選修33物體是由大量分子組成的

1、第七章 分子動理論單元透視本章內(nèi)容是熱學部分的基礎(chǔ)，本章研究的就是熱現(xiàn)象的基本理論和有關(guān)規(guī)律。研究熱現(xiàn)象有兩種不同的方法，一種是從宏觀上總結(jié)熱現(xiàn)象的規(guī)律，引入內(nèi)能的概念，并使內(nèi)能跟其他形式的能聯(lián)系起來；另一種是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立分子動理論，說明熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的表現(xiàn)。這兩種方法相輔相成，使人們對熱現(xiàn)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(chǔ)，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(shù)據(jù)，知道阿伏加德羅常數(shù)的意義。了解分子運動所遵循的統(tǒng)計規(guī)律。二是平衡態(tài)和溫標，三是有關(guān)分子能的概念，充分認識溫度是分子平

2、均動能的標志。根據(jù)新課標的要求，要使學生了解分子動理論的基本內(nèi)容：物質(zhì)是有大量分子組成的，分子在做永不停息的無規(guī)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(chǔ)，這也是進入微觀世界的線索。分子動理論的內(nèi)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(nèi)容相比，現(xiàn)在的要求有所提高。一是加強了分子動理論的實驗基礎(chǔ)，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(chǔ)，也有利于發(fā)展學生的思維能力和空間想象能力，對于學好高中物理是十分重要的。本章還講述了內(nèi)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

3、學好整個物理學都很重要。希望學生能夠?qū)δ芰窟@個重要的物理概念的認識更全面、更深入一些。第1節(jié) 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(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀模型，知道分子大小、質(zhì)量的數(shù)量級。（4）理解阿伏加德羅常數(shù)的含義，并記住這個常數(shù)的數(shù)值和單位；會用這一常數(shù)進行有關(guān)計算或估算；領(lǐng)會阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的紐帶。（）堅持求真務(wù)實、嚴謹認真的學習態(tài)度。誘思導學1分子的大小自然界中所有物質(zhì)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(zhì)的原子、離子或分子。(1)分子模型首先，可以把單個分

4、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(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并不真的都是小球。其次，不同的物質(zhì)形態(tài)其分子的排布也有區(qū)別，任何物質(zhì)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(jīng)介紹，此處不再贅述。最后根據(jù)1滴油酸的體積V和油膜面積S就可以算出油膜的厚度()，即油酸分子的尺寸。其線度的數(shù)量級為。我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(shù)量級是一致的。除了一些高分

5、子有機物之外，一般分子直徑的數(shù)量級約為。是一個極小的數(shù)，同學們應(yīng)該記住。2阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)用表示，。它是微觀世界的個重要常數(shù)，是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的橋梁，應(yīng)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vmol和一個分子的體積v，則NA=；反之亦可估算分子的大小。(2）已知物質(zhì)（所有物質(zhì)，無論液體、固體還是氣體均適用）的摩爾質(zhì)量M和一個分子的質(zhì)量m，求NA；反之亦可估算分子的質(zhì)量。（3）已知固體和液體（氣體不適用）的體積V和摩爾體積vmol，則物質(zhì)的分子數(shù)nNANA其中是物質(zhì)的密度，M是物質(zhì)的質(zhì)量。（4）已知物質(zhì)（所有物質(zhì)，無論液體、固體還是氣體均適用）的質(zhì)量

6、和摩爾質(zhì)量，則物質(zhì)的分子數(shù) n=NA典例探究例將的油酸溶于酒精，制成的油酸酒精溶液，已知的溶液有50滴，現(xiàn)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，由此可估測油酸分子的直徑為多少？解析：1 cm3油酸酒精溶液中油酸的體積V×106 m3，1滴油酸酒精溶液中油酸體積V油酸V/50m3，則油酸分子的直徑dm5×1010 m。 友情提示：本題關(guān)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d=V/S進行計算，注意單位的統(tǒng)一。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、液體還有方法：當分子

