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2019-2020年高中物理 第1章 分子動(dòng)理論教案 魯科版選修3-3
第1節(jié)分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)
(教師用書獨(dú)具)
●課標(biāo)要求
知識(shí)與技能
1.認(rèn)識(shí)分子動(dòng)理論的觀點(diǎn),知道其實(shí)驗(yàn)依據(jù).知道阿伏伽德羅常數(shù)的意義.
2.通過對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的觀察和分析,了解分子的熱運(yùn)動(dòng).
3.知道分子間存在引力和斥力及其特點(diǎn).
過程與方法
1.通過估測(cè)油酸分子大小,體會(huì)建立物理模型和估測(cè)方法在研究問題中的應(yīng)用.
2.通過對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原因的探尋,體會(huì)如何根據(jù)物理現(xiàn)象尋找物理規(guī)律.
情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過對(duì)微觀世界一些知識(shí)的了解,引發(fā)對(duì)微觀世界其他現(xiàn)象的好奇,激發(fā)探求微觀世界奧秘的興趣.
●課標(biāo)解讀
1.了解油膜法測(cè)分子大小的原理,并能進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算,通過油膜法使學(xué)生知道科學(xué)研究中的基本方法,利用宏觀量求微觀量.
2.知道阿伏伽德羅常數(shù)的物理意義、數(shù)值和單位.
3.理解布朗運(yùn)動(dòng)的成因,通過實(shí)驗(yàn)和分析、邏輯推理的過程,使學(xué)生知道擴(kuò)散現(xiàn)象與布朗運(yùn)動(dòng),理解布朗運(yùn)動(dòng)的成因.
4.知道分子間引力和斥力的作用特點(diǎn),尤其是分子力隨分子間距變化的規(guī)律.
●教學(xué)地位
分子動(dòng)理論基本觀點(diǎn)是熱現(xiàn)象微觀理論的基礎(chǔ),貫穿在本模塊的各章之中.對(duì)微觀世界建立起與宏觀世界相似的物理模型,并利用所測(cè)宏觀量,推算出微觀值,從物理學(xué)研究來說,有十分重要的意義.
(教師用書獨(dú)具)
●新課導(dǎo)入建議
將生活中常見現(xiàn)象“切洋蔥流淚”移入課堂,讓學(xué)生親身感受.當(dāng)看到同學(xué)們“淚流滿面”時(shí),及時(shí)設(shè)疑:“在切洋蔥時(shí)并沒有用手接觸眼睛,為什么會(huì)流淚呢?”鼓勵(lì)學(xué)生大膽的發(fā)表見解,使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的探究欲望,引導(dǎo)學(xué)生提出與分子有關(guān)的問題,從而引入新課.
●教學(xué)流程設(shè)計(jì)
???步驟3:師生互動(dòng)完成“探究1”互動(dòng)方式(除例1外可再變換命題角度,補(bǔ)充一個(gè)例題以拓展學(xué)生思路
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課 標(biāo) 解 讀
重 點(diǎn) 難 點(diǎn)
1.認(rèn)識(shí)分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn),知道其實(shí)驗(yàn)依據(jù).
2.通過探究與實(shí)驗(yàn),估測(cè)油酸分子的直徑,知道阿伏伽德羅常數(shù)并進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算.
3.認(rèn)識(shí)布朗運(yùn)動(dòng),理解布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因及影響因素,了解分子的熱運(yùn)動(dòng).
4.知道分子間相互作用力的特點(diǎn)及變化規(guī)律.
1.建立分子的簡化模型,用油膜法估測(cè)分子的大?。?重點(diǎn))
2.掌握阿伏伽德羅常數(shù)的相關(guān)計(jì)算.(重、難點(diǎn))
3.對(duì)擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)、熱運(yùn)動(dòng)本質(zhì)的理解.(重點(diǎn))
4.分子間作用力隨分子間距離的變化規(guī)律.(難點(diǎn))
物體由大量分子組成
1.基本知識(shí)
(1)分子的大小
①分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10 m.
②分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)在10-27~10-25kg范圍之內(nèi).
(2)分子大小的估測(cè)
①油膜法:此方法是一種粗略測(cè)定分子大小的方法,其方法是把油滴滴到水面上,油在水面上散開,可近似認(rèn)為形成單分子油膜,如果把分子看成球形,單分子油膜的厚度就等于分子的直徑.
②原理:如果油滴的體積為V,單分子油膜的面積為S,則分子的大小(即直徑)為d=.在此忽略了分子間的空隙.
③一般分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10m.物理學(xué)中用各種不同的方法測(cè)定分子的大?。貌煌椒y(cè)出的分子大小不同,但數(shù)量級(jí)相同.
(3)阿伏伽德羅常數(shù)
①定義:1 mol任何物質(zhì)含有分子的數(shù)目都相同,為常數(shù).這個(gè)常數(shù)叫做阿伏伽德羅常數(shù),用NA表示.
②數(shù)值:NA=6.021023mol-1.
③意義:阿伏伽德羅常數(shù)是一個(gè)重要的基本常量,它是宏觀量與微觀量聯(lián)系的橋梁.
