d=y/vo

3

對氣體，因分子的間距很大，不考慮氣體分子的大小。

例2水的分子量是18,水的密度pnl.OxlCPkg/n?阿伏加德羅常數

NA=6.02x1()23moL,則⑴水的摩爾質量M=8-1110「|或乂=kg-mol-1；⑵水

的摩爾體積V=m'-mol1；(3)—?個水分子的質量m=kg；(4)一個水分子的體積V，

=m3；(5)將水分子看做是個球體，水分子的直徑d=m,一般分子直徑的數量級都是

___________mo

解析：(1)某種物質的摩爾質量用”做單位時，其數值與該物質的原子量相同，所以水的

摩爾質量M=18g-moL。如果摩爾質量用國際單位制的單位“kg?moL"，就要換算成

M=18xlO-3kg-mor1.

M1Rx10-2

(2)水的摩爾體積v=—==------m3/mol=l.8xl0-5m3-mor1.

pl.OxlO3

M1Qx1

⑶一個水分子的質量m=——=---------------kg=3x10-26kg。

NA6.02X1()230°

V1XX10一5

3

(4)一個水分子的體積V'=——=—-------m=3x10-9m3。

23

NA6.02x10

⑸將水分子視為理想球體就有：--d^V.水分子直徑為

6

3X10-29

-~--m=3.9x10Tom這里的”稱為數量級，一般分子直徑的數量級

3.14

就是這個值。

友情提示：解答此類問題時，一定要理清各物理量間的關系。

例3已知金剛石的密度為P=3.5X1O3kg/m3,現有一塊體積為4.0X10-8m3的一小塊金剛石，它含有

多少個碳原子?假如金剛石中的碳原子是緊密地挨在一起，試估算碳原子的直徑?(保留兩位有效數字)

解析：先求這塊金剛石的質量

PV=3.5XIO3X4.OXW8kg=1.4X10-4kg

這塊金剛石的物質的量

m1.4xlQ-4

mol=l.l7X102mol

M-12x10-3

這塊金剛石所含的碳原子數

n1=I1NA=1.17X107X6.02X1()23個=7.oxIO?1個

一個碳原子的體積為

_V4.0x105

m3=5.7X10-30m3.

3_7.0xl021

7t3

把金剛石中的碳原子看成球體，則由公式Vo=gd可得碳原子直徑為

友情提示：（1）由宏觀量去計算微觀量，或由微觀量去計算宏觀量，都要通過阿伏加德羅常數建立聯系。

所以說，阿伏加德羅常數是聯系宏觀量與微觀量的橋梁。

MV

⑵在計算金剛石含有的碳原子數時，也可先由V1no產——求出V1no再由Vo=*L求出個碳原子

P9

V

的體積V。，然后由n=L求出金剛石含有的碳原子數n。

匕

例4在標準狀況下,水蒸氣的摩爾體積是22.4xIO"加3/加〃，則水蒸氣分子的平均間距約是

水分子直徑的（）倍。

A.1倍B.10倍

C.100倍D.1000倍

解析：水蒸氣是氣體,在標準狀況下的摩爾體積是22.4x10-3/他〃，每個水分子所占體積（包

括水分子和它的周圍空間的體積）為

V=^=224、電草/7=3.72X10-26w3

心6.02x1023ttz.尸

把每個分子和它所占空間看成一個小立方體，分子間距等于每個立方體的邊長，即

d=W=#3.72x10-26用=335xl0-9w

水的摩爾體積

匕=18xl°?'〃J/ww/,一個水分子的體積為匕M/N.把水分子看成球形，其直徑為

.匹」6x18x5

D=m=3.85x10"10w:.d/D=\0

V叫V3.I4X6.02X10M

答案：Bo

友情提示：固體和液體分子是緊密排列的，分子間距可看成分子直徑；而氣體分子間的距離遠大于分

子直徑，在標準狀況下，用摩爾體積除以阿伏伽德羅常數，得到的是一個分子和它的周圍空間的總體積，

而不是一個分子的體積。分割氣體空間體積時必須分割成緊密相連的立方體，而不應該是球體。這一點同

學們一定要弄清楚。

課后問題與練習點擊

1.解析：因為薄膜恰能在鹽水中懸浮，說明薄膜的密度與鹽水密度相等，所以薄膜密度為P=lo2X

10'kg/ms=1.2g/cm',質量m=36g,薄膜體積V=m/P=364-1.2=30cmJ,薄膜面積S=10X20=2

00cm2,因此薄膜的厚度為d=V/S=30+200=0.15cm。

2.解析：（1）-滴汕酸酒精容易中含有純油酸的體積是V=1X—X---=

7510000

8.0xl()f(mL)

(2)油膜的面積S=1X115=115cm2

V8.0x10-6

(3)油膜的厚度即認為是油酸分子的直徑d,則有：d=—=----------------m=7.0X1O-10mo

S115

M

3.解析：銅的摩爾體積匕=7.2XK）Fm3

P

V

一個銅原子的體積為Vo=X=1.2X10-9m3

7t

把銅原子看成球體，則由公式%=—）可得銅原子直徑為:

