高二物理第十一章 第七节 能源环境 实验：用油膜法估测分子的大小 第十二章 第八节 第九节人教版知识精讲 10页

高二物理第十一章 第七节 能源环境 实验：用油膜法估测分子的大小 第十二章 第八节 第九节人教版 ‎ ‎【同步教育信息】‎ 一. 本周教学内容 第十一章 第七节 能源环境 实验：用油膜法估测分子的大小 第十二章 第八节 气体 第九节 气体的压强、体积、温度的关系 二. 知识要点 了解什么是能源，了解能源与环境的关系 理解油膜法估测分子大小的原理学会测量一滴油酸酒精溶液中有酸分子的体积，学会用坐标纸测定油膜面积知道气体分子运动的特点。‎ 知道气体压强的微观解释，会计算气体压强。知道气体的温度、体积、压强是描述气体状态的物理量，知道三个量的关系。‎ 三. 重点、难点分析 ‎1. 能源：能够提供能量的物质叫做能源，分为常规能源、新型能源、清洁能源等。‎ ‎2. 实验：‎ ‎（1）目的：用油膜法估测分子的大小 ‎（2）原理：实验前应预先计算出每滴油酸溶液中纯油酸的实际体积：先了解配好的油酸溶液的浓度，再用量筒和滴管测出每滴溶液的体积，由此算出每滴溶液中纯油酸的体积V。‎ 油膜面积的测量：油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上；将玻璃板放在坐标纸上，以1cm 边长的正方形为单位，用四舍五入的方法数出油膜面积的数值S（以cm2为单位）。‎ 由d=V/S算出油膜的厚度，即分子直径的大小。‎ 油酸在水面形成单分子油膜的厚度就是分子的直径，用测得的油酸的体积，除以测得的油膜的面积得到油膜的厚度就是分子的直径。‎ ‎（3）器材：已知浓度的油酸酒精溶液、盛水的盘、小容量的量筒、注射用针管、有方格的玻璃板、水笔、滑石粉（或者痱子粉）。‎ ‎（4）步骤：‎ ‎① 用注射器或滴管将一定容积的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数，求出一滴油酸酒精的体积；‎ ‎② 向容器内倒入约2㎝深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；‎ ‎③ 小心地将一滴油酸酒精溶液滴到水面上（实验前要训练好滴法），让它在水面上自由地扩展成油酸膜；‎ ‎④ 轻轻地将一有格玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油膜的形状画在玻璃板上；⑤利用坐标方格计算出油膜的面积S，根据浓度计算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据体积和面积求出油膜的厚度L=V/S，即为所测分子的直径。‎ ‎（5）注意事项：‎ ‎① 所用油酸一定要用酒精稀释过，且配制的油酸酒精体积浓度要尽可能小些，以使滴入水中的一滴油酸酒精溶液中含有少许油酸，能在浅盘水面上自由扩展形成单分子油膜。‎ ‎② 稀释油膜所用的酒精应为无水的分析纯，这样配制出来的溶液浓度才可能均匀。‎ ‎③ 所用的水最好是纯水，以便形成较大的表面张力差，把油膜的表面积拉得最大。‎ ‎④ 撒痱子粉（目的是为了看清油膜薄层的边界）要均匀成很薄的一层，以便造明显的油膜层边界。‎ ‎⑤ 向水滴液时，滴液高度距水面1㎝左右。‎ ‎⑥ 待油酸薄膜层的形状稳定后，再盖上坐标格板，描绘油膜形状轮廓，动作要轻而迅速，眼睛实现始终要与玻璃板垂直。‎ ‎⑦ 学会计算不规则形状的面积的方法——方格法。以方格板上的方格为单位，数清楚轮廓内方格数，不足半个方格舍去，大于半格的算一个。‎ ‎⑧ 油酸酒精溶液配制好以后，要密封起来，不能长期搁置，防止浓度改变。‎ ‎⑨ 重做实验时，将水从浅盘一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，以保持浅盘清洁。‎ ‎（6）误差分析 ‎① 各种器具不清洁或者混用造成误差。‎ ‎② 有酸溶液浓度过大，导致油酸膜不是单分子层膜，造成误差过大。‎ ‎③ 没有考虑溶液浓度，误将一滴溶液的体积当作纯油酸体积造成实验结果偏大。‎ ‎3. 气体的压强 ‎（1）气体分子运动的特点 分子之间的距离很大（与液体、固体比较），很容易被压缩。‎ 除碰撞外，分子之间的作用力很小可以忽略不计，分子是自由的，气体没有一定的形状和体积。‎ 气体分子运动的速率很大，常温下可达数百米每秒。‎ 气体分子的碰撞非常频繁。‎ 气体分子在任意时刻向各个方向运动的机会均等。‎ 在任何方向上运动的分子数目相等。‎ 一定温度下，速率偏大和偏小的分子数目很小，中等速率的分子最多。‎ 分子运动的平均速率大小与温度有关，温度越高平均速率越大。‎ ‎（2）气体的压强 定义：密闭容器内部大量分子作用在容器壁上单位面积上的平均作用力。‎ 产生的原因：大量的气体分子对容器壁频繁的碰撞，产生均匀的持续的压力。