2.思考判斷
(1)測(cè)定分子大小的方法有多種,油膜法只是其中的一種方法.(√)
(2)所有分子的直徑都相同.()
(3)1 mol的固態(tài)物質(zhì)(如鐵)和1 mol的氣態(tài)物質(zhì)(如氧氣)所含分子數(shù)不同.()
3.探究交流
我們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過,物體是由大量分子組成的.一個(gè)1 μm大小的水珠,尺寸與細(xì)菌差不多,其中分子的個(gè)數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多上好多倍!
圖1-1-1
我們可以通過什么途徑觀察分子的大小呢?
【提示】 用電子顯微鏡觀察.
分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
1.基本知識(shí)
(1)擴(kuò)散現(xiàn)象
①定義:不同的物質(zhì)相互接觸而彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象.
②普遍性:氣體、液體和固體都能夠發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象.
③規(guī)律:溫度越高,擴(kuò)散越快.
④意義:擴(kuò)散現(xiàn)象表明分子在永不停息的運(yùn)動(dòng),溫度越高,分子的運(yùn)動(dòng)越劇烈.
(2)布朗運(yùn)動(dòng)
①定義:懸浮在液體中的微粒所做的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng).
②產(chǎn)生的原因:微粒在液體中受到液體分子的撞擊的不平衡引起的.
③影響布朗運(yùn)動(dòng)的因素
a.顆粒大?。侯w粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯.
b.溫度高低:溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈.
④意義:反映了分子在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).
(3)熱運(yùn)動(dòng)
①定義:分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng).
②影響因素:溫度越高,分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈.
2.思考判斷
(1)布朗運(yùn)動(dòng)的激烈程度跟溫度有關(guān),布朗運(yùn)動(dòng)也叫熱運(yùn)動(dòng).()
(2)布朗運(yùn)動(dòng)可以用肉眼直接觀察.()
(3)布朗運(yùn)動(dòng)反映了分子做永不停息的熱運(yùn)動(dòng).(√)
3.探究交流
在一鍋水中撒一點(diǎn)胡椒粉,加熱時(shí)發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾.這說明溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈,這種說法對(duì)嗎?
【提示】 不對(duì).首先,胡椒粉不是布朗微粒,做布朗運(yùn)動(dòng)的微粒用肉眼是看不到的;其次,水中的胡椒粉在翻滾,這是由于水的對(duì)流引起的,并不是水分子撞擊的結(jié)果.
分子間存在著相互作用力
1.基本知識(shí)
(1)分子間的引力和斥力是同時(shí)存在的,實(shí)際表現(xiàn)出的分子力是引力和斥力的合力.
(2)分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增大,但斥力比引力隨距離變化的快.
2.思考判斷
(1)當(dāng)分子間距為r0時(shí),它們之間既無引力也無斥力.()
(2)當(dāng)物體被壓縮時(shí),分子間的引力增大,斥力減?。?)
(3)當(dāng)分子間的距離大于10r0時(shí),分子力可忽略不計(jì).(√)
3.探究交流
如圖1-1-2所示,兩個(gè)接觸面平滑的鉛柱壓緊后懸掛起來,下面的鉛柱不脫落,主要原因是什么?
圖1-1-2
【提示】 壓緊后的鉛分子之間的距離可以達(dá)到分子之間存在相互作用力的距離范圍,故不脫落的主要原因是分子之間的引力作用.
宏觀量與微觀量的關(guān)系
【問題導(dǎo)思】
1.固體、液體、氣體其分子都是緊密排列嗎?
2.如何理解阿伏伽德羅常數(shù)的橋梁作用?
3.與阿伏伽德羅常數(shù)有關(guān)的公式有哪些?
1.兩種模型
圖1-1-3
(1)球形分子模型:對(duì)于固體和液體,其分子間距離比較小,在估算分子大小及分子的個(gè)數(shù)時(shí),可以認(rèn)為分子是緊密排列的,分子間的距離等于分子的直徑.如圖1-1-3所示.
其分子直徑d= .
圖1-1-4
(2)立方體分子模型:對(duì)于氣體,其分子間距離比較大,是分子直徑的數(shù)十倍甚至上百倍,此時(shí)可把分子平均占據(jù)的空間視為立方體,立方體的邊長即為分子間的平均距離.如圖1-1-4所示.
其分子間的距離d=.
2.阿伏伽德羅常數(shù)的應(yīng)用
(1)一個(gè)分子的質(zhì)量m==.
(2)一個(gè)分子的體積V0==(對(duì)固體和液體).
(3)單位質(zhì)量中所含分子數(shù)n=.
(4)單位體積中所含分子數(shù)n==.
(5)氣體分子間的平均距離d==.
(6)固體、液體分子直徑d= =.
1.V0=對(duì)固體、液體指分子體積,對(duì)氣體則指每個(gè)分子所占據(jù)空間的體積,即無法求解氣體分子的大?。?
