0 0 类别 : 其他

黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) 第七章 分子动理论 单元透视 本章内容是热学部分的基础，本章研究的就是热现象的基本理论和有关规律。研究热现 象有两种不同的方法，一种是从宏观上总结热现象的规律，引入内能的概念，并使内能跟 其他形式的能联系起来；另一种是从物质的微观结构出发，建立分子动理论，说明热现象 是大量分子无规则运动的表现。这两种方法相辅相成，使人们对热现象的研究越来越深入。 本章的学习不仅为后三章的学习打下良好的基础，而且对学好整个物理学都很重要。 这一章主要讲三方面的知识，一是认识分子动理论的基本观点，知道其实验数据，知道阿伏加德罗常 数的意义。了解分子运动所遵循的统计规律。二是平衡态和温标，三是有关分子能的概念，充分认识温度是 分子平均动能的标志。 根据新课标的要求，要使学生了解分子动理论的基本内容：物质是有大量分子组成的， 分子在做永不停息的无规则的运动，分子之间存在着相互的引力和斥力。本章教材突出了分 子动理论的实验基础，这也是进入微观世界的线索。分子动理论的内容，学生并不生疏，他 们在初中学过这方面的知识。但与初中所学内容相比，现在的要求有所提高。一是加强了分 子动理论的实验基础，这对于分子动理论的学习是很重要的。二是加深了对分子动理论的理 解的要求。这不仅是后三章学习不可缺少的基础，也有利于发展学生的思维能力和空间想象 能力，对于学好高中物理是十分重要的。本章还讲述了内能的概念，这也是热学中一个基本 的概念，不仅对学好热学，而且对学好整个物理学都很重要。希望学生能够对能量这个重要 的物理概念的认识更全面、更深入一些。 第 1 节 物体是由大量分子组成的 目标导航 （1）知道物体是由大量分子组成的。 （2）知道用油膜法测定分子大小的原理和方法。 （3）知道物质结构的微观模型，知道分子大小、质量的数量级。 （4）理解阿伏加德罗常数的含义，并记住这个常数的数值和单位；会用这一常数进行有关计算或估 算；领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的纽带。 （５）坚持求真务实、严谨认真的学习态度。 诱思导学 1．分子的大小 自然界中所有物质都是由大量的分子组成的。此处所提出的“分子”是个广义概念，指 组成物质的原子、离子或分子。 (1)分子模型 首先，可以把单个分子看做一个立方体，也可以看做是一个小球。通常情况下把分子看做小球，是对 分子的简化模型。实际上，分子有着复杂的内部结构，并不真的都是小球。 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第1页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) 其次，不同的物质形态其分子的排布也有区别，任何物质的分子间都有空隙。对固体和液体而言，分 子间空隙比较小，我们通常认为分子是一个挨着一个排列的，而忽略其空隙的大小。 (2)用油膜法估测分子的大小 估测分子的大小通常采用油膜法。具体方法课本上已经介绍，此处不再赘述。最后根据1滴油酸的体积 V和油膜面积S就可以算出油膜的厚度( S VD )，即油酸分子的尺寸。其线度的数量级为 m10 10 。我们 可以用不同的方法估测分子的大小。用不同的方法测出的分子大小并不完全相同，但是数量级是一致的。除 了一些高分子有机物之外，一般分子直径的数量级约为 m10 10 。 m10 10 是一个极小的数，同学们应该 记住。 2．阿伏加德罗常数 阿伏加德罗常数用 AN 表示， 123A mol10026N  . 。它是微观世界的—个重要常数，是联系微观 物理量和宏观物理量的桥梁，应该理解它的意义。 （1）已知固体和液体（气体不适用）的摩尔体积 vmol和一个分子的体积v，则 NA= v vmol ；反之亦可 估算分子的大小。 (2）已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的摩尔质量 M和一个分子的质量 m，求 NA＝ m M ；反之亦可估算分子的质量。 （3）已知固体和液体（气体不适用）的体积 V和摩尔体积 vmol，则物质的分子数 n＝ molv v NA＝ molv M / NA．其中ρ是物质的密度，M是物质的质量。 （4）已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的质量和摩尔质量，则物质的分子数 n= m M NA． 典例探究 例１　将 3cm1 的油酸溶于酒精，制成 3cm200 的油酸酒精溶液，已知 3cm1 的溶液有 50滴， 现取 1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层 的面积为 2m20. ，由此可估测油酸分子的直径为多少？ 解析：1 cm3油酸酒精溶液中油酸的体积 V＝ 200 1 ×10－6 m3，1滴油酸酒精溶液中油酸体积 V 油酸＝ V/50＝ 50200 10 6   m3，则油酸分子的直径d＝ 2.050200 10 6   S V油膜 m＝5×10－10 m。 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第2页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) 友情提示：本题关键是知道分子的球形模型，理解用油膜法测分子直径的原理，运用公式 d=V/S进 行计算，注意单位的统一。除油膜法计算分子大小外，如果在已知分子的体积V的情况下，对固体、液体还 有方法：①当分子视为球体时，有 V＝ 43  (d/2)3＝πd3/6，d＝ 3 6 V ；②当分子视为立方体时，d＝ 3 V 。