‎ 单位：1atm = 760mmHg = 1.013×105Pa 决定大气压强的因素 从微观上看，由单位体积内的分子数和分子的平均动能决定。从宏观上看，气体压强大小与气体的密度和温度决定。‎ 容器内气体压强与大气压强不同，容器内气体密度很小自身重力产生的压强可以忽略不计，压强大小只与分子对容器壁的碰撞有关，与地球的吸引力无关。大气压强是大量分子受到的重力作用产生的，大小与重力有关，也会随着高度的增加而减小。‎ ‎（3）气体压强的计算 若气体直接于液体接触，可以由液体压强计算气体压强。若气体与活塞的可移动的物体接触，由活塞的平衡条件求出气体压强。若是密闭容器加速运动，由牛顿运动定律求出气体压强。‎ ‎4. 气体的压强、体积、温度的关系 气体的状态可以用参考量来描述，叫做状态参量。常用的是压强、体积、温度。‎ 体积 ：‎ ‎（1）气体体积是指气体分子充满的空间，即容器的容积。‎ ‎（2）这个容积不是气体分子本身的体积之和，气体分子之间是有空隙的。‎ ‎（3）气体的体积用字母V表示。‎ ‎（4）国际单位制单位m3、dm3、cm3 1L=m3=1dm3‎ 温度：‎ ‎（1）对温度物理意义的认识 宏观：温度表示物体的冷热程度。‎ 微观：温度标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度；温度是物体分子平均动能的标志。‎ ‎（2）温度与温标 温标即温度的数值表示法。‎ 摄氏温标——摄氏温度t 热力学温标——热力学温度T 气体的压强、体积、温度一定，就是气体的状态一定，任一个量改变就是状态改变。对于一定质量的气体，一个量改变一定有其他量也改变。‎ ‎（1‎ ‎）气体的等温变化：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。‎ ‎（2）气体的等容变化：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比。‎ ‎（3）气体的等压变化：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比。‎ ‎【典型例题】‎ ‎[例1] 在作“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用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75滴。把一滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板盖在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再计算面积。已经描出的轮廓图如图所示，每个方格的边长为‎1cm，试求：‎ ‎（1）油酸膜的面积 ‎（2）每滴油酸溶液中纯油酸的体积 ‎（3）（按照以上数据）油酸分子的直径 解析：‎ ‎（1）由图数得方格数为126，油膜面积 S=126×1×m2‎ ‎=1.26×m2‎ ‎（2）V=‎ ‎（3）油酸分子直径 D=‎ ‎[例2] 在测定分子大小的油膜实验中，下面的假设与该实验无关的是（ ）‎ A. 油膜中分子沿直线排列 ‎　　B. 油膜为单层分子且都是球形 ‎　　C. 分子是一个挨一个排列，它们间的间隙可忽略 D. 油膜的体积等于总的分子体积之和 答案：A ‎[例3] 密封容器中气体的压强（   ）‎ A. 是由气体受到重力产生的 ‎　　B. 是由气体分子间的相互作用力（吸引和排斥）产生的 ‎　　C. 是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的 ‎　　D. 当容器自由下落时将减为零 解析：气体压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的，C选项正确。‎ ‎[例4] 如图所示，一圆形气缸静置于地面上，气缸的质量为M，活塞（连同手柄）的质量为m，气缸内部的横截面积为S，大气压强为 ，现将活塞缓慢上提，求气缸刚离地时气缸内气体的压强（忽略摩擦）。‎ 解：取气缸为研究对象 重力+内部气体压力=大气压力 Mg+PS= P0S PS= P0S—Mg P= P0—Mg/S ‎【模拟试题】‎ ‎1. 在油膜法实验中，测出体积为V米3的某油滴在水面形成一直径为d米的圆形单分子油膜，则该油滴分子的直径约为（ ）‎ A. 米 B. 米 C. 米 D. 米 ‎2. 关于物体所含的分子数，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 质量相同的物体含有的分子数一样 B. 体积相同的物体含有的分子数一样 C. 摩尔数相同的物体含有的分子数一样 D. 在标准状态下，体积相同的气体含有的分子数一样。‎ ‎3. 关于分子的热运动，下述正确的是（ ）‎ A. 分子的热运动就是布朗运动 B. 