2.對(duì)于分子模型,無論是球形模型還是立方體模型,都是一種簡化的理想模型.實(shí)際的分子是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的,在用不同的模型計(jì)算分子的大小時(shí),所得結(jié)果會(huì)有差別,但數(shù)量級(jí)應(yīng)當(dāng)都是10-10.
(xx濟(jì)南高二檢測(cè))很多轎車中設(shè)有安全氣囊以保障駕乘人員的安全.轎車在發(fā)生一定強(qiáng)度的碰撞時(shí),利用疊氮化鈉(NaN3)爆炸產(chǎn)生氣體(假設(shè)都是N2)充入氣囊.若氮?dú)獬淙牒蟀踩珰饽业娜莘eV=56 L,囊中氮?dú)饷芏圈眩?.5 kg/m3,已知氮?dú)饽栙|(zhì)量M=0.028 kg/mol,阿伏伽德羅常數(shù)NA=61023 mol-1.試估算:
(1)囊中氮?dú)夥肿拥目倐€(gè)數(shù)N;
(2)囊中氮?dú)夥肿娱g的平均距離.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
【審題指導(dǎo)】 解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn):
(1)聯(lián)系微觀量和宏觀量的橋梁是阿伏伽德羅常數(shù).
(2)估算氣體分子間的距離宜采用立方體模型.
【解析】 (1)設(shè)N2的物質(zhì)的量為n,則n=
氮?dú)獾姆肿涌倲?shù)N=NA
代入數(shù)據(jù)得N=31024.
(2)每個(gè)分子所占的空間為V0=
設(shè)分子間平均距離為a,則有V0=a3,即a==
代入數(shù)據(jù)得a≈310-9 m.
【答案】 (1)31024 (2)310-9 m
求解與阿伏伽德羅常數(shù)有關(guān)問題的思路
1.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 cm3的水蒸氣中有多少個(gè)水分子?相鄰兩個(gè)水分子之間的距離是多少?
【解析】 1 mol的任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,占有的體積都為22.4 L,則1 cm3水蒸氣內(nèi)所含有的分子數(shù)為
n′=NA=6.021023個(gè)≈2.71019個(gè),
設(shè)水蒸氣分子所占據(jù)的空間為正方體,分子間距為d′,則有V′0==d′3,
所以d′== m≈3.310-9 m.
【答案】 2.71019個(gè) 3.310-9 m
對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的理解
【問題導(dǎo)思】
1.布朗運(yùn)動(dòng)有哪些特點(diǎn)?
2.布朗運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生原因是什么?
3.為什么布朗運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的?
4.為什么微粒越小,溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯?
1.布朗運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生
(1)布朗運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性.懸浮微粒受到液體分子撞擊的不平衡是形成布朗運(yùn)動(dòng)的原因,由于液體分子的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的,使微粒受到較強(qiáng)撞擊的方向也不確定,所以布朗運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的.
(2)微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯.懸浮微粒越小,某時(shí)刻與它相撞的分子數(shù)越少,它來自各方向的沖擊力越不平衡;另外,微粒越小,其質(zhì)量也就越小,相同沖擊力下產(chǎn)生的加速度越大,因此微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯.
(3)溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈.溫度越高,液體分子的運(yùn)動(dòng)(平均)速率越大,對(duì)懸浮于其中的微粒的撞擊作用也越大,微粒越不易平衡,產(chǎn)生的加速度也越大,因此溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈.
2.布朗運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散現(xiàn)象的比較
項(xiàng)目
擴(kuò)散現(xiàn)象
布朗運(yùn)動(dòng)
不
同
點(diǎn)
(1)兩種不同物質(zhì)相互接觸而彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象,沒有受到外力作用
(2)擴(kuò)散快慢,除與溫度有關(guān)外,還與物體的密度、溶液的濃度有關(guān)
(3)由于固體、液體、氣體在任何狀態(tài)下都能發(fā)生擴(kuò)散,從而證明任何物體的分子不論在什么狀態(tài)下都在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
(1)布朗運(yùn)動(dòng)指懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),而不是分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),并且是在周圍液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的撞擊下運(yùn)動(dòng)的
(2)布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度除與液體的溫度有關(guān),還與微粒的大小有關(guān)
相
同
點(diǎn)
(1)布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都隨溫度的升高而表現(xiàn)的越明顯
(2)它們產(chǎn)生的根本原因相同,都是由于分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,因而都能證明分子是永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)這一事實(shí)
3.布朗運(yùn)動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)的比較
布朗運(yùn)動(dòng)
熱運(yùn)動(dòng)
區(qū)別
運(yùn)動(dòng)對(duì)象是固體顆粒,顆粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯
運(yùn)動(dòng)對(duì)象是分子,任何物體的分子都做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
相同點(diǎn)
(1)無規(guī)則運(yùn)動(dòng) (2)永不停息 (3)與溫度有關(guān)
聯(lián)系
周圍液體(或氣體)分子的熱運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因,布朗運(yùn)動(dòng)是熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)
做布朗運(yùn)動(dòng)的微粒用肉眼是看不到的,只能在顯微鏡下看到.布朗微粒不是分子,而是由大量分子組成的,布朗運(yùn)動(dòng)也不是分子的運(yùn)動(dòng),而是分子運(yùn)動(dòng)的間接反映.凡是能用肉眼直接看到的粒子的運(yùn)動(dòng),都不能稱為布朗運(yùn)動(dòng).
