分子動理論教案

龍文學校個性化輔導教案提綱教師：學生：年級：時間：年月日段一、授課目的與考點分析：1.分子動理論的基本概念和公式原理2.分子動理論的基本結(jié)論和應(yīng)用3.分子動理論的基本解題二、授課內(nèi)容：一、分子動理論的三個觀點1.物體是有大量的分子組成的這里的分子是指構(gòu)成物質(zhì)的單元，可以是原子、離子，也可以是分子。在熱運動中它們遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。一般情況來說,除有機物質(zhì)的大分子外,分子直徑的數(shù)量級均為10-10（1）這里建立了一個理想化模型：把分子看作是小球，所以求出的數(shù)據(jù)只在數(shù)量級上是有意義的。一般認為分子直徑大小的數(shù)量級為10-10m（2）固體、液體被理想化地認為各分子是一個挨一個緊密排列的，每個分子的體積就是每個分子平均占有的空間。分子體積＝物體體積/分子個數(shù)。（3）氣體分子仍視為小球，但分子間距離較大，不能看作一個挨一個緊密排列，所以氣體分子的體積遠小于每個分子平均占有的空間。每個氣體分子平均占有的空間看作以相鄰分子間距離為邊長的正立方體。（4）阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol-1，是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把物質(zhì)的摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀物理量和分子質(zhì)量、分子體積這些微觀物理量聯(lián)系起來了。(納米技術(shù)1nm＝10-9m2.分子的熱運動物體里的分子永不停息地做無規(guī)則運動，這種運動跟溫度有關(guān)，所以通常把分子的這種運動叫做熱運動。擴散現(xiàn)象和布朗運動都可以很好地證明分子的熱運動。⑴擴散現(xiàn)象是兩種不同物質(zhì)接觸時，沒有受到外力影響而能彼此進入到對方里去的現(xiàn)象。擴散現(xiàn)象是分子的直接運動形式。氣體、液體和固體都有擴散現(xiàn)象。擴散快慢除和溫度有關(guān)外，還和物體的密度差、溶液的濃度有關(guān)。物體的密度差（或濃度差）越大，擴散進行得越快。而布朗運動是懸浮在液體（或氣體）中的微粒所做的無規(guī)則運動，其運動的激烈程度與微粒的大小和液體（或氣體）的溫度有關(guān)，微粒越小，液體溫度越高，布朗運動越明顯。注意：微粒的尺寸一般在～m，只有在顯微鏡下才能觀察到布朗運動，用眼睛直接看到的微小顆粒（如灰塵）則不做布朗運動。（2）布朗運動與擴散現(xiàn)象是不同的現(xiàn)象，但也有相同之處。首先它們都反映了分子永不停息地做無規(guī)則熱運動；其次，擴散現(xiàn)象和布朗運動都隨溫度的升高表現(xiàn)得越明顯。（3）重點在于把握布朗運動與分子運動之間的關(guān)系.布朗運動產(chǎn)生的原因是液體或氣體分子無規(guī)則運動，從而對固體顆粒產(chǎn)生無規(guī)則撞擊，這種頻繁的撞擊的不平衡性使得固體顆粒做無規(guī)則運動。因此，布朗運動間接地反映了液體或氣體分子無規(guī)則運動。關(guān)于布朗運動，要注意以下幾點：①形成條件是：只要微粒足夠小；②溫度越高，布朗運動越激烈；③觀察到的是固體微粒（不是液體，不是固體分子）的無規(guī)則運動，反映的是液體分子運動的無規(guī)則性；④實驗中描繪出的是某固體微粒每隔30秒的位置的連線，不是該微粒的運動軌跡；思考：為什么微粒越小，布朗運動越明顯？解答：可以這樣分析，在任何一個選定的方向上，同一時刻撞擊固體微粒的液體分子個數(shù)與微粒的橫截面積成正比，即與微粒的線度r的平方成正比，從而對微粒的撞擊力的合力F與微粒的線度r的平方成正比；而固體微粒的質(zhì)量m與微粒的體積成正比，即與微粒的線度r的立方成正比，因此其加速度a=F/m∝r–1，即加速度與微粒線度r成反比。所以微粒越小，運動狀態(tài)的改變越快，布朗運動越明顯。3.分子之間存在相互作用的分子力圖11.