对气体，因分子的间距很大，不考虑气体分子的大小。 例 ２ 　 水 的 分 子 量 是 18 ， 水 的 密 度 33 m/kg1001  . ， 阿 伏 加 德 罗 常 数 123 A mol10026N  . ，则(1)水的摩尔质量 M＝________ 1molg  或 M＝______ 1molkg  ； (2)水的摩尔体积 V＝________ 13 molm  ；(3)一个水分子的质量 m＝_________kg；(4)一个水分子的 体积V′＝__________ 3m ；(5)将水分子看做是个球体，水分子的直径d＝________m，一般分子直径的 数量级都是___________m。 解析：(1)某种物质的摩尔质量用“ 1molg  ”做单位时，其数值与该物质的原子量相同，所以水 的摩尔质量 1molg18M  。如果摩尔质量用国际单位制的单位“ 1molkg  ”，就要换算成 13 molkg1018M   。 (2)水的摩尔体积V 13533 2 molm1081mol/m1001 1081MV     .. . 。 (3)一个水分子的质量 kg103kg10026 1018 N Mm 2623 3 A     . 。 (4)一个水分子的体积 329323 5 A m103m10026 1081 N V'V     . . 。 (5) 将 水 分 子 视 为 理 想 球 体 就 有 ： 'Vd6 3  ， 水 分 子 直 径 为 m1093m143 1036'V6d 103 29 3    .. 这里的“ 1010  ”称为数量级，一般分子直径的 数量级就是这个值。 友情提示：解答此类问题时，一定要理清各物理量间的关系。 例 3　已知金刚石的密度为 ρ＝3.5×103 kg/m3，现有一块体积为 4.0×10－8m3的一小块金 刚石，它含有多少个碳原子?假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直 径?(保留两位有效数字) 解析：先求这块金刚石的质量 m＝ρV＝3.5×103×4.0×10－8 kg＝1.4×10－4 kg 这块金刚石的物质的量 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第3页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) n＝ 3 4 1012 104.1    M m mol＝1.17×10－2 mol 这块金刚石所含的碳原子数 n′＝nNA＝1.17×10－2×6.02×1023个＝7.0×1021个 一个碳原子的体积为 V0＝ 21 8 100.7 100.4    n V m3＝5.7×10－30 m3。 把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式V0＝ 6  d3可得碳原子直径为 d＝ 3 30 3 0 14.3 107.566  V m＝2.2×10－10 m 友情提示： (1)由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要通过阿伏加 德罗常数建立联系。所以说，阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁。 (2)在计算金刚石含有的碳原子数时，也可先由 Vmol＝  M 求出 Vmol，再由 V0＝ A mol N V 求出一个碳原子的体积V0，然后由 n＝ 0V V 求出金刚石含有的碳原子数 n。 例４　在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是 molm /104.22 33 ，则水蒸气分子的 平均间距约是水分子直径的( )倍。 A．1倍 　　　B．10倍 C．100倍 　 　D．1000倍 解析：水蒸气是气体，在标准状况下的摩尔体积是 molm /104.22 33 ，每个水分 子所占体积(包括水分子和它的周围空间的体积)为 326 123 33 1072.31002.6 /104.22 mmol molm N VV A mol      把每个分子和它所占空间看成一个小立方体，分子间距等于每个立方体的边长，即 mmVd 93 263 1035.31072.3   水的摩尔体积 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第4页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) molmVmol /1018 36 ，一个水分子的体积为 Amol NV / ，把水分子看成球形，其 直径为 6 1033 23 6 6 18 10 3.85 103.14 6.02 10 mol A VD m mN        10/  Dd 答案：B。 友情提示：固体和液体分子是紧密排列的，分子间距可看成分子直径；而气体分子间 的距离远大于分子直径，在标准状况下，用摩尔体积除以阿伏伽德罗常数，得到的是一个 分子和它的周围空间的总体积，而不是一个分子的体积。分割气体空间体积时必须分割成紧 密相连的立方体，而不应该是球体。这一点同学们一定要弄清楚。 课后问题与练习点击 1．解析：因为薄膜恰能在盐水中悬浮，说明薄膜的密度与盐水密度相等，所以薄膜密 度为ρ=1。2×103kg/m3＝1.2g/cm3，质量 m=３６ g，薄膜体积 V＝m/ρ=３６÷１.２＝ 30cm3，薄膜面积S=１０×２０＝２００ cm2，因此薄膜的厚度为 d=V/S=30÷200=0.15cm。 ２．