7、視為球體時，有V (d/2)3d3/6，d；當分子視為立方體時，d。對氣體，因分子的間距很大，不考慮氣體分子的大小。例水的分子量是18，水的密度，阿伏加德羅常數(shù)，則(1)水的摩爾質(zhì)量M_或M_；(2)水的摩爾體積V_；(3)一個水分子的質(zhì)量m_kg；(4)一個水分子的體積V_；(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(shù)量級都是_m。解析：(1)某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量用“”做單位時，其數(shù)值與該物質(zhì)的原子量相同，所以水的摩爾質(zhì)量。如果摩爾質(zhì)量用國際單位制的單位“”，就要換算成。(2)水的摩爾體積V。(3)一個水分子的質(zhì)量。(4)一個水分子的體積。(5)將水分子視為理想球體就有：，

8、水分子直徑為這里的“”稱為數(shù)量級，一般分子直徑的數(shù)量級就是這個值。友情提示：解答此類問題時，一定要理清各物理量間的關(guān)系。例3已知金剛石的密度為3.5×103 kg/m3，現(xiàn)有一塊體積為4.0×108m3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(shù)字)解析：先求這塊金剛石的質(zhì)量mV3.5×103×4.0×108 kg1.4×104 kg這塊金剛石的物質(zhì)的量n mol1.17×102 mol這塊金剛石所含的碳原子數(shù)nnNA1.17×102×6.

9、02×1023個7.0×1021個一個碳原子的體積為V0 m35.7×1030 m3。把金剛石中的碳原子看成球體，則由公式V0d3可得碳原子直徑為dm2.2×1010 m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(shù)建立聯(lián)系。所以說，阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁。(2)在計算金剛石含有的碳原子數(shù)時，也可先由Vmol求出Vmol，再由V0求出一個碳原子的體積V0，然后由n求出金剛石含有的碳原子數(shù)n。例在標準狀況下，水蒸氣的摩爾體積是，則水蒸氣分子的平均間距約是水分子直徑的( )倍。A1倍 B10倍 C100

10、倍 D1000倍解析：水蒸氣是氣體，在標準狀況下的摩爾體積是，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，即水的摩爾體積，一個水分子的體積為，把水分子看成球形，其直徑為答案：B。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(shù)，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(yīng)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，

11、說明薄膜的密度與鹽水密度相等，所以薄膜密度為=1。2×103kg/m31.2g/cm3，質(zhì)量m=g，薄膜體積Vm/=÷.30cm3，薄膜面積S=×cm2，因此薄膜的厚度為d=V/S=30÷200=0.15cm。解析：（）一滴油酸酒精容易中含有純油酸的體積是V××（）油膜的面積S×cm2（）油膜的厚度即認為是油酸分子的直徑d，則有：dm.×1010 m。3解析：銅的摩爾體積=.2×106m3一個銅原子的體積為V0=.×10m3把銅原子看成球體，則由公式V0d3可得銅原子直徑為：dm2.8×

12、;1010 m4解析：在標準狀況下氧氣的摩爾體積是Vmol=，每個氧氣分子所占立方體空間的體積為：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，即基礎(chǔ)訓練一、選擇題 1分子直徑和分子的質(zhì)量都很小，它們的數(shù)量級分別為（）ABC D2構(gòu)成物質(zhì)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，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( )ABCD4從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏加德羅常數(shù) ( )A水的密度和水的摩爾質(zhì)量B水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積 C水分子的體積和水分子

13、的質(zhì)量D水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量5某固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則每個分子的質(zhì)量和單位體積內(nèi)所含的分子數(shù)分別是( )ANAM NAMBMNA MNACNAM MNADMNA NAM6阿伏加德羅常數(shù)是NA，銅的摩爾質(zhì)量是M，銅的密度是，則下列說法中錯誤的是( )A1 m3銅所含的原子數(shù)目是NA/M B1 kg銅所含的原子數(shù)目是NA C1個銅原子的原子質(zhì)量是M/NA D1個銅原子占有體積是M/(NA) 7體積為104 cm3的油滴，滴在水面上展開成單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級為 ( )A108 cm2 B106 cm2C104 cm2 D102 cm2 8只要知道下列