分子之間同時存在著相互的引力和斥力，這種相互的作用力是由于組成物質(zhì)的分子中有帶正電的原子核和帶負電的電子造成的。當分子間的距離為m時，分子間的引力與斥力大小相等，故合力為零，這個距離叫做平衡位置。當分子間距≥10時，分子間作用力已變得非常微弱，可以近似認為等于零。圖12.隨著分子間距離的逐漸增大，分子間的引力與斥力都減小，但斥力減小得快，；隨著分子間距的減小，分子間的引力與斥力都增大，但斥力增大得快。所以，當分子間距＞時，引力大于斥力，分子間作用力表現(xiàn)為引力；當分子間距＜時，斥力大于引力，分子間作用力表現(xiàn)為斥力。分子間引力、斥力及其合力與分子間距的關(guān)系如圖1所示。由圖象可以看出，當分子間距由小到大變化的過程中，分子間引力與斥力的合力是先變小，再變大，然后再變小的規(guī)律。圖23.分子勢能則是組成物質(zhì)的分子間由于有相互作用力而具有由它們的相對位置決定的勢能。分子勢能的大小與分子間的距離有關(guān)，即與物體的體積有關(guān)。分子勢能的變化與分子間的距離發(fā)生變化時分子力做正功還是做負功有關(guān)。圖2（1）當分子間的距離＞時，分子間作用力表現(xiàn)為引力，隨著分子間距離的增大，分子力做負功，所以分子勢能隨分子間距離的增大而增大；（2）當分子間的距離＜時，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，隨著分子間距離的減小，分子力做負功，所以分子勢能隨分子間距離的減小而增大；（3）當分子間的距離＝時，分子間作用力合力為零，此時分子勢能最??；（4）若取無窮遠處（即分子間距≥10時，此時分子間作用力可忽略不計）分子勢能為零，則分子勢能與分子間距的關(guān)系圖象如圖2所示。注意：從本質(zhì)上來說，分子力是電場力的表現(xiàn)。因為分子是由原子組成的，原子內(nèi)有帶正電的原子核和帶負電的電子，分子間復雜的作用力就是由這些帶電粒子間的相互作用而引起的。（也就是說分子力的本質(zhì)是四種基本基本相互作用中的電磁相互作用）。二、溫度和溫標內(nèi)能1．溫度是分子平均動能的唯一標志物體內(nèi)部各個分子的運動速度是不相同的，所以分子的動能也不相等，在研究熱現(xiàn)象時，有意義的不是單個分子的動能，而是物體內(nèi)部所有分子的動能的平均值——分子平均動能．rErEr0o2.物體的內(nèi)能⑴做熱運動的分子具有的動能叫分子動能。溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志。溫度越高，分子做熱運動的平均動能越大。⑵由分子間相對位置決定的勢能叫分子勢能。分子力做正功時分子勢能減小；分子力作負功時分子勢能增大。（所有勢能都有同樣結(jié)論：重力做正功重力勢能減小、電場力做正功電勢能減小。）由上面的分子力曲線可以得出：當r=r0即分子處于平衡位置時分子勢能最小。不論r從r0增大還是減小，分子勢能都將增大。如果以分子間距離為無窮遠時分子勢能為零，則分子勢能隨分子間距離而變的圖象如右?？梢姺肿觿菽芘c物體的體積有關(guān)。體積變化，分子勢能也變化。⑶物體中所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積都有關(guān)系：溫度升高時物體內(nèi)能增加；體積變化時，物體內(nèi)能變化。決定物體內(nèi)能大小的因素是:摩爾數(shù)、溫度和體積.而對于一定質(zhì)量的物體，其內(nèi)能只與溫度和體積有關(guān)，因此，內(nèi)能是一個狀態(tài)量.3.改變內(nèi)能的兩種方式改變內(nèi)能的方式有兩種:做功和熱傳遞.（1）做功過程中，內(nèi)能改變量的多少用功的大小來量度;熱傳遞過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少用熱量來量度.（2）做功和熱傳遞都是過程量，內(nèi)能則是狀態(tài)量.理想氣體的內(nèi)能：理想氣體就是分子間沒有相互作用力的氣體，這是一種理想模型；理想氣體分子內(nèi)無分子勢能；理想氣體的內(nèi)能就是所有分子的動能之和，理想氣體的內(nèi)能只跟溫度和摩爾數(shù)有關(guān)。