(xx濟(jì)南高二檢測(cè))關(guān)于懸浮在液體中的固體微粒的布朗運(yùn)動(dòng),下面說法中正確的是( )
A.微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)就是分子的運(yùn)動(dòng)
B.微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是固體微粒分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
C.微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
D.因?yàn)椴祭蔬\(yùn)動(dòng)的劇烈程度跟溫度有關(guān),所以布朗運(yùn)動(dòng)也叫做熱運(yùn)動(dòng)
【審題指導(dǎo)】 ―→―→
【解析】 懸浮在液體中的固體微粒雖然很小,需要用顯微鏡來觀察,但它并不是固體分子,而是千萬個(gè)固體分子組成的分子團(tuán)體,布朗運(yùn)動(dòng)是這千萬個(gè)分子團(tuán)體的一致行動(dòng),不能看成是分子的運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因是固體微粒受到周圍液體分子的撞擊力,由于液體分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性,固體微粒受到撞擊力的合力也是無規(guī)則的.因此,固體微粒的運(yùn)動(dòng)也是無規(guī)則的.可見,小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)不能證明固體微粒分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),而只能說明液體分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),因此B錯(cuò)誤;熱運(yùn)動(dòng)是指分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),由于布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng),所以不能說布朗運(yùn)動(dòng)是熱運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤.
【答案】 C
布朗運(yùn)動(dòng)中的“顆?!?
1.布朗運(yùn)動(dòng)的研究對(duì)象是小顆粒,而不是分子,屬于宏觀物體的運(yùn)動(dòng).
2.布朗小顆粒中含有大量的分子,它們也在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng).
3.液體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率比我們所觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)的速率大許多倍.
4.導(dǎo)致布朗運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)原因是液體分子的熱運(yùn)動(dòng).
2.(xx大綱全國高考)下列關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的說法,正確的是( )
A.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
B.液體溫度越高,懸浮微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈
C.布朗運(yùn)動(dòng)是由于液體各個(gè)部分的溫度不同而引起的
D.布朗運(yùn)動(dòng)是由液體分子從各個(gè)方向?qū)腋∥⒘W矒糇饔玫牟黄胶庖鸬?
【解析】 布朗運(yùn)動(dòng)的研究對(duì)象是固體小顆粒,而不是液體分子,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;布朗運(yùn)動(dòng)的影響因素是溫度和顆粒大小,溫度越高、顆粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯,故B選項(xiàng)正確;布朗運(yùn)動(dòng)是由于固體小顆粒受液體分子的碰撞作用不平衡而引起的,而不是由液體各部分的溫度不同而引起的,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確.
【答案】 BD
分子間相互作用力的理解
【問題導(dǎo)思】
1.如何區(qū)分分子間引力、斥力和分子力?
2.分子間距離變化時(shí),分子間引力、斥力和分子力如何變化?
1.在任何情況下,分子間總是同時(shí)存在著引力和斥力,而實(shí)際表現(xiàn)出來的分子力,則是分子引力和斥力的合力.
2.分子力與分子間距離變化的關(guān)系
(1)分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的變化而變化,但變化情況不同,如圖1-1-5所示.其中,虛線分別表示引力和斥力隨分子間距離r的變化,實(shí)線表示它們的合力F隨分子間距離r的變化.
圖1-1-5
當(dāng)r=r0時(shí),f引=f斥,F(xiàn)=0.
當(dāng)r<r0時(shí),f引和f斥都隨分子間距離的減小而增大,但f斥增大得更快,分子力表現(xiàn)為斥力.
當(dāng)r>r0時(shí),f引和f斥都隨分子間距離的增大而減小,但f斥減小得更快,分子力表現(xiàn)為引力.
當(dāng)r≥10r0(10-9 m)時(shí),f引和f斥都十分微弱,可認(rèn)為分子間無相互作用力(F=0).
(2)r0的意義
分子間距離r=r0時(shí),分子力為零,所以分子間距離等于r0(數(shù)量級(jí)為10-10 m)的位置叫平衡位置.
注意:①r=r0時(shí),分子力等于零,并不是分子間無引力和斥力.
②r=r0時(shí),即分子處于平衡位置時(shí),并不是靜止不動(dòng),而是在平衡位置附近振動(dòng).
圖1-1-6
分子間相互作用力隨距離的變化可借助“彈簧分子模型”形象類比.如圖1-1-6所示,用兩個(gè)小球中間連有一個(gè)彈簧的模型來比喻分子及分子力:小球代表分子,彈簧的彈力代表分子斥力和引力的合力.當(dāng)彈簧處于原長時(shí)(r=r0),象征著分子力的合力為零;當(dāng)彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)(r<r0),象征著分子力的合力表現(xiàn)為斥力;當(dāng)彈簧處于拉伸狀態(tài)時(shí)(r>r0),象征著分子力的合力表現(xiàn)為引力.