6

6XL2X10'—…

m

3.14

4.解析：在標準狀況下氧氣的摩爾體積是心尸22.4x10-3機3,每個氧氣分子所占立方體空間的體

積為：

V=上=223咤3/加,=372x10./

NA6.02X10%/

每個分子處在所占立方體空間的中心，相鄰兩個分子間距離等于每個立方體空間的邊長，即

d=收=13.72X10&加=335x104加

基礎訓練

一、選擇題

1.分子直徑和分子的質量都很小，它們的數量級分別為（）

A.d=lO-lom,m=W-26kg

B.J=10-I0cm,m=10-26^

C.J=10",%n,/n=10-26g

D.d=10-8〃z,用=10-26依

2.構成物質的單元是多種多樣的，它們不可能是（）

A.分子（如有機物）

B.原子（如金屬）

C.基本粒子（如電子、中子、原子）

D.離子（如鹽類）

3.已知銅的密度為8.9x103kg/n?,原子量為64,通過估算可知銅中的每個銅原子所占的體積為（）

A.7x10-6]!?B.lx10-29m3

C.lx10-26m3D8x10-24m3

4.從卜.列哪一組數據可以算出阿伏加德羅常數（）

A.水的密度和水的摩爾質量

B.水的摩爾質量和水分子的體積

C.水分子的體積和水分子的質量

D.水分子的質量和水的摩爾質量

5.某固體物質的摩爾質量為M,密度為。，阿伏加德羅常數為Na，則每個分子的質量和單位體積內所含

的分子數分別是（）

A.NA/MPNA/M

B.M/NAMNA/P

C.NA/MM/PNA

D.M/NAPNA/M

6.阿伏加德羅常數是NA，銅的摩爾質量是M,銅的密度是P,則下列說法中錯誤的是（）

A.In?銅所含的原子數目是PNA/M

B.1kg銅所含的原子數目是PNA

C.1個銅原子的原子質量是M/NA

D.1個銅原子占有體積是M/（NAP）

7.體積為KT，cn?的油滴，滴在水面上展開成單分子油膜，則油膜面積的數量級為（）

A.108cm2

B.106cm2

C.104cm2

D.102cm2

8.只要知道下列哪一組物理量，就可以估算出氣體分子間的平均距離（）

A.阿伏加德羅常數，該氣體的摩爾質量和質量

B.阿伏加德羅常數，該氣體的摩爾質量和密度

C.阿伏加德羅常數，該氣體的質量和體積

D.該氣體的密度、體積和摩爾質量

二、填空題

9.冰的摩爾質量為18x103%g/m。/,冰的密度為0.9xl0Vg/m3,那么冰分子的直徑大約

為C

10.水的摩爾質量為0.018kg-molT,則len?水中含有的水分子的個數是,1個水分子的質

量是。

11.由汕滴實驗測得油酸分子的直徑為l.12Xl（y9m,已知油酸的密度為6.37Xl（）2kg/m3。油酸的摩爾

質量為282g/mol,由此求得阿伏加德羅常數為o

12.鐵的密度是7。8X103kg/m3,有一小塊鐵的體積是5.7X10-8m3,這塊鐵中含有個原子。

13.某種氣體摩爾質量用M表示，氣體體積用V表示，分子數用n表示，分子體積用V。表示，阿伏加

德羅常數用NA表示，現除了已知該氣體的密度為P,還告訴了下列四組數據：

A.MB.M,NAC.V,nD.V,Vo

要估算該氣體分子間的平均距離，只要再知道?組數據即可，可行的辦法是選組數據（填字母代號）。

14.氣體分子的直徑為d=2X10」"m,試估算標準狀態下，相鄰氣體分子的平均距離L()與分子直徑的比

值為(取兩位有效數字)。

三、計算題

15.黃金的密度為19.3g/cn?,摩爾質量為i97g/moL求：

⑴黃金分子的質量；(2)黃金分子的體積；(3)黃金分子的半徑。

16.在做“用油膜法測分子的大小”實驗時，油酸酒精溶液的濃度為每104ml溶液中有純油酸6mL,用

注射器測得1mL上述溶液有液滴75滴。把I滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩定后，將玻璃板放在

淺盤上，在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標紙匕其形狀和尺寸如圖7.1-1所示，

坐標中正方形小方格的邊長為1cm,問：

7.1-1

(1)油酸膜的面積是多少cm??(此問可直接寫出答案)

(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？

(3)按以上數據，估測出油酸分子的直徑是多少？

17.課題研究

［課題1納米技術

［目的］通過收集、查詢、討論有關納米技術的資料，了解納米技術在現實生活中的作用以及對未來社會

發展的影響，激發學生對新技術的興趣和熱情。

［問題］

1.知道納米是長度單位，知道什么是納米技術，納米技術的研究對象是什么？

2.納米技術與掃描隧道顯微鏡。

3.納米技術在電子和通信方面的應用。

4.納米技術在醫療和生命科學方面的應用與展望。

5.我國在納米技術領域的研究狀況和發展前景。

［方法］到圖書館查資料；上相關的網站查詢；收集資料信息討論交流。

多維鏈接

1.阿伏加德羅(1776-1856)