需要特別指出的是：(1)功不是能量的一種形式，而是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移多少的量度，功和能不能相互轉(zhuǎn)化；(2)熱量也不是能量的一種形式，而是內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的量度；(3)功和熱量是過程量，能量是狀態(tài)量.■考點分析一、用油膜法估測分子的大小根據(jù)最新考試大綱，高考對用油膜法估測分子的大小實驗的要求是，要能明確實驗?zāi)康?，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器（比如溫度計），會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對結(jié)論進行分析和評價.1．實驗思想：分子是球形，分子緊密排列無空隙，單分子層。2．實驗原理：實驗中設(shè)法測出一滴酒精油酸中純油酸的體積，和這滴油酸在水面上形成單分子油膜的面積，由此求出的油膜的厚度可認為等于油酸分子的直徑，即如圖所示。例1將1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液。已知1cm3的溶液有50滴，今取一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層，已測出這一薄層的面積為0.2m2二、估算問題估算法是根據(jù)日常生活和生產(chǎn)中的一些物理數(shù)據(jù)對所求物理量的數(shù)值和數(shù)量級大致推算的一種近似方法。在估算某一物理量時，不要求精確嚴密地求解，但推算方法必須簡易合理，使估算值有較高的可信度。注意：計算過程中能正確運用近似處理的方法，使答案合理，估算的結(jié)果不要求精確，一般只要求一位或兩位有效數(shù)字，但數(shù)量級必須準確。1．估算問題常用關(guān)系式阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol-1，是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的橋梁。微觀物理量指的是：分子的體積、分子的直徑d、分子的質(zhì)量；宏觀物理量指的是：物質(zhì)的體積V、摩爾體積、物質(zhì)的質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的密度。它們的關(guān)系如下：①一個分子的質(zhì)量：；②一個分子的體積（只適用于固、液體，不適用于氣體）；③一摩爾物質(zhì)的體積：；④單位質(zhì)量中所含分子數(shù)：；⑤單位體積的固體或液體中所含分子數(shù)：；⑥質(zhì)量為的物質(zhì)中所含的分子數(shù)：；⑦體積為V的物質(zhì)中所含的分子數(shù)：。2．常見模型實際的物理問題所涉及的因素較多，為了對這些問題方便地求解，需要突出主要因素，忽略次要因素，將研究對象進行科學抽象，使其成為理想化模型后進行近似估算。（1）球體模型由于固體和液體分子間距離很小，因此，在估算分子直徑數(shù)量級的計算中，常常把固體和液體的分子看成是緊密挨在一起的球體。（2）立方體模型對氣體而言，在一般情況下分子間距離很大，氣體分子均勻分布，可把每個氣體分子平均占有空間想象成一個小立方體，任意一瞬間所有氣體分子處于各個小立方體的中心，并根據(jù)這一微觀模型來進行相關(guān)計算。值得注意的是，這種立方體模型也適用于計算離子晶體的兩個相鄰離子之間的距離。（3）單分子層模型在用油膜法測量分子直徑時，油酸分子在液體表面形成一層油膜，由于這時的油酸分子是盡量散開的，所形成的油膜為單分子層油膜，故可用公式d＝V/S來計算油酸分子的直徑。