如圖1-1-7所示,縱坐標(biāo)表示兩個(gè)分子間引力、斥力的大小,橫坐標(biāo)表示兩個(gè)分子間的距離,圖中兩條曲線分別表示兩分子間引力、斥力的大小隨分子間距離的變化關(guān)系,e為兩曲線的交點(diǎn),則下列說法正確的是( )
圖1-1-7
A.a(chǎn)b為斥力曲線,cd為引力曲線,e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級(jí)為10-10m
B.a(chǎn)b為引力曲線,cd為斥力曲線,e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級(jí)為10-10m
C.若兩個(gè)分子間距離大于e點(diǎn)的橫坐標(biāo),則分子間作用力表現(xiàn)為斥力
D.若兩個(gè)分子間距離越來越大,則分子力越來越大
【審題指導(dǎo)】 判斷分子力與分子間距離的變化關(guān)系時(shí),要明確:分子間的引力和斥力同時(shí)存在,且都隨分子間距離的增大而減小,分子力是引力和斥力的合力.
【解析】 分子間同時(shí)存在著引力和斥力,且都隨r的增大而減小,斥力變化得比引力快,故A錯(cuò).當(dāng)r=r0=10-10m(數(shù)量級(jí))時(shí)引力和斥力相等,故B項(xiàng)正確.當(dāng)r>10-10m(數(shù)量級(jí))時(shí)引力大于斥力,分子力表現(xiàn)為引力,故C錯(cuò).當(dāng)r
r0時(shí),r增大,分子力先增大后減小,當(dāng)r>10r0時(shí),分子力已很微弱,可以忽略不計(jì),故D項(xiàng)錯(cuò).
【答案】 B
3.(xx廣東高考)清晨,草葉上的露珠是由空氣中的水汽凝結(jié)成的水珠.這一物理過程中,水分子間的( )
A.引力消失,斥力增大
B.斥力消失,引力增大
C.引力、斥力都減小
D.引力、斥力都增大
【解析】 當(dāng)水汽凝結(jié)成水珠時(shí),水分子之間的距離減小,分子間的引力和斥力同時(shí)增大,只是斥力比引力增加得更快一些.
【答案】 D
實(shí)驗(yàn):用油膜法測(cè)量油酸分子的
大小
【問題導(dǎo)思】
1.為什么用單分子油膜法可測(cè)分子直徑?
2.怎樣測(cè)量一滴油酸溶液中所含油酸的體積?
3.如何測(cè)量油膜的面積?
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
用油膜法估測(cè)分子的大小.
2.實(shí)驗(yàn)原理
把一定體積的油酸滴在水面上使其形成單分子油膜,如圖1-1-8所示,不考慮分子間的間隙,把油酸分子看成球形模型,計(jì)算出1滴油酸中含有純油酸的體積V并測(cè)出油膜面積S,通過計(jì)算求出油膜的厚度d,即d=就是油酸分子的直徑.
圖1-1-8
3.實(shí)驗(yàn)器材
油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、淺水盤、玻璃板、坐標(biāo)紙、彩筆、痱子粉或細(xì)石膏粉.
4.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)在淺盤中倒入約2 cm深的水,將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻撒在水面上.
(2)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.
(3)用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(濃度已知),記下滴入的滴數(shù)N,算出一滴油酸酒精溶液的體積.
(4)將一滴油酸酒精溶液滴在淺盤的液面上.
(5)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆畫出油酸薄膜的形狀.
(6)將玻璃板放在坐標(biāo)紙上(或者玻璃板上有邊長為1 cm的方格),通過數(shù)方格個(gè)數(shù),算出油酸薄膜的面積S.計(jì)算方格數(shù)時(shí),不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè).
(7)根據(jù)已配制好的油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V.
(8)計(jì)算油酸薄膜的厚度d=,即為油酸分子直徑的大?。?
5.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
(1)油酸溶液配制后不要長時(shí)間放置,以免改變濃度,而使實(shí)驗(yàn)誤差增大.
(2)注射器針頭高出水面的高度應(yīng)為1 cm之內(nèi),當(dāng)針頭靠近水面很近(油酸未滴下之前)時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開,是由于針頭中酒精揮發(fā)所致,不影響實(shí)驗(yàn)效果.
(3)實(shí)驗(yàn)之前要訓(xùn)練好滴法.
(4)待測(cè)油酸擴(kuò)散后又收縮,要在穩(wěn)定后再畫輪廓.?dāng)U散后又收縮有兩個(gè)原因:第一,水面受油酸滴的沖擊凹陷后又恢復(fù);第二,酒精揮發(fā)后液面收縮.
(5)當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí),水從盤的一側(cè)邊緣倒出,在這一側(cè)邊緣會(huì)殘留少許油酸,可用少量酒精清洗,并用脫脂棉擦去,再用清水沖洗,這樣可保持盤的清潔.
(6)從盤的中央加痱子粉,使粉自動(dòng)擴(kuò)散均勻,這是由于以下兩種因素所致:第一,加粉后水的表面張力系數(shù)變小,水將粉粒拉開;第二,粉粒之間的排斥.這樣做,比將粉撒在水面上實(shí)驗(yàn)效果好.