意大利化學家、物理學家。1776年8月9日生于都靈市，出自于律師家庭。20歲時獲得法學博士學位,

做過多年律師。24歲起興趣轉到物理學和數學方面，后來成為都靈大學的物理學教授。阿伏加德羅的主:要

貢獻是他于1811年提出了著名的阿伏加德羅假說，即在同一溫度、同一壓強下，相同體積的任何氣體所包

含的分子個數相同。根據這一假說可以得到下面的結果：在相同溫度相同壓強之下，任何兩種氣體的相對

分子質量都與其氣體密度成正比。這樣相對分子質量(或化學式量)就可以被直接測定了。但是由于當時

阿伏加德羅沒有對他的假說提出實驗證明，以致其假說不易被人接受。直到I860年康尼扎羅用實驗論證并

在卡爾斯魯厄化學會議上予以闡述后，該假說才獲公認，成為現在的阿伏加德羅定律。

2.熱學中的分子模型

在化學課中我們知道分子是保持物質化學性質的最小微粒，而在熱學研究中，分子、原子、離子遵循

相同的熱運動規律，這與它們自身的內部結構無關。這樣我們將它們視為"小球"，并統稱為分子。

3.分子大小的估算

用油膜法可以估算分子的大小，但問題是怎樣計算油膜的體積。為此，可采用以下方法:在水盤內的水

面上，先均勻撒上一層矯子粉，然后，再滴入油酸液滴，這樣油酸擴展開的邊緣形狀，就非常明顯了。在

水盤上方，放上玻璃板，用彩筆在其上畫卜.油酸膜的輪廓。

”將油酸膜輪廓放在坐標紙上，就可算出其面積S。注意:(1)坐標紙上的小正方格邊長要測出;(2)計算輪

廓內的正方格個數時，不足半個的舍去，多于半個的算一個。

4.納米技術

納米是，個長度單位，符號是nm,lnm=l()-9m.一般分子的直徑大約為().3nm~0.4nm,蛋白質分子比

較大，可達幾十納米；病毒的大小為幾百納米。納米科學技術是納米尺度內(0.1nm~l(X)nm)的科學技術,

研究對象是一小堆分子或單個的分子、原子。

我國在納米技術領域占有一度之地，處于國際先進行列。已成功制備出包括金屬、合金、氧經化物、

氫化物、碳化物、離子晶體和半導體等多種納米材料，合成出多種同軸納米電纜，掌握了制備純凈碳納米

管技術，能大批量制備長度為2至3毫米的超長納米管。合成的最細的碳納米管的直徑只有0.33納米，這

不但打破了我國科學家白已不久前創造的直徑只為0.5納米的世界紀錄，而且突破了日本科學家1992年所

提出的0.4納米的理論極限值?！兜静葑凕S金一從四氯化碳制成金剛石》的文章高度評價。最近又研制成

功新型納米材料一超雙疏性界面材料。這種材料具有超疏水性及超疏汕性，制成紡織品，不染油污，不

用洗染。

納米技術應用前景十分廣闊，經濟效益十分巨大，美國權威機構預測，2010年納米技術市場估計達到

14400億美元，納米技術未來的應用將遠遠超過計算機工業。納米復合、塑膠、橡膠和纖維的改性，納米

功能涂層材料的設計和應用，將給傳統產生和產品注入新的高科技含量。專家指出，紡織、建材、化工、

石油、汽車、軍事裝備、通訊設備等領域，將免不了一場因納米而引發的“材料革命”現在我國以納米材

料和納米技術注冊的公司有近100個，建立了10多條納米材料和納米技術的生產線。納米布料、服裝已批

量生產，象電腦工作裝、無靜電服、防紫外線服等納米服裝都已問世。加入納米技術的新型汕漆，不僅耐

洗刷性提高了十兒倍，而且無毒無害無異味。張納米光盤上能存兒百部，上千部電影，而?張普通光盤

只能存兩部電影。納米技術正在改善著、提高著人們的生活質量。

5.課本P4頁思考與討論

(1)3.0X1(T29m3

(2)6.0XI023mol'