解析：（１）一滴油酸酒精容易中含有纯油酸的体积是 V＝１× 175× 6 10000＝ 68.0 10 (mL) （２）油膜的面积S＝１×１１５＝１１５ cm2 （３）油膜的厚度即认为是油酸分子的直径 d，则有：d＝ 68.0 10 115 V S  m＝７.０ ×10－10 m。 3．解析：铜的摩尔体积 molV =M =７.2×10－6m3 一个铜原子的体积为V0= mol A V N =１.２×10－２９m 3 把铜原子看成球体，则由公式 V0＝ 6  d3可得铜原子直径为： d＝ 29 0 33 6 6 1.2 103.14 V    m＝2.8×10－10 m 4．解析：在标准状况下氧气的摩尔体积是 Vmol= 3 322.4 10 m ，每个氧气分子所占立 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第 5页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) 方体空间的体积为： 326 123 33 1072.31002.6 /104.22 mmol molm N VV A mol      每个分子处在所占立方体空间的中心，相邻两个分子间距离等于每个立方体空间的边 长，即 mmVd 93 263 1035.31072.3   基础训练 一、选择题 1．分子直径和分子的质量都很小，它们的数量级分别为（　） A． kgmmd 2610 10,10   B． kgmcmd 2610 10,10   C． gmmd 2610 10,10   D． kgmmd 268 10,10   2．构成物质的单元是多种多样的，它们不可能是（　 ） A．分子（如有机物） B．原子（如金属） C．基本粒子（如电子、中子、原子） D．离子（如盐类） 3．已知铜的密度为 33 m/kg1098 . ，原子量为 64，通过估算可知铜中的每个铜原子 所占的体积为( ) A． 36m107  　　B． 329m101  C． 326m101  　　D． 324m108  4．从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数 ( ) A．水的密度和水的摩尔质量 B．水的摩尔质量和水分子的体积 C．水分子的体积和水分子的质量 D．水分子的质量和水的摩尔质量 5．某固体物质的摩尔质量为 M，密度为 ρ，阿伏加德罗常数为 NA，则每个分子的质量 和单位体积内所含的分子数分别是( ) 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第 6页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) A．NA／M ρNA／M B．M／NA MNA／ρ C．NA／M M／ρNA D．M／NA ρNA／M 6．阿伏加德罗常数是 NA，铜的摩尔质量是M，铜的密度是 ρ，则下列说法中错误的 是( ) A．1 m3铜所含的原子数目是 ρNA/M B．1 kg铜所含的原子数目是 ρNA C．1个铜原子的原子质量是M/NA D．1个铜原子占有体积是M/(NAρ) 7．体积为 10－4 cm3的油滴，滴在水面上展开成单分子油膜，则油膜面积的数量级为 ( ) A．108 cm2 B．106 cm2 C．104 cm2 D．102 cm2 8．只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离( ) A．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量 B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度 C．阿伏加德罗常数，该气体的质量和体积 D．该气体的密度、体积和摩尔质量 二、填空题 ９．冰的摩尔质量为 molkg /1018 3 ，冰的密度为 3 30.9 10 /kg m ，那么冰分子的 直径大约为　　　 。　　 １０．水的摩尔质量为 1molkg0180 . ，则 3cm1 水中含有的水分子的个数是 ，1个水分子的质量是　　　 。 １１． 由油滴实验测得油酸分子的直径为 1.12×10-9m，已知油酸的密度为 6.37×102kg/m3。油酸的摩尔质量为 282g/mol，由此求得阿伏加德罗常数为　　　 。　 １２． 铁的密度是 7。8×103kg/m3，有一小块铁的体积是 5.7×10-8m3，这块铁中含有 个原子。　　 １３．某种气体摩尔质量用M表示，气体体积用 V表示，分子数用 n表示，分子体积 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第 7页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) 用V0表示，阿伏加德罗常数用 NA表示，现除了已知该气体的密度为 ρ，还告诉了下列四组 数据： A．M 　　　B．M，　NA 　C．V，　n 　D．V，　V0 要估算该气体分子间的平均距离，只要再知道一组数据即可，可行的办法是选 组数据（填字母代号）。 １４．气体分子的直径为 d＝2×10-10m，试估算标准状态下，相邻气体分子的平均距离 L0与分子直径的比值为　　　　(取两位有效数字)。 　　　　　　　　　　　　　　　　 三、计算题 １５．黄金的密度为 19。3 g/cm3，摩尔质量为 197 g/mol。求： (1)黄金分子的质量； (2)黄金分子的体积； (3) 黄金分子的半径。 １６．在做“用油膜法测分子的大小”实验时，油酸酒精溶液的浓度为每 104ml溶液 中有纯油酸 6mL，用注射器测得 1mL上述溶液有液滴 75滴。