(7)本實(shí)驗(yàn)只要求估算分子大小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)量級(jí)符合要求即可.
6.?dāng)?shù)據(jù)處理
(1)一滴油酸溶液的平均體積
=.
(2)一滴溶液中含純油酸的體積V
V=油酸溶液的體積比 (體積比=).
(3)油膜的面積S=n1 cm2(n為有效格數(shù),小方格的邊長為1 cm).
(4)分子直徑d=(代入數(shù)據(jù)時(shí)注意單位的統(tǒng)一).
7.誤差分析
產(chǎn)生原因
減小方法
偶然誤差
數(shù)不完整格數(shù)時(shí),對(duì)不足半個(gè)的判斷存在誤差
數(shù)出全部不完整的格數(shù)n,它們相當(dāng)于有個(gè)完整的格數(shù)
系統(tǒng)誤差
油酸分子(C17H33COOH)的形狀為長鏈形,將其視為球體則與實(shí)際分子形體有區(qū)別,所以實(shí)驗(yàn)只能得到分子直徑的數(shù)量級(jí),而不能得到準(zhǔn)確值
(xx福州高二檢測(cè))在做用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中,酒精油酸的濃度約為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器測(cè)得1 mL上述溶液為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,用彩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,其形狀和尺寸如圖1-1-9所示,坐標(biāo)紙中正方形方格的邊長為1 cm.試求:
圖1-1-9
(1)油酸膜的面積是多少?
(2)每滴酒精油酸溶液中含有純油酸的體積?
(3)按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子的直徑.
【審題指導(dǎo)】
【解析】 (1)根據(jù)圖中的輪廓可知,油膜面積S=1061 cm2=106 cm2.
(2)由1 mL溶液為75滴可知1滴溶液的體積為 mL,又已知每104 mL溶液中有純油酸6 mL.
則1滴溶液中含純油酸的體積為
V= mL=810-6 mL=810-6 cm3.
(3)油酸分子直徑
d== cm≈7.510-8 cm=7.510-10 m.
【答案】 (1)106 cm2 (2)810-6 cm3
(3)7.510-10 m
計(jì)算方格個(gè)數(shù)的方法
在計(jì)算方格的格數(shù)時(shí),可以畫一個(gè)最大的內(nèi)接矩形,先求出矩形內(nèi)的格數(shù),再數(shù)矩形外輪廓內(nèi)多于半個(gè)的格數(shù)和整格數(shù).
4.(xx上海高考)在“用單分子油膜估測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)中
(1)某同學(xué)操作步驟如下:
①取一定量的無水酒精和油酸,制成一定濃度的油酸酒精溶液;
②在量筒中滴入一滴該溶液,測(cè)出它的體積;
③在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散開穩(wěn)定;
④在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃,描出油膜形狀,用透明方格紙測(cè)量油膜的面積.
改正其中的錯(cuò)誤:______________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%,一滴溶液的體積為4.810-3mL,其形成的油膜面積為40 cm2,則估測(cè)出油酸分子的直徑為__________m.
【解析】 (1)②由于一滴溶液的體積太小,直接測(cè)量時(shí)相對(duì)誤差太大,應(yīng)用微小量累積法減小測(cè)量誤差.
③液面上不撒痱子粉時(shí),滴入的油酸酒精溶液在酒精揮發(fā)后剩余的油膜不能形成一塊完整的油膜,油膜間的縫隙會(huì)造成測(cè)量誤差增大甚至實(shí)驗(yàn)失?。?
(2)由油膜的體積等于一滴油酸酒精溶液內(nèi)純油酸的體積可得:
d==m
=1.210-9m.
【答案】 (1)②在量筒中滴入N滴溶液
③在水面上先撒上痱子粉
(2)1.210-9
【備課資源】(教師用書獨(dú)具)
為什么用油酸進(jìn)行測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)
油酸是一種脂肪酸,其分子式為C17H33COOH,這類脂肪酸分子的形狀為長鏈形,它的羧基一端浸入水中,而烴鏈C17H33伸出水面上方,造成油酸長分子在水面上垂直排列,如圖教1-1-1所示,所以用油酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn).在形成單分子油膜這一點(diǎn)上符合實(shí)驗(yàn)的要求,而將分子視為球
體卻與理想化模型有區(qū)別.所以實(shí)驗(yàn)只能得到分子直徑的數(shù)量級(jí),而不能得到準(zhǔn)確值.
圖教1-1-1
1.用油膜法估測(cè)分子直徑實(shí)驗(yàn)的科學(xué)依據(jù)是( )
A.將油膜看成單分子油膜
B.不考慮各油分子間的間隙
C.考慮了各油分子間的間隙
D.將油膜分子看成球形
【解析】 該實(shí)驗(yàn)的原理就是把油酸分子視為球形,且認(rèn)為是一個(gè)一個(gè)緊挨著單層分布,不考慮分子間隙,故A、B、D選項(xiàng)正確.
