2019-2020学年高中物理 第7章 分子动理论 第1节 物体是由大量分子组成的课件 新人教版选修

第七章分子动理论〔情景切入〕我们生活的世界绚丽多彩，构成这个世界的是千差万别的物质。各种物质都是由分子组成的，分子是用肉眼看不到、用手摸不着的，但现实生活与分子运动相关的现象到处可见：我们可以闻到花的香味，这是分子运动的结果；物质能够聚在一起而不散开，这是分子间作用力的表现。这一章我们就来学习涉及微观世界的运动理论——分子动理论。〔知识导航〕本章介绍分子动理论的基本观点，它的主要内容是：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。本章知识共五节，整体分为两部分：第一部分包括第一节至第三节，是从微观上用分子动理论的观点认识热现象，阐述分子动理论的内容。第二部分包括第四节和第五节，是从宏观上用能量的观点认识热现象。本章重点：分子动理论的基本内容。本章难点：分子模型的建立和对分子力的理解。〔学法指导〕由于分子是看不见的，因此在学习这部分内容时要特别注意通过一些客观过程去理解微观状态，这对我们思维能力和想象力的发展是有好处的。从能量的观点来研究问题是物理学中最重要的方法之一，本章将在初中的基础上进一步学习内能，内能和我们常见的机械能是不一样的，它是由物体内分子的热运动和分子间相对位置而决定的能量，学习时要抓住内能的含义加以理解。学习本章知识要应用类比方法。例如：将分子力做功与分子势能的变化，类比为弹力做功与弹性势能的变化，这样就可以把微观的研究对象宏观化。第一节物体是由大量分子组成的素养目标定位※知道分子的大小，知道分子直径的数量级※知道阿伏加德罗常数，知道物体是由大量分子组成的※※掌握“油膜法估测分子大小”的实验原理，操作及实验数据的处理方法素养思维脉络1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内随堂达标5课后课时作业课前预习反馈1．分子物体是由____________组成的，在热学中，组成物质的微观粒子统称为________。2．油膜法估测分子直径(1)原理：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，在水面上形成油酸薄膜，认为薄膜是由__________油酸分子组成的，并把油酸分子简化成________，油膜的________认为是油酸分子的直径。知识点1分子的大小大量分子分子单层的球形厚度(2)计算：如果油酸的体积为V，油膜的面积为S，则分子的直径d＝_______。(忽略分子间的空隙)3．分子的大小除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为________m。10－10VS知识点2阿伏加德罗常数1．概念1mol的任何物质都含有__________粒子数，这个数量用______________常数表示。2．数值阿伏加德罗常数通常可取NA＝_________________，在粗略计算中可取NA＝________________。相同的阿伏加德罗6.02×1023mol－16.0×1023mol－13．意义阿伏加德罗常数是一个重要的常数，是联系宏观量与微观量的桥梁，它把____________、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量，____________等微观物理量联系起来。摩尔质量分子大小『判一判』(1)物体是由大量分子组成的。()(2)无论是无机物的分子，还是有机物的分子，其分子直径的数量级都是10－10m。()(3)本节中所说的“分子”，包含了分子、原子、离子等多种含义。()(4)油膜法测定分子大小的方法是利用宏观量测定微观量的方法。()(5)1mol氧气和1mol水所含的粒子数相等()(6)若已知阿伏加德罗常数和铜的摩尔体积和密度，就可以估算出铜分子质量()√辨析思考×√√√√『选一选』(2019·黑龙江大庆实验中学高二下学期检测)(多选)下列说法中正确的是()A．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝V/V0B．已知阿伏加德罗常数、气体摩尔质量和密度，可以求出分子间的平均距离C．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，把油膜视为单分子层油膜时，需要考虑分子间隙D．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径计算结果偏大BD解析：某气体的摩尔体积为V，每个气体分子平均占据的空间的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝V/V0，选项A错误；由气体摩尔质量除以密度可求解摩尔体积，再除以阿伏加德罗常数可求解一个气体分子平均占据的空间的体积，把分子占据的空间看做正方体，可求解正方体的边长即为分子间的平均距离，选项B正确；在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，把油膜视为单分子层油膜时，认为分子一个一个紧密排列，不考虑分子间隙，选项C错误；在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，分子直径为d＝VS，若将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径计算结果偏大，选项D正确；故选BD。『想一想』用筷子滴一滴水，体积约为0.1cm3，这一滴水中含有水分子的个数大约是多少？(阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1，水的摩尔体积为Vmol＝18cm3/mol)答案：3×1021个解析：n＝VNAVmol＝0.1×6×102318个≈3×1021个。课内互动探究我们喝一口水大约喝下6.0×1023个水分子，如果动用全世界60亿人来数这些分子，每人每秒数一个，300万年也数不完，可见，分子是极小的，这么小的分子我们可以通过什么途径估测它的大小呢？提示：油膜法。探究一用油膜法估测分子的直径11．实验目的(1)估测油酸分子的大小。(2)学习间接测量微观量的原理和方法。2．实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图所示形状的一层纯油酸薄膜。如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如下图，则：d＝VS。3．实验器材油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉。4．实验步骤(1)在浅盘中倒入约2cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上。(2)取1mL(1cm3)的油酸溶于酒精中，制成200mL的油酸酒精溶液。