例2水的分子量是18，水的密度是kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)/mol，則：（1）水的摩爾質(zhì)量為M=____________g/mol或kg/mol；（2）水的摩爾體積____________m/mol；（3）一個水分子的質(zhì)量____________kg；（4）一個水分子的體積____________m；（5）把水分子看成一個球體，水分子的直徑____________m，一般分子的直徑數(shù)量級是____________m。解析：（1）某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量用g/mol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)量是M=18g/mol，若以kg/mol做單位，則就要換算成國際制單位，即M=1.8kg/注意：若將水分子視為小正立方體，則可求出d=3.1×10-10m，可見，不論把分子看做球體，還是看做立方體，都只是一種簡化的模型，是一種近似處理的方法。由于建立的模型不同，得出的結(jié)果稍有不同，但數(shù)量級都是點評：進行微觀量的計算時要注意，對于固體或液體的總體積可以近似看作所有分子體積的總和，但對氣體則不適用?？偨Y(jié)：求解估算問題的關(guān)鍵是選擇恰當?shù)奈锢砟Ｐ停獯疬^程需要把握以下幾個要點：1.建立適當?shù)奈锢砟Ｐ?。將題給的現(xiàn)象突出主要因素，忽略次要因素，將研究對象抽象成理想化模型。2.挖掘賴以進行估算的隱含條件。有的估算題文字敘述很簡潔，已知條件比較隱蔽，只有通過認真審題，仔細推敲，才能從字里行間中挖掘出隱蔽的已知條件。3.尋找估算的依據(jù)。根據(jù)所建立的物理模型，尋找相關(guān)的物理規(guī)律，揭示出題設(shè)條件與要求回答的問題之間存在的物理關(guān)系，作為估算的依據(jù)。4.阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量（如體積、質(zhì)量、密度）和微觀量（如分子的直徑、體積、質(zhì)量）的橋梁，用它可以估算分子直徑、分子質(zhì)量以及固體或液體分子的體積。三、分子熱運動與布朗運動的理解問題分子永不停息地做無規(guī)則熱運動的重要實驗事實是擴散現(xiàn)象和布朗運動，高考重在對布朗運動理解的考查。例3關(guān)于布朗運動，下列說法中不正確的是（）A.布朗運動是微觀粒子的運動，運動定律不再適用B.布朗運動是液體分子無規(guī)則運動的反映C.強烈的陽光射入較暗的房間內(nèi)，在光束中可以看到有懸浮在空氣中的微塵不停地做無規(guī)則運動，這也是一種布朗運動D.因為布朗運動的激烈程度跟溫度有關(guān)，所以布朗運動也叫做熱運動點評：布朗運動指的是固體小顆粒的運動，人眼直接觀察到的不是布朗運動。永不停息的布朗運動，反映了液體分子的運動永不停息；分子永不停息的熱運動與溫度有關(guān)。四、對分子力的理解例4兩個分子從相距較遠（分子力可忽略）開始靠近，直到不能再靠近的過程中（）A.分子力先做負功后做正功B.分子力先做正功后做負功C.分子間的引力和斥力都增大D.兩分子從r0處再靠近，斥力比引力增加得快五、對內(nèi)能的理解1.物體的內(nèi)能是指物體中所有分子的熱運動的動能及分子勢能的總和。物體的內(nèi)能與物體的溫度和物體的體積有關(guān)，溫度越高，分子熱運動越劇烈，分子的平均動能就越大；物體的體積發(fā)生變化，分子勢能也發(fā)生變化。另外，物體的內(nèi)能還與物體中分子數(shù)有關(guān)。2.溫度是物體分子平均動能的標志，但不是分子平均速率的標志，在相同溫度下，各種物質(zhì)的平均動能都相同，而平均速率一般是不同的。溫度越高，物體中分子平均動能就越大，與物體的種類、形態(tài)無關(guān)。3.物體的內(nèi)能與機械能是兩個不同的概念，是完全不同的兩種能量形式，任何物體、在任何情況下都有內(nèi)能，但物體的機械能可以為零。機械能與內(nèi)能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，但能的總量將保持不變。例5下列有關(guān)物體內(nèi)能的說法正確的是（）