【答案】 ABD
2.下列現(xiàn)象不能說明分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的是( )
A.香水瓶打開蓋,香味充滿房間
B.汽車駛過后揚(yáng)起灰塵
C.糖放入水中,一會(huì)兒整杯水變甜了
D.衣箱里衛(wèi)生球不斷變小,衣服充滿衛(wèi)生球味
【解析】 A、C、D都是擴(kuò)散現(xiàn)象,都是由于分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,汽車駛過后揚(yáng)起灰塵是由于風(fēng)的作用引起的,故B正確.
【答案】 B
3.關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是( )
A.布朗運(yùn)動(dòng)就是分子的運(yùn)動(dòng)
B.布朗運(yùn)動(dòng)是組成固體微粒的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
C.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
D.觀察時(shí)間越長,布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著
【解析】 布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),不是分子本身的運(yùn)動(dòng),A錯(cuò);布朗運(yùn)動(dòng)是由于液體分子在無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中碰撞固體微粒的不平衡產(chǎn)生的,因此布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),B錯(cuò),C正確;布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度和固體微粒的大小有關(guān),與觀察時(shí)間的長短無關(guān),D錯(cuò)誤.
【答案】 C
4.分子間相互作用力由兩部分F引和F斥組成,下列說法錯(cuò)誤的是( )
A.F引和F斥同時(shí)存在
B.F引和F斥都隨分子間距增大而減小
C.分子力指F引和F斥的合力
D.隨分子間距增大,F(xiàn)斥減小,F(xiàn)引增大
【解析】 F引和F斥在分子間同時(shí)存在,而且都隨分子間距離增大而減小,隨分子間距離減小而增大,顯現(xiàn)出來的分子力是F引和F斥的合力.
【答案】 D
5.只要知道下列哪一組物理量,就可以估算出氣體分子間的平均距離( )
A.阿伏伽德羅常數(shù),該氣體的摩爾質(zhì)量和質(zhì)量
B.阿伏伽德羅常數(shù),該氣體的摩爾質(zhì)量和密度
C.阿伏伽德羅常數(shù),該氣體的質(zhì)量和體積
D.該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量
【解析】 氣體分子間的平均距離可由摩爾體積和阿伏伽德羅常數(shù)關(guān)系求出.摩爾體積可由摩爾質(zhì)量和密度求出.
【答案】 B
1.分子直徑和分子的質(zhì)量都很小,它們的數(shù)量級(jí)分別為( )
A.d=10-10 m,m=10-26 kg
B.d=10-10 cm,m=10-29 kg
C.d=10-10 m,m=10-29 kg
D.d=10-8 m,m=10-26 kg
【解析】 可以查閱資料,記住分子直徑和分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí).
【答案】 A
2.(xx文昌高二檢測(cè))下列關(guān)于熱運(yùn)動(dòng)的說法中,正確的是( )
A.熱運(yùn)動(dòng)是物體受熱后所做的運(yùn)動(dòng)
B.溫度高的物體中的分子做的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
C.單個(gè)分子做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
D.大量分子做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)
【解析】 熱運(yùn)動(dòng)是指物體內(nèi)大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),不是單個(gè)分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),在物體內(nèi)的分子,運(yùn)動(dòng)速率一般不同,即使是同一個(gè)分子在不同時(shí)刻其速率也不同.熱運(yùn)動(dòng)在宏觀上表現(xiàn)的是溫度,當(dāng)分子的平均速率變化時(shí),物體的溫度變化,不僅高溫物體中的分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),低溫物體內(nèi)的分子也同樣做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),只是其平均速率(對(duì)同種物質(zhì)而言)不同而已,故A、B、C是錯(cuò)誤的.
【答案】 D
3.把墨汁用水稀釋后取出一滴放在顯微鏡下觀察,如圖1-1-10所示,下列說法中正確的是( )
圖1-1-10
A.在顯微鏡下既能看到水分子也能看到懸浮的小炭粒,且水分子不停地撞擊炭粒
B.小炭粒在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),這就是所說的布朗運(yùn)動(dòng)
C.越小的炭粒,運(yùn)動(dòng)越明顯
D.在顯微鏡下看起來連成一片的液體,實(shí)際上是由許許多多的靜止不動(dòng)的水分子組成的
【解析】 在光學(xué)顯微鏡下,只能看到懸浮的小炭粒,看不到水分子,故A錯(cuò);在顯微鏡下看到小炭粒不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),這就是布朗運(yùn)動(dòng),且看到的炭粒越小,運(yùn)動(dòng)越明顯,故B、C正確,D顯然是錯(cuò)誤的.
【答案】 BC
4.從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏伽德羅常數(shù)( )
A.水的密度和水的摩爾質(zhì)量
B.水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積
C.水分子的體積和水分子的質(zhì)量
D.水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量
【解析】 A項(xiàng):無論設(shè)水的體積、水的物質(zhì)的量還是水的質(zhì)量,都不能將ρ、Mmol與NA聯(lián)系起來,故無法求出NA.同理可判斷B、C兩項(xiàng)均不能求出NA.D項(xiàng):設(shè)取n摩爾水為研究對(duì)象,則其質(zhì)量m=nMmol,水的分子總數(shù)N==,故NA==,其中m0為水分子質(zhì)量.故D正確,A、B、C錯(cuò)誤.