第2節分子的熱運動

目標導航

⑴了解擴散現象是由于分子的熱運動產生的。

⑵知道什么是布朗運動，理解布朗運動產生的原因。

(3)知道什么是熱運動及決定熱運動激烈程度的因素。

(4)注重理論聯系實際，勤觀察、多思考，養成良好的學習習慣。

誘思導學

1.擴散現象

擴散現象是指當兩種物質相接觸時，物質分子可以彼此進入對方的現象。

例如：某些物質的氣味可以傳得很遠，又如堆在墻角的煤可以深入到墻壁中去。

說明：①物質處于固態、液態和氣態時均能發生擴散現象，只是氣態物質的擴散現象最顯著，處于固

態時擴散現象非常不明顯。

②在兩種物質一定的前提下，獷散現象發生的顯著程度與物質的溫度有關，溫度越高，擴散現象越顯

著。這表明溫度越高，分子運動得越劇烈。

③擴散現象發生的顯著程度還受到進入對方”的分子濃度的限制，當進入對方的分子濃度較低時,

擴散現象較為顯著；當進入對方的分子濃度較高時，擴散現象發生得就較緩慢。

2.布朗運動

懸浮在液體中的固體微粒不停地做無規則運動，稱為布朗運動。

說明：①布郎運動是懸浮的固體微粒的運動，不是單個分子的運動，但是布朗運動間接反映了液體分

子的無規則運動。

②固體微粒的運動是極不規則的，課本中畫出的圖7.2—5并非固體微粒的運動軌跡，而是每隔30s

微粒位置的連線。即使在這30s內，分子的運動也是極不規則的。

③做布朗運動的固體顆粒非常的小，肉眼是看不到的，人們必須借助顯微鏡才能觀察到。

④影響布朗運動的因素。

布朗運動是大量液體分子對固體微粒撞擊的集體行為的結果。影響布郎運動的因素有二：即顆粒的大

小和液體溫度的高低，具體解釋如下：布朗運動在相同溫度下，懸浮顆粒越小，它的線度越小，表面積亦

小，在某一瞬間跟它相撞的分子數越少，顆粒受到來自各方向的沖擊力越不平衡：另外，顆粒線度越小，

它的體積和質量比表面積減少得更快，因沖擊力引起的加速度更大；因此懸浮顆粒越小，布朗運動就越顯

著。

相同的顆粒懸浮在同種液體中，液體溫度升高，分子運動的平均速率大，對懸浮顆粒的撞擊作用也越

大，顆粒受到來自各方向的沖擊力越不平衡，由沖擊力引起的加速度更大，所以溫度越高，布朗運動就越

顯著。

3.熱運動及其特點

分子的無規則運動，稱為熱運動。

所謂分子的“無規則運動”，是指由于分子之間的相互碰撞，每個分子的運動速度無論是方向還是大小

都在不斷地變化。標準狀況卜.，一個空氣分子在1s內與其他空氣分子的碰撞達到65億次之多。所以大量

分子的運動是十分混亂的、無規則的。

說明：①無規則不是毫無規律。在任時刻，物體內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個數所占的比例相時較少，大多數分子的速率和某一平均速率相差很小。通常