14、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(shù)，該氣體的摩爾質(zhì)量和質(zhì)量B阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的摩爾質(zhì)量和密度C阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的質(zhì)量和體積D該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量二、填空題冰的摩爾質(zhì)量為，冰的密度為，那么冰分子的直徑大約為 。水的摩爾質(zhì)量為，則水中含有的水分子的個數(shù)是 ，1個水分子的質(zhì)量是 。 由油滴實驗測得油酸分子的直徑為1.12×10-9m，已知油酸的密度為6.37×102kg/m3。油酸的摩爾質(zhì)量為282g/mol，由此求得阿伏加德羅常數(shù)為 。 鐵的密度是7。8×103kg/m3，有一小塊鐵的體積是5.7×10-

15、8m3，這塊鐵中含有 個原子。某種氣體摩爾質(zhì)量用M表示，氣體體積用V表示，分子數(shù)用n表示，分子體積用V0表示，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，現(xiàn)除了已知該氣體的密度為，還告訴了下列四組數(shù)據(jù)：AM BM，NA CV，n DV，V0要估算該氣體分子間的平均距離，只要再知道一組數(shù)據(jù)即可，可行的辦法是選組數(shù)據(jù)（填字母代號）。氣體分子的直徑為d2×10-10m，試估算標準狀態(tài)下，相鄰氣體分子的平均距離L0與分子直徑的比值為(取兩位有效數(shù)字)。 三、計算題黃金的密度為19。3 g/cm3，摩爾質(zhì)量為197 g/mol。求：(1)黃金分子的質(zhì)量； (2)黃金分子的體積； (3) 黃金分子的半徑。 在做“

16、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1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)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上，其形狀和尺寸如圖711所示，坐標中正方形小方格的邊長為1cm，問：711(1)油酸膜的面積是多少cm2?(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(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是多少?課題研究課題 納米技術(shù)目的 通過收集、查詢、討論有關(guān)納米技術(shù)的資料，了解納米技術(shù)在現(xiàn)實生活中的作用以及對未來社會發(fā)展的影響，激發(fā)學生對新

17、技術(shù)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(shù)，納米技術(shù)的研究對象是什么？2納米技術(shù)與掃描隧道顯微鏡。3納米技術(shù)在電子和通信方面的應(yīng)用。4納米技術(shù)在醫(yī)療和生命科學方面的應(yīng)用與展望。5我國在納米技術(shù)領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展前景。方法 到圖書館查資料；上相關(guān)的網(wǎng)站查詢；收集資料信息討論交流。多維鏈接1.阿伏加德羅（17761856）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(zhuǎn)到物理學和數(shù)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

18、強下，相同體積的任何氣體所包含的分子個數(shù)相同。根據(jù)這一假說可以得到下面的結(jié)果：在相同溫度相同壓強之下，任何兩種氣體的相對分子質(zhì)量都與其氣體密度成正比。這樣相對分子質(zhì)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1860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(xiàn)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(zhì)化學性質(zhì)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(guī)律，這與它們自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。這樣我們將它們視為"小球"，并統(tǒng)稱為分子

19、。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(nèi)的水面上，先均勻撒上一層痱子粉，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，用彩筆在其上畫下油酸膜的輪廓。"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(nèi)的正方格個數(shù)時，不足半個的舍去，多于半個的算一個。4. 納米技術(shù)納米是一個長度單位，符號是nm，1nm=10-9m.一般分子的直徑大約為0.3 nm0.4 nm，蛋白質(zhì)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(shù)是納米尺度內(nèi)（0.1nm100nm）的科學技術(shù)，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(shù)領(lǐng)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(jīng)化物、