高中物理用油膜法估測分子的大小、溫度和內(nèi)能學(xué)案新人教版選修

1、用油膜法估測分子的大小、溫度和內(nèi)能【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知道溫度和溫標(biāo)的概念；2、學(xué)會用油膜法估測分子的大??；明確分子動能、分子勢能和內(nèi)能的含義。（重點）【知識要點】一、用油膜法估測分子的大小1實驗原理實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小當(dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖所示形狀的一層純油酸薄膜如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，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體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如下圖，則：d 2實驗器材：配制好的油酸酒精溶液、

2、淺盤、痱子粉(或石膏粉)、注射器(或滴管)、量筒、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙3實驗步驟：（1）取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液（2）用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使這些溶液的體積恰好為1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的體積V0 mL.（3）往邊長約為3040 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水，然后將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上（4）用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散開，形成單分子油膜（5）待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上（6）將畫有油酸薄膜輪廓

3、的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S（7）據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，代入公式算出油酸薄膜的厚度即油酸分子的直徑。比較算出的分子直徑，看數(shù)量級（單位為m）是否為10-10，若不是10-10需重做實驗。4注意事項（1）實驗前，必須將所有的實驗用具擦洗干凈，實驗時，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分別專用，不能混用否則會增大實驗誤差（2）痱子粉和油酸的用量都不可太大，在水面撒痱子粉后，再不要觸動盤中的水（3）淺盤中的水離盤口面的距離應(yīng)較小，并要水平放置，等待一段時間待油膜穩(wěn)定后畫出薄膜的形狀，畫線時視線應(yīng)與板面垂直（4）利用坐標(biāo)紙求油膜面積時，以邊長1 cm的正方形為單

4、位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半格的舍去，多于半格的算一個二、溫度和溫標(biāo)1溫度溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度；在微觀上表示分子的平均動能2兩種溫標(biāo)(1)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)：兩種溫標(biāo)溫度的零點不同，同一溫度兩種溫標(biāo)表示的數(shù)值不同，但它們表示的溫度間隔是相同的，即每一度的大小相同，tT.(2)關(guān)系：Tt273.15 K.熱力學(xué)溫度的零值是低溫極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到，即熱力學(xué)溫度無負(fù)值溫度是大量分子熱運動的集體行為，對個別分子來說溫度沒有意義三、物體的內(nèi)能及其變化1分子的平均動能(1)定義：物體內(nèi)所有分子動能的(2)決定因素：僅與物體的 有關(guān)，而與其他任何量無關(guān)系(3)一個分子的熱運動的動能是沒有

5、意義的。溫度代表著大量分子熱運動的平均動能，但這并不意味著溫度高每個分子熱運動的動能都會大；溫度升高只說明大多數(shù)分子的動能增大了，有少數(shù)分子的動能會減少。(4)同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，所以分子運動的平均速率不盡相同。2分子勢能(1)概念：由分子間的相互作用和決定的能量(2)分子勢能大小的相關(guān)因素微觀上：分子勢能的大小與 有關(guān)宏觀上：與物體的 有關(guān)大多數(shù)物體是 越大，分子勢能越大，也有少數(shù)物體(如冰、鑄鐵等)， 變大，分子勢能反而變?。?）分子力做功與分子勢能的關(guān)系分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負(fù)功，分子勢能增加。具體與分子間距離的關(guān)系為

6、：（分子勢能曲線如圖所示）當(dāng)rr0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨著r的增大，分子引力做負(fù)功，分子勢能增大；當(dāng)rr0時，分子力表現(xiàn)為斥力，隨著r的減小，分子斥力做負(fù)功，分子勢能增大；當(dāng)rr0時，分子勢能最小，但不一定為零，若選兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子勢能為零則rr0處分子勢能為負(fù)值3物體的內(nèi)能(1)定義：物體內(nèi)所有分子的 和 的總和(2)決定因素微觀上：分子動能、分子勢能、 宏觀上：、 、物質(zhì)的量(摩爾數(shù))（3）對內(nèi)能的理解分子的熱運動對應(yīng)內(nèi)能，由于分子在做永不停息的無規(guī)則運動，故物體的內(nèi)能永遠(yuǎn)不等于零。氣體分子間的作用力為零，故氣體無分子勢能。 機(jī)械運動對應(yīng)機(jī)械能，機(jī)械能可以為零。機(jī)械能和內(nèi)能完全無關(guān)