所說分子運動的速率，均指它們的平均速率而言。

②分子的平均速率是很大的，且和物體的溫度以及分子的種類有關。通常情況下，氣體分子熱運動的

平均速率的數量級為lO'm/s。

典例探究

例1在有關布朗運動的說法中，正確的是（）

A.液體的溫度越低，布朗運動越顯著

B.液體的溫度越高，布朗運動越顯著

C.懸浮微粒越小，布朗運動越顯著

D.懸浮微粒越大，布朗運動越顯著

解析：本題考查學生對布朗運動的理解程度，溫度高，液體分子運動劇烈，對微粒的碰撞也越劇烈,

所以布朗運動明顯，微粒的體積大，液體分子在各個方向上的碰撞趨向平衡；同時體積大質量也大，運動

狀態難以改變，所以布朗運動不明顯。

答案：選BC。

例2關于布朗運動的正確說法是（）

A.因為布朗運動的激烈程度跟溫度有關，所以布朗運動也可以叫做熱運動

B.布朗運動反映了分子的熱運動

C.在室內看到的塵埃不停地運動是布朗運動

D.室內塵埃的運動是空氣分子碰撞塵埃造成的現象

解析：布朗運動是懸浮在液體中的小顆粒受到液體分子的作用而做的無規則運動，它反映了液體分子

的無規則運動，而不能說它的運動就是熱運動，所以A錯誤而B正確。能在液體或氣體中做布朗運動的微

粒都是很小的，一般數量級在lO^m,這種微粒用肉眼不能直接觀察到，必須借助于顯微鏡。室內塵埃的

運動不是布朗運動，而是塵埃在空氣氣流作用下所做的宏觀運動，并不是無規則運動。只有微小的顆粒(肉

眼看不到)才能做布朗運動。綜上所述，可知正確答案為B、D。

友情提示：弄清什么是布朗運動、布朗運動的特點以及布朗運動產生的條件和原因，是分析判斷此類

問題的關鍵。

課后問題與練習點擊

1,略

2.(1)錯誤。

解析：布朗運動是固體微粒在流體(液體或氣體)分子的頻繁碰撞下所做的?種無規則運動。這些固

體微粒雖然耍在光學顯微鏡下才能看到，但它們也是由大量分子組成的，屬于宏觀粒子，通過固體微粒的

無規則運動可反映出液體分子運動的無規則性，但布朗運動本身不是分子運動，在光學顯微鏡下是看不到

分子的運動的。

(2)錯誤。

解析：布朗運動是固體小顆粒的運動，做布朗運動的每個固體小顆粒是由大量分子組成的，這些小顆

粒在液體分子的頻繁碰撞下做無規則運動，通過小顆粒的無規則運動間接反映了液體分子的無規則運動。

根據分子動理論可以知道，盡管組成固體小顆粒的分子在做無規則運動，但是，通過布朗運動我們無法推

斷出組成固體小顆粒的分子是否在做無規則運動。

(3)錯誤。

解析：加熱時發現水中的胡椒粉在翻滾，這是因為胡椒粉在水流作用下的運動，并不是布朗運動，不

能說明溫度越高，布朗運動越明顯。

(4)正確。

解析：在顯微鏡下觀察到煤油中小粒灰塵的布朗運動，是小粒灰塵受到煤油分子不停地碰撞的結果。

通過小?；覊m運動的無規則性，可以推知，煤汕分子在做無規則運動。

3.⑴略

(2)解析：假如花粉不停地運動真的是由微小的氣溫變化形成的水的微弱對流引起的，那花粉的運動方

向是相同的定向運動，即沿水流的方向運動，花粉的運動就很有規則。而事實上，花粉的運動是無規則的、

雜亂無章的，這種無規則的運動也就否定了“花粉不停地運動是由微小的氣溫變化形成的水的微弱對流引

起的”這種猜想。

(3)解析：的確，地球每時每刻都在發生微弱的震動，只是我們感覺不到罷了。同樣，水也“感覺

不到”這種震動，微弱震動對水及水中懸浮的花粉沒什么大的影響。退一步說，假如地球的震動足夠強，

水就會形成“波濤”，在這些波濤的作用下，水中懸浮的花粉就會“隨波逐流”，而不會做永不停息的無規

則的運動；可見，水中懸浮的花粉所做的無規則運動，不可能是“隨波逐流”的結果，更何況地球的微弱

震動根本就不可能形成水的“波濤洶涌”。所以說，花粉的無規則運動不可能是地球的微弱震動引起的，肯

定另有原因。

4.小李的看法是錯誤的。

解析：首先說明一點，圖7.2—7中的折線，并非細微粉筆顆粒的運動軌跡，而是每隔一定時間細

微粉筆顆粒所在位置的連線，即使在這段時間內，細微粉筆顆粒的運動也是極不規則的，絕不是沿折線運

動的，我們根本不能夠畫出細微粉筆顆粒運動的軌跡。正因為細微粉筆顆粒在水分子不停的碰撞下所做的

運動是無規則的，才能使我們認識到水分子運動的無規則性。

基礎訓練

一、選擇題

1.擴散現象說明了（）

A.氣體沒有固定的形狀和體積

B.分子之間相互排斥

C.分子在不停地運動著

D.不同分子之間可以相互轉變

2.關于布朗運動，下列說法中正確的是（）

A.布朗運動就是分子的運動

B.布朗運動是組成固體微粒的分子無規則的反映

C.布朗運動是液體分子無規則運動的反映

D.觀察時間越長，布朗運動越顯著

3.關于布朗運動的劇烈程度，下面說法中正確的是（）

A.固體微粒越大，布朗運動越顯著

B.液體的溫度越高，布朗運動越顯著

C.與固體微粒相碰撞的液體分子數目越多，布朗運動越顯著

D.與固體微粒相碰撞的液體分子數目越少，布朗運動越顯著

4.關于布朗運動和擴散現象，下列說法正確的是（）

A.布朗運動和擴散現象都能在氣體、液體、固體中發生

B.布朗運動和擴散現象都是分子的運動

C.布朗運動和擴散現象都是溫度越高越明顯

D.布朗運動和擴散現象都是熱運動

5.如圖7.2-1所示，是觀察布朗運動中，每隔10s記錄次小顆粒所在位置的連線，有關折線的說法

中正確的是（）

A.是液體分子運動的軌跡

B.是小顆粒運動的軌跡7

C.表示小顆粒在做極短促的、無定向f7.2-1

D.觀察時間內小顆粒的實際運動比圖本更復雜

6.關于布朗運動，卜列說法正確的是（）

A.布朗運動反映了分子運動，布朗運動停止了，分子運動也會暫時停止

B.固體微粒做布朗運動，充分說明了微粒內部分子是做不停的無規則的運動

C.布朗運動是無規則的，說明大量液體分子的運動也是無規則的

D.布朗運動的無規則性是由于溫度，壓強無規則的不斷變化而引起的

7.在長期放著煤的墻角處，地面和墻角有相當厚的一層染上黑色，這說明（）

A.分子是在不停的運動

B.煤是由大量分子組成的

C.分子間沒有空隙

D.分子運動有時會停止

8.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則運動

B.布朗運動產生的原因是液體分子對小顆粒的吸引力不平衡引起的

C.布朗運動產生的原因是液體分子對小顆粒碰撞時產生的作用力不平衡引起的

D.在懸浮顆粒大小不變的情況下，溫度越低，液體分子無規則運動越激烈

9.下面所列舉的現象，不能說明分子是不斷運動著的是（）

A.將香水瓶蓋打開以后能聞到香味

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則運動

10.較大的顆粒不做布朗運動是因為

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較多，各方向的撞擊作用趨于相互平衡，而且分子沖擊力很難改變大顆粒的運動