把 1滴该溶液滴入盛水的浅盘 里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，随后把玻璃板 放在坐标纸上，其形状和尺寸如图 7．1–1所示，坐标中正方形小方格的边长为 1cm，问： (1)油酸膜的面积是多少 cm2?(此问可直接写出答案) (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少? (3)按以上数据，估测出油酸分子的直径是多少? １７．课题研究 [课题] 纳米技术 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第 8页 共 10页 7 ． 1–1 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) [目的] 通过收集、查询、讨论有关纳米技术的资料，了解纳米技术在现实生活中的作用 以及对未来社会发展的影响，激发学生对新技术的兴趣和热情。 [问题] 1．知道纳米是长度单位，知道什么是纳米技术，纳米技术的研究对象是什么？ 2．纳米技术与扫描隧道显微镜。 3．纳米技术在电子和通信方面的应用。 4．纳米技术在医疗和生命科学方面的应用与展望。 5．我国在纳米技术领域的研究状况和发展前景。 [方法] 到图书馆查资料；上相关的网站查询；收集资料信息讨论交流。 多维链接 1.阿伏加德罗（1776－1856） 意大利化学家、物理学家。1776年 8月9日生于都灵市，出自于律师家庭。20岁时获得法学博士学位， 做过多年律师。24岁起兴趣转到物理学和数学方面，后来成为都灵大学的物理学教授。阿伏加德罗的主要 贡献是他于1811年提出了著名的阿伏加德罗假说，即在同一温度、同一压强下，相同体积的任何气体所包 含的分子个数相同。根据这一假说可以得到下面的结果：在相同温度相同压强之下，任何两种气体的相对 分子质量都与其气体密度成正比。这样相对分子质量（或化学式量）就可以被直接测定了。但是由于当时阿 伏加德罗没有对他的假说提出实验证明，以致其假说不易被人接受。直到 1860年康尼扎罗用实验论证并在 卡尔斯鲁厄化学会议上予以阐述后，该假说才获公认，成为现在的阿伏加德罗定律。 2. 热学中的分子模型 在化学课中我们知道分子是保持物质化学性质的最小微粒，而在热学研究中，分子、原子、离子遵循相 同的热运动规律，这与它们自身的内部结构无关。这样我们将它们视为"小球"，并统称为分子。 3. 分子大小的估算 用油膜法可以估算分子的大小，但问题是怎样计算油膜的体积。为此，可采用以下方法:在水盘内的水 面上，先均匀撒上一层痱子粉，然后，再滴入油酸液滴，这样油酸扩展开的边缘形状，就非常明显了。在 水盘上方，放上玻璃板，用彩笔在其上画下油酸膜的轮廓。 "将油酸膜轮廓放在坐标纸上，就可算出其面积S。注意:(1)坐标纸上的小正方格边长要测出;(2)计算 轮廓内的正方格个数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 4. 纳米技术 纳米是一个长度单位，符号是nm，1nm=10-9m.一般分子的直径大约为 0.3 nm～0.4 nm，蛋白质分子比 较大，可达几十纳米；病毒的大小为几百纳米。纳米科学技术是纳米尺度内（0.1nm～100nm）的科学技术， 研究对象是一小堆分子或单个的分子、原子。 我国在纳米技术领域占有一度之地，处于国际先进行列。已成功制备出包括金属、合金、氧经化物、氢化 物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料，合成出多种同轴纳米电缆，掌握了制备纯净碳纳米管技术， 能大批量制备长度为2至 3毫米的超长纳米管。合成的最细的碳纳米管的直径只有 0.33纳米，这不但打破 了我国科学家自已不久前创造的直径只为 0.5纳米的世界纪录，而且突破了日本科学家 1992年所提出的 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第 9页 共 10页 黄牛课件网 http://www.kejian123.com 新课标免费资源网(无须注册，免费下 载) 0.4纳米的理论极限值。《稻草变黄金──从四氯化碳制成金刚石》的文章高度评价。最近又研制成功新型纳 米材料──超双疏性界面材料。这种材料具有超疏水性及超疏油性，制成纺织品，不染油污，不用洗染。 纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达 到 14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性，纳米 功能涂层材料的设计和应用，将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出，纺织、建材、化工、石油、 汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”现在我国以纳米材料和纳米 技术注册的公司有近 100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产， 象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高 了十几倍，而且无毒无害无异味。一张纳米光盘上能存几百部，上千部电影，而一张普通光盘只能存两部 电影。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。 5.课本 P4页思考与讨论 （1）3.0×10-29m3 （2）6.0×1023mol-1 北京今日学易科技有限公司 网校客服电话：010-87029231 传真：010-89313603 第10页 共 10页