(3)用注射器往量筒中滴入1mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V′。(4)将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。(5)待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状。(6)将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。5．数据处理根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝VS算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子直径的大小。6．注意事项(1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差。(2)实验前应注意浅盘是否干净，否则难以形成油膜。(3)浅盘中的水应保持平衡，痱子粉应均匀撒在水面上。(4)向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。(5)待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。(6)本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可。特别提醒：简化处理是在一定场合、一定条件下突出客观事物的某种主要因素，忽略次要因素而建立的。将分子简化成球形，并且紧密排列，有利于主要问题的解决。(2018·山东省荷泽市高二下学期期中)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.2mL，用注射器测得1mL上述溶液有80滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1cm(保留2位有效数字)，求：典例1(1)油酸膜的面积是____________m2。(2)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是_____________m。(3)某同学在本实验中，计算结果明显偏小，可能是由于()A．油酸未完全散开B．油酸中含有大量酒精C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴D4.0×10－36.3×10－10解题指导：油膜法测分子直径，关键是获得一滴油酸酒精溶液，并由配制浓度求出其中所含纯油酸的体积，再就是用数格子法(对所围小格“四舍五入”)求出油膜面积，再由公式d＝VS计算结果。解析：(1)由于每格边长为1cm，则每一格就是1cm2，估算油膜面积超过半格以一格计算，小于半格就舍去，估算出40格，则油酸薄膜面积为S＝40cm2＝4.0×10－3m2；(2)1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积V＝1mL80×0.21000mL＝2.5×10－12m3；由于分子是单分子紧密排列的，因此分子直径为d＝VS＝2.5×10－124.0×10－3m＝6.3×10－10m(3)计算油酸分子直径的公式是d＝VS，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积．水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致结果计算偏大，故A错误；计算时利用的是纯油酸的体积，酒精的作用是更易于油酸平铺成单层薄膜，自身溶于水或挥发掉，使测量结果更精确，故B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S将偏小，故得到的分子直径将偏大，故C错误；向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴，浓度降低，则d偏小，故D正确。〔对点训练1〕在粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：①取油酸1.00mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.00mL为止，恰好共滴了100滴。③在水盘内注入蒸馏水，静置后用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜。④测得此油膜面积为3.60×103cm2。(1)这种粗测方法是将每个分子视为________，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜面积可视为______________，这层油膜的厚度可视为油分子的________。(2)利用数据可求得油酸分子的直径为_____________m。(结果保留2位有效数字)球形单分子油膜直径1.1×10－10解析：(1)这种粗测方法是将每个分子视为球形，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜面积可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的直径。(2)1滴溶液中纯油酸的体积V＝1mL100×1mL250mL＝4×10－5mL，油酸分子的直径d＝VS＝4×10－5cm33.60×103cm2＝1.1×10－8cm＝1.1×10－10m.阿伏加德罗常数是一个重要的常数，通常可取NA＝6.02×1023mol－1，粗略计算时可取NA＝6.0×1023mol－1。为什么说阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁？提示：阿伏加德罗常数把摩尔质量和摩尔体积这些宏观量与分子质量和分子体积这些微观量联系起来了，所以说阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁。探究二阿伏加德罗常数的理解及应用21．分子的简化模型固体、液体分子可视为球形，分子间紧密排列可忽略间隙。对于气体来说，由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径，故通过立方体分子模型，可以估算得到每个气体分子平均占有的空间。分子模型意义分子大小或分子间的平均距离图例球体模型固体和液体可看成是一个个紧挨着的球形分子排列而成的，忽略分子间的空隙d＝36V0π立方体模型气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个分子占有的活动空间d＝3V02.阿伏加德罗常数的应用(1)微观量分子体积V0、分子直径d、分子质量m0(2)宏观量物体体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