狀態

D.以上說法都不正確

11.有下列四種現象

①海綿狀塑料可以吸水

②揉面團時，加入小蘇打，小蘇打可以揉進面團內

③放一匙食糖于一杯開水中，水會變甜

④把一盆盛開的臘梅放入室內，會滿室生香

以上幾種現象中屬于擴散的是（）

A.①②B.③④C.?@D.②③

12.放在房間一端的香水，打開瓶塞后，位于房間另一端的人將（）

A.立即嗅到香味，因為分子熱運動速率很大，穿過房間所需時間極短

B.過?會兒才能嗅到香味，因為分子熱運動的速率不大，穿過房間需要?段時間

C.過一會兒才能嗅到香味，因為分子熱運動速率雖然很大，但由于是無規則運動，且與空氣分子不斷碰

撞，要嗅到足夠多的香水分子必須經一段時間

D.過一會兒才能嗅到香味，因為分子熱運動速率雖然很大，但必須有足夠多的香水分子，才能引起嗅覺

二、問答題

13.取一杯熱水和一杯冷水，分別滴入一滴紅婚水，然后注意觀察，可得出什么結論？

14.通常把蘿卜腌成咸菜需要兒天或更長的時間，而把蘿卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味，只需兒分

鐘時間，思考嚇，造成這種差別的主要原因是什么？

15.下面關于布朗運動的兩種說法都是錯誤的，試分析它們各錯在哪里？

（1）冬天的大風天，常?？吹斤L沙彌漫、塵土飛揚，這就是布朗運動。

⑵一滴碳素墨水滴在清水中，整杯水慢慢都變黑了，這是碳分子做無規則運動的結果。

多維鏈接

1.布朗（RobertBrown,1773—1858）

英國植物學家。1773年12月21日誕生于蘇格蘭的蒙特羅斯。

布朗從小就很嗯明，性格倔強。他先在阿巴丁的馬里歇爾學院學習，畢業后進入愛丁堡大學攻讀醫學。

1795年應征入伍，前往愛爾蘭服役，在英軍中任助理外科醫師。服役期間，他邊為軍隊工作，邊進行自修。

他利用業余時間收集各種植物，制作標本。1789年布朗來到倫敦，一個偶然的機會，拜見了英國倫敦皇家

學會公長尤素福?彭克斯，并跟隨他作了一段研究工作。1800年布朗取得博士學位，后由彭克斯介紹參加

澳大利亞遠洋考察船“調查者號”，負責研究植物。1801年開始遠行，在大洋洲進行了為期五年的考察活

動，收集近3900種的標本，系統地整理寫入《澳洲植物志》?書中，對植物分類學作出貢獻。

布朗在物理學中的貢獻是發現了著名的布朗運動。1827年6月，布朗用顯微鏡觀察克拉花花粉，發現

懸浮在液面上的花粉微粒在雜亂無章地、不斷地運動。布朗對這個現象進行了反復研究。開始，他錯誤地

認為，花粉雖然死了，但是好像有一種具有生命潛力的東西遺留下來，促使花粉微粒不斷地運動。他這樣

寫道：“它們（花粉微粒）的運動既不是由液體的流動引起的，也不是液體漸漸蒸發引起的、而是由于微粒

本身的原因引起的?！苯又?，他把這個研究推廣到各種各樣的植物，觀察了他收集到的所有新鮮花粉，都看

到了類似現象。后來布朗乂對煤粉、玻璃粉、各種巖石粉、金屬粉等無生命物質的微粒進行了觀察，也都

看到了類似花粉的不停地運動的現象，各種粉末都存在著某種活性。布朗感到問題不那么簡單，一時無法

正確解釋這個現象。1828年6月到8月，布朗接連發表了《論植物花粉中的微?！?、《論有機物和無機物中

活性分子的普遍存在》兩篇文章，宣布了他的重大發現。以后人們就把這種現象叫做“布朗運動二對于布

朗運動，直到1860年才由英國物理學家麥克斯韋根據他自己建立的分子運動論作出初步的解釋，他認為這

種雜亂無章的運動是水分子對懸浮微粒不斷撞擊引起的。布朗運動的發現，給物質是由分子組成的理論提

供了第一個直接的證據。

1811年布朗當選為英國倫敦皇家學會會員。1820年，任大英博物館館長。1822年當選為柯尼斯學會

會員，1849到1853年任會長。布朗還兼任幾個國家的科學院院士。

2.能否說“某個分子的熱運動”？

提示：某個分子的熱運動這種說法是不正確的。

因為單個分子的運動，從原則上講是遵循力學規律的。設想我們追蹤氣體中某個分子的運動，那會看

到這個分子忽左、忽右、忽前、忽后。有時速度快，有時速度慢.其動能也時大時小。其軌跡是?條極不規

則的折線.總之，對個別分子來說，速度、能量以及運動路程都是偶然的量值。

我們講的熱運動是指大量分子的無規則運動。隨著分子數量的增加，它們的運動就逐漸偏離力學規律。

它們的運動呈現出混亂狀態，不再遵循力學規律，而遵從統計規律.這時，對個別分子的運動來說，是完全

偶然的。大量分子的運動雖然是無序的，但并不是無規律的，它們也能表現出?些必然的規律。

3.觀察擴散現象