7、，因為它們的決定因素不同。不能說機(jī)械能或速度越大，內(nèi)能就越大等。【典型例題】例1. 在做用油膜法估測分子大小的實驗中，將油酸溶于酒精，其濃度為每104 mL溶液中有6 mL油酸，用注射器測得1 mL上述溶液有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，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如上圖所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長為1 cm，試求：(1)油酸膜的面積是多少 cm2? (2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？ (3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑例2.氣體內(nèi)能是所有氣體分子熱運動動能和勢能的總和，其大小與氣體的狀態(tài)有關(guān)，

8、分子熱運動的平均動能與分子間勢能分別取決于氣體的()A溫度和體積 B體積和壓強(qiáng)C溫度和壓強(qiáng) D壓強(qiáng)和溫度例3、分子甲固定，分子乙從無窮遠(yuǎn)處以動能EK向分子甲運動，直到不能再靠近為止。其分子勢能EP隨距離r變化如圖所示，則兩分子在逐漸靠近至 d 的過程中，分子乙的動能 （選填先增大后減小、 先減小后增大或保持不變），在 d點時，兩分子間的作用力為 （選填引力、 斥 力或零）【針對訓(xùn)練】1利用單分子油膜法估測分子的直徑，需要測量的物理量是()A一滴油的體積和它的密度B一滴油的體積和它散成油膜的最大面積C一滴油的質(zhì)量和它的密度 D一滴油形成油膜的厚度和它的密度2相同質(zhì)量的0的水與0的冰相比較 ()A

9、它們的分子平均動能相等 B水的分子勢能比冰的分子勢能大C水的分子勢能比冰的分子勢能小 D水的內(nèi)能比冰的內(nèi)能多3若已知分子勢能增大，則在這個過程中()A一定克服分子力做功 B分子力一定減少C分子間距離的變化情況無法確定 D以上說法都不正確4如圖，甲分子固定在坐標(biāo)原點O，乙分子沿x軸運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中曲線所示圖中分子勢能的最小值為E0，若兩分子所具有的總能量為0，則下列說法中正確的是()A乙分子在P點(xx2)時，加速度最大B乙分子在P點(xx2)時，其動能為E0C乙分子在Q點(xx1)時，處于平衡狀態(tài)D乙分子的運動范圍為xx15關(guān)于分子力和分子勢能，下列說

10、法正確的是()A當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子力隨分子間距離的增大而減小B當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子勢能隨分子間距離的減小而減小C當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時，分子勢能隨分子間距離的減小而增大D用打氣筒給自行車打氣時，越下壓越費力，說明分子間斥力越來越大，分子間勢能越來越大6下列說法正確的是()A熔融的鐵塊化成鐵水的過程中，溫度不變，內(nèi)能也不變B物體運動的速度增大，則物體中分子熱運動的平均動能增大，物體的內(nèi)能增大CA、B兩物體接觸時有熱量從物體A傳到物體B，這說明物體A的內(nèi)能大于物體B的內(nèi)能DA、B兩物體的溫度相同時，A、B兩物體的內(nèi)能可能不同，分子的平均速率也可能不同7將質(zhì)量、溫度均相等的一杯水和一個鋼

11、球比較，下列說法正確的是()A它們的內(nèi)能一定相等 B它們的分子平均動能一定相等C它們的分子平均速率一定相等D把鋼球浸沒在水中，它們的內(nèi)能一定不改變8用油膜法估測油酸分子的大小，實驗器材有：濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1 mL的量筒、盛有適量清水的4550 cm2淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙(1)下面是實驗步驟，請?zhí)顚懰钡牟襟ECA用滴管將濃度為0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下滴入1mL油酸酒精溶液時的滴數(shù)NB將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)水面上，用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液，從低處向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止，記下滴入的滴數(shù)nC_ _D將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，以坐標(biāo)紙上邊長為1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，算出油酸薄膜的面積S(2)用已給的和測得的物理量表示單個油酸分子直徑大小_(單位：cm)次數(shù)S/cm2Leq f(V,S)/cmL平均值1533249335639