布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动，它反映液体分子的无规则运动 C. 温度越高，悬浮微粒越小，布朗运动越激烈 D. 物体的速度越大，内部分子的热运动越激烈。‎ ‎4. 在房间的一端打开一瓶香水，在房间的另一端的人不会在较短时间内就闻到香水味，其原因是（ ）‎ A. 香水分子运动的速率太小 B. 溢出的香水分子的数目太少 C. 房间的温度太低 D. 由于香水分子要不断与空气分子碰撞，不能立即扩散到房间的另一端。‎ ‎5. 关于物体分子间的引力和斥力，下列说法正确的是（ ）‎ A. 当物体被压缩时，斥力增大，引力减小 B. 当物体被拉伸时，斥力减小，引力增大 C. 当物体被压缩时，斥力和引力均增大 D. 当物体被拉伸时，斥力和引力均减小。‎ ‎6. 设两个分子间除相互作用的分子力外不受到别的力的作用，在分子力对分子做正功的过程中（ ）‎ A. 分子间距离一定增大 B. 分子间距离一定减小 C. 分子的动能一定增大 D. 分子的势能可能增大 ‎7. 下列关于内能的说法中，正确的是（ ）‎ A. 不同的物体，若温度相等，则内能也相等 B. 物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大 C. 对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能 D. 冰熔解成水，温度不变，则内能也不变 ‎8. 下列关于内能的说法中，正确的是（ ）‎ A. 温度相同的两部分水具有相同的内能 B. 物体的内能由温度、体积和分子的摩尔数决定 C. 物体的内能由它的状态决定 D. 物体的内能是所有分子的动能和分子势能的总和 ‎9. 单摆在空中作阻尼振动时，用E1表示它的机械能，E2表示它的内能，E表示机械能和内能的总和，则在振动过程中（ ）‎ A. E1减小、E2增大、E减小 B. E1减小、E2增大、E不变 C. E1、E2、E均减小 D. E1、E2、E均不变 ‎10. 在密闭的四壁绝热的房间里，使房里长期没工作的电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，经过一段较长时间之后（ ）‎ A. 房间内的温度将降低 B. 房间内的温度将不变 C. 房间内的温度将升高 D. 无法判断房间内温度的变化 ‎11. 铁块和装一定质量气体的气球吸收相同的热量，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 铁块内能增加的多 B. 气体内能增加的多 C. 两者内能增加一样多 D. 条件不够，无法判断 ‎12. 如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内，用活塞密封一部分气体，活塞质量为m，容器的横截面积为S，活塞与容器壁间无摩擦，平衡时容器内的密闭气体的压强为P，外界大气压强恒为P0。当气体从外界吸收热量Q后，活塞上升高度l后再次平衡，则在此过程中密闭气体增加的内能等于（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎13. 内壁光滑的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的气体，与气缸绝热。活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止．现将砂桶底部钻一个小洞，让细砂慢慢漏出．设气缸外部温度恒定不变，则（ ）‎ A. 缸内的气体压强减小、内能减小 B. 缸内的气体压强增大、内能减小 C. 缸内的气体压强增大、内能不变 D. 外界对气体做功，缸内的气体内能增加 ‎14. 一定量的气体在某一过程中，外界对气体做功8.0×l05J，气体内能减少1.2×l05 J，传递热量为Q，则下列各式正确的是（ ）‎ A. W= 8.0×105J，ΔU＝×105J，Q＝×105J B. W= 8.0×105J，ΔU＝1.2×105J，Q＝9.2×105J C. W= ×105J，ΔU＝1.2×105J，Q＝9.2×105J D. W=8.0×105J，ΔU＝1.2×105J，Q＝6.8×105J ‎15. 如图所示，长度可以改变，但质量保持为M的木板，置于光滑水平面上。大小不计，质量为m的物体以初速度V0由木板的一端向另一端运动。已知物体与木板间的滑动摩擦系数为μ，求：‎ ‎（1）物体在木板上滑动过程中所能转化为内能的最大值。‎ ‎（2）为使转化成的内能达到最大值，木板的最小长度L0应多大？‎ 试题答案 ‎1. D 2. C、D 3. BC 4. D 5. CD 6. C ‎7. C 8. BCD 9. B 10. C 11. A 12. B ‎13. D 14. A ‎15. ；‎