準備?杯冷水和杯熱水，將兩小顆高鎰酸鉀分別投入兩杯水中，試觀察比較高錦酸鉀在兩杯水中的

擴散情況。如果你觀察到了兩杯水中高缽酸鉀發生擴散的差異，想一想這說明了什么問題？

提示：溫度越高，分子擴散越快。

4.在日常生活中那些現象是擴散？你能舉幾個例子嗎？為什么說布朗運動是分子運動引起的，而不是

外界因素如風吹等引起的？是說明幾個理由？

提示：理由：①盡量排除外界干擾，布朗運動仍永不停止；②不同懸浮微粒在相同的外界條件下運動

情況不同。

5.課本圖7.2-5所示的無規則折線是不是三顆微粒分別作布朗運動的軌跡？為什么？

提示：不是，因為每一段線段是每隔相同的時間微粒出現位置的連線。

第3節分子間的作用力

目標導航

⑴知道分子間存在空隙；且同時存在著引力和斥力，實際表現出來的分子力是引力和斥力的合力。

(2)了解分子力為零時，分子間跑離力的數量級。

(3)知道分子間的距離r<r°時，實際表現的分子力為斥力，這個斥力隨r的減小而迅速增大。

(4)知道分子間的距離時，實際表現的分子力為引力，這個引力隨r的增大而減小。

(5)了解r增大到什么數量級時，分子引力已很微弱，可忽略不計。

(6)物理離不開生活，能用分子力解釋日常生活中?些常見的現象。

誘思導學

1.分子之間有空隙

獷散現象和布朗運動都表明分子永不停息地做無規則運動，同時也反映了分子間有空隙，否則分子便

不能運動了。

另外，以下事實也可以說明分子間是有空隙的。

(1)水和酒精混合后的總體積小于兩者原來體積之和，說明液體分子之間有空隙。

(2)氣體很容易被壓縮，說明氣體分子間有空隙。

（3）物體的熱脹冷縮現象正是由于物體分子間的空隙增大或縮小而造成的，這是氣體、液體和固體所

共有的現象。還有很多例子，此處不再一一列舉。

說明：我們在前面估測分子大小時，常常把固體或液體分子看做是一個挨一個緊密排列的，沒有考慮

分子之間的空隙。其實，那只是為了研究方便而假設的一種理想化的模型，真實的分子間是有空隙的。

2.分子間的作用力

深入的研究表明，兩個相近的分子之間同時存在著引力和斥力，實際表現出來的分子力即為兩者的合

力。為了便于理解，分子間作用力的合力可以用彈簧連接著的兩個小球間的作用力來模擬：拉伸時表現為

引力，壓縮時表現為斥力。它們隨分子間距離變化的情況可用圖7.3-1表示。

分

子

斥

力

O

分

才

力

（1）分子間作用力的變化

分子間引力和斥力的大小都跟分子間的距離有關：

當分子間距離r=r0時（r（）約為W10m）,分子間的引力和斥力相互平衡，此時分子間的作用力為零。

②當分子之間距離r<r0時，隨著分子之間距離的減小引力和斥力同時增大，但斥力增大得更快一些,

故斥力大于引力，此時分子之間的作用力表現為斥力（此時引力仍然存在）。

③當分子之間距離r>”時，隨著分子之間距離的增大引力和斥力同時減小，但斥力減小得更快一些,

故引力大于斥力，此時分子之間的作用力表現為引力（此時斥力仍然存在）。

可見，分子之間的引力利斥力總是同時存在的，且當分子之間距離變化時，引力和斥力同時發生變化,

只是斥力變化要更快一些。

（2）解釋現象

根據所學分子力的有關知識，結合實際，勤于觀察、善于思考，能解釋一些實際現象。如固、液體難

以被壓縮，玻璃破碎難以復原，再如高溫鑄造、電焊、和面、膠粘物塊等等，生活中這樣的例子枚不勝舉。

說明：①分子間距離為r。時，分子力為零，但分子間仍然有引力和斥力，兩者合力是零。

②分子力屬于短程力。分子之間的作用力只存在于相近的分子之間，當分子之間的距離超過分子直徑

的10倍時，分子之間的作用力已經變得十分微弱，可以忽略不計了。

3.分子動理論

主要內容：物體是由大量分子組成的，分子在做永不停息的無規則運動，分子之間存在著引力和斥力。

典例探究

例1關于分子間的相互作用力的以下說法中，正確的是（）

A.當分了?間的距離1-=。時一，分子力為零，說明此時分子間不存在作用力

B.當r>r0時，隨著分子間距離的增大分子間引力和斥力都增大，但引力比斥力增加得快，故分子力

表現為引力

C.r<r0時，隨著分子間距離的增大分子間引力和斥力都增大，但斥力比引力增加得快，故分子力表

現為斥力

D.當分子間的距離rAlO'm時，分子間的作用力可以忽略不計

答案：D。

例2兩個分子從靠近的不能再近的位置開始，使二者之間的距離逐漸增大，直到大于分子直徑的10

倍以匕這一過程中關于分子間的相互作用力的下述說法中正確的是（）

A.分子間的引力和斥力都在減小

