【物理】2018届一轮复习人教版分子动理论油膜法估测分子大小教案 5页

分子动理论 油膜法估测分子大小 ‎【教学目标】‎ ‎1.掌握分子动理论的基本内容.‎ ‎2.知道内能的概念.‎ ‎3.会分析分子力、分子势能随分子间距离的变化． ‎ ‎【教学过程】‎ ‎ ‎ ‎★重难点一、微观量的估算★‎ ‎1．两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。‎ ‎(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝ (球体模型)或d＝(立方体模型)。‎ ‎(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝。‎ ‎2．宏观量与微观量的转换桥梁 作为宏观量的摩尔质量Mmol 、摩尔体积Vmol 、密度ρ与作为微观量的分子直径d、分子质量m、每个分子的体积V0都可通过阿伏加德罗常数联系起来。如下所示。‎ ‎(1)一个分子的质量：m＝。‎ ‎(2)一个分子所占的体积：V0＝(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间)。‎ ‎(3)1 mol 物质的体积：Vmol＝。‎ ‎(4)质量为M的物体中所含的分子数：n＝NA。‎ ‎(5)体积为V的物体中所含的分子数：n＝NA。‎ ‎【特别提醒】‎ 两种模型 ‎(1)球体模型直径为d＝ ‎(2)立方体模型边长为d＝ 。‎ 说明：　①固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的。分子的体积V0＝，仅适用于固体和液体，对气体不适用。‎ ‎②对于气体分子，d＝的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离。‎ ‎【典型例题】已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g。由此可估算得，地球大气层空气分子总数为________，空气分子之间的平均距离为________。‎ ‎【答案】　　 ‎【解析】　可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的，即mg＝p0S＝p0×4πR2，故大气层的空气总质量m＝，空气分子总数N＝NA＝。由于h≪R，则大气层的总体积V＝4πR2h，每个分子所占空间设为一个棱长为a的正方体，则有Na3＝V，可得分子间的平均距离a＝ 。‎ ‎★重难点二、分子动理论★‎ ‎1.布朗运动与分子热运动的比较如下 布朗运动 分子热运动 共同点 都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈 不同点 小颗粒的运动 分子的运动 使用光学显微镜观察 使用电子显微镜观察 联系 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，反映了分子做无规则运动 ‎2.分子力、分子势能与分子间距的关系 名称 项目 分子间的相互作用力F 分子势能Ep 与分子间距的关系图象 随分 子间 距的 变化 情况 r＜r0‎ F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引＜F斥，F表现为斥力 r增大，斥力做正功，分子势能减少。‎ r减小，斥力做负功，分子势能增加 r＞r0‎ F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引＞F斥，F表现为引力 r增大，引力做负功，分子势能增加。‎ r减小，引力做正功，分子势能减少 r＝r0‎ F引＝F斥，F＝0‎ 分子势能最小 r＞10r0 (10－9 m)‎ F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力 通常规定分子势能为零 ‎3.物体的内能与机械能的比较 名称 比较 内能 机械能 定义 物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和 物体的动能、重力势能和弹性势能的统称 决定因素 与物体的温度、体积、物态和分子数有关 跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关 量值 任何物体都有内能 可以为零 测量 无法测量 可测量 本质 微观分子的运动和相互作用的结果 宏观物体的运动和相互作用的结果 运动形式 热运动 机械运动 联系 在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒 在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量 ‎4.判断分子势能变化的两种方法 方法一：根据分子力做功判断：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。‎ 方法二：利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。如图所示。‎ 但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆。‎ ‎【特别提醒】‎ ‎(1)分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能减小，反之增大。‎ ‎(2)判断分子势能的变化有两种方法 ‎①看分子力的做功情况。‎ ‎②直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。‎ ‎【典型例题】如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲。图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处。则下列说法正确的是 A．乙分子在a点势能最小 B．乙分子在b点动能最大 C．乙分子在c点动能最大 D．乙分子在d点加速度为零 ‎【答案】　C ‎【解析】乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故A、B错误，C正确；由题图可知，乙在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故D错误。‎ ‎★重难点三、实验：用油膜法估测分子的大小★‎ ‎1．实验原理 利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图所示)，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝V/S计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积。这个厚度就近似等于油酸分子的直径。‎ ‎2．实验步骤 ‎(1)往边长约为30 cm～40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。‎ ‎(2)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝mL。‎ ‎(3)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴油酸酒精溶液，油酸就在水平面上慢慢散开，形成单分子油膜。‎ ‎(4)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。‎ ‎(5)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。求面积时，以坐标纸上边长为1 cm的正方形 为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，等于或多于半个的算一个。‎ ‎(6)据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，据一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S，求出油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子的直径。比较算出的分子直径，看其数量级(单位为m)是否为10－10，若不是10－10须重做实验。‎ ‎【典型例题】　在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm2。由此估算出油酸分子的直径大小是________cm。‎ ‎【答案】　 ‎【解析】　油酸酒精溶液的浓度为，一滴油酸酒精溶液的体积为 mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸 mL，则油酸分子的直径大小为d＝ cm。‎