B.分子間的斥力在減小，引力在增大

C.分子間的作用力在逐漸減小

D.分子間的作用力，先減小后增大，再減小到零

解析：分子間同時存在著引力與斥力，當距離增大時，二力都在減小，只是斥力減小得比引力快，當

分子間距離時，分子間的斥力大于引力，因而表現為斥力；在r=n時，合力為零；當r>打時，分

子間的斥力小于引力，因而表現為引力；當距離大于10，。時，分子間的相互作用力可視為零，所以分子力

的變化是先減小后增大，再減小到零，因而選項A、D正確。

友情提示：只有搞清楚分子間的引力、斥力及合力隨分子間距離變化的特點，才能在答題時以不變應

萬變，輕松自如。

例3對下列現象的解釋正確的是（）

A.兩塊鐵經過高溫加壓將連成?整塊，這說明鐵分子間有吸引力

B.一定質量的氣體能充滿整個容器，這說明在一般情況下，氣體分子間的作用力很微弱

C.電焊能把二塊金屬連接成一整塊是分子間的引力起作用

D.破碎的玻璃不能把它們拼接在一起是因為其分子間斥力作用的結果

解析：高溫下鐵分子運動非常激烈，兩鐵塊上的鐵分子間距很容易充分接近到分子力起作用的距離內,

所以兩塊鐵經過高溫加壓將很容易連成整塊，電焊也是相同的原理，所以A、C項正確；通常情況下，氣

體分子間的距離大約為分子直徑的10多倍，此種情況下分子力非常微弱，氣體分子可以無拘無束的運動,

從而充滿整個容器，所以B項正確；玻璃斷面凹H不平，即使用很大的力也不能使兩斷面間距接近到分子

引力作用的距離，所以碎玻踽不能接合，若把玻璃加熱，玻璃變軟，亦可重新接合。所以D項錯誤。

答案：選ABC。

友情提示：只有真正理解分子動理論的要點，勤于觀察、善于思考，才能對于日常生活中的一些常見

現象作出合理的解釋。

課后問題與練習點擊

1.解析：

本題借助分子力隨分子間距離的變化圖線來描述，非常的直觀快捷。

由圖線可以看出，當兩個分子間的距離由小于r°逐漸增大，直至遠大于r°時，分子間的引力越來越小,

直至兒乎減小為零；分子間斥力的變化情況與引力非常相似，只不過斥力減小得更快一些。當兩個分子間

的距離小于r°時，分子間引力與斥力的合力即分子力表現為斥力，隨著分子間距離逐漸增大，分子力逐漸

減小，當分子間距離等于r°時，分子力減至為0,然后隨著分子間距離的繼續增大，分子力表現為引力且

逐漸增大，當分子力增大到某最大值后，又開始逐漸減小直至非常微弱，幾乎為零。

2.解析：當兩個分子間的距離由課本圖7.3—3中的r0逐漸增大時，分子間相互作用力的合力即

分子力會出現一個極大值，而后，隨著分子間距離的逐漸增大，分子力越來越小，直至為零。生活中這樣

的例子不少：自由伸長的橡皮條，可認為其分子間距離為r。。當用力拉橡皮條時，隨著橡皮條伸長量的增

加，橡皮條中的拉力越來越大，這是因為隨著橡皮條分子間距離的增大，分子力越來越大。當橡皮條伸長

到一定長度時，分子力達到最大，此時再拉橡皮條，橡皮條就會被拉斷，隨著分子間距離的增大，分子力

迅速減小，所以說剛被拉斷之前時橡皮條中的分子力就是一個極大值。

3.解析：對于一般的固體和液體，分子間引力和斥力基本相等，分子之間相互作用的合力幾乎為零。

對這類物體來說，物體之所以能夠被壓縮，是因為組成物體的分子之間具有空隙；但隨著物體被壓縮，物

體的體積越來越小，組成物體的分子之間距離越來越小，分子之間的引力和斥力都會變得越來越大，但斥

力增大得更快，所以，進一步壓縮就會越來越困難；但對F氣體來說，情況有所不同：氣體分子之間的距

離大約是其分子直徑的10倍左右，在這樣的距離L分子力非常的微弱，即使對氣體進行適度的壓縮，它

們的分子之間距離還是比較大，分子力仍是非常微弱的。氣體為什么也是越壓縮越困難呢？原來氣體分子

之間的距離比較大，分子力非常微弱，分子之間除了相互碰撞以外，不受別的力作用，氣體分子就象是“脫

韁的野馬”，可以自由的運動。當壓縮氣體時，隨著氣體體積的減小，單位體積內的分子數目增多，氣體分

子間的碰撞和分子對容器器壁的碰撞越來越頻繁，單位時間內容器單位面積上受到的碰撞力變大，給我們

的感覺是氣體越來越難壓縮。當然，若把氣體進行充分壓縮，假如分子之間距離能夠充分接近，分子力開

始起作用的話，那時情況就與固體液體相似了，不過那時的氣體很可能已不是氣體而被壓縮成液體了。

4.解析：把一塊洗凈的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接觸水面。如果你想使玻璃板離

開水面，當玻璃板剛要離開水面時，由于玻璃板下面和水分子之間的分子力作用，使得和玻