【答案】 D
5.關(guān)于分子間相互作用的引力F引、斥力F斥及引力和斥力的合力F隨分子間距離r的變化情況,下列說法中正確的是( )
A.r越大,F(xiàn)引越大,F(xiàn)斥越小,F(xiàn)越大
B.r越大,F(xiàn)引越小,F(xiàn)斥越小,F(xiàn)越小
C.r越小,F(xiàn)引越大,F(xiàn)斥越大,F(xiàn)越大
D.以上說法都不對(duì)
【解析】 分子間的作用力F引和F斥都是隨分子間距離r的增大而減??;而分子力的合力F隨r的變化則比較復(fù)雜:在r由零逐漸增大的過程中,F(xiàn)是先減小到零,然后反向增大,最后再減小并趨近于零,即分子力的合力F隨r的變化不是單調(diào)的.
【答案】 D
6.下列關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散現(xiàn)象和對(duì)流的說法正確的是( )
A.三種現(xiàn)象在月球表面都能進(jìn)行
B.三種現(xiàn)象在宇宙飛船里都能進(jìn)行
C.布朗運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散現(xiàn)象在月球表面能夠進(jìn)行,而對(duì)流則不能進(jìn)行
D.布朗運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散現(xiàn)象在宇宙飛船里能夠進(jìn)行,而對(duì)流則不能進(jìn)行
【解析】 布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,而對(duì)流需要在重力作用的條件下才能進(jìn)行.由于布朗運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散現(xiàn)象是由于分子熱運(yùn)動(dòng)而形成的,所以二者在月球表面、宇宙飛船里均能進(jìn)行.由于月球表面仍有重力存在,宇宙飛船里的微粒處于完全失重狀態(tài),故對(duì)流可在月球表面進(jìn)行,而不能在宇宙飛船內(nèi)進(jìn)行,故選A、D兩項(xiàng).
【答案】 AD
7.兩個(gè)分子從靠近得不能再靠近的位置開始,使二者之間的距離逐漸增大,直到大于分子直徑的10倍,在這一過程中,關(guān)于分子間的相互作用力的下列說法中正確的是( )
A.分子間的引力和斥力都在減小
B.分子間的斥力在減小,引力在增大
C.分子間的作用力在逐漸減小
D.分子間的作用力先減小后增大,再減小到零
【解析】 分子間同時(shí)存在著引力和斥力,當(dāng)距離增大時(shí),二力都在減小,只是斥力比引力減小得快.當(dāng)分子間距離r<r0時(shí),分子間的斥力大于引力,因而表現(xiàn)為斥力;在r=r0時(shí),合力為零;當(dāng)r>r0時(shí),分子間的斥力小于引力,因而表現(xiàn)為引力;當(dāng)距離大于10r0時(shí),分子間的作用力可視為零,所以分子力的變化是先減小后增大,再減小到零,A、D正確.
【答案】 AD
8.(xx漢中檢測(cè))“用油膜法測(cè)定分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中,體積為V的油滴,在水面上形成近似圓形的單分子油膜,油膜直徑為d,則油酸分子直徑大小約為( )
A. B. C. D.
【解析】 油膜面積S=π()2,則油酸分子直徑d′==.
【答案】 A
9.做布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn),得到某個(gè)觀測(cè)記錄如圖1-1-11.圖中記錄的是( )
圖1-1-11
A.分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的情況
B.某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡
C.某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)間圖線
D.按等時(shí)間間隔依次記錄的某個(gè)運(yùn)動(dòng)微粒位置的連線
【解析】 布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),而非分子的運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;既然無規(guī)則,所以微粒沒有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡,B錯(cuò)誤;對(duì)于某個(gè)微粒而言,在不同時(shí)刻的速度大小和方向均是不確定的,所以無法確定其在某一時(shí)刻的速度,也就無法描繪其速度—時(shí)間圖線,C錯(cuò)誤.
【答案】 D
10.(xx濟(jì)寧高二檢測(cè))某同學(xué)在“用油膜法估測(cè)分子直徑”的實(shí)驗(yàn)中,計(jì)算結(jié)果明顯偏大,可能是由于( )
A.油酸未完全散開
B.油酸中含有大量的酒精
C.計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格
D.求每滴溶液的體積時(shí),1 mL的溶液的滴數(shù)誤多記了10滴
【解析】 油酸分子的直徑d=,計(jì)算結(jié)果明顯偏大,可能是V取大了或S取小了,油酸未完全散開,所測(cè)S偏小,d偏大,A正確;油酸中含有大量酒精不影響結(jié)果,B錯(cuò);計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格,使S變小,d變大,C正確;求每滴溶液的體積時(shí),1 mL的溶液的滴數(shù)誤多記了10滴,使V變小,d變小,D錯(cuò)誤.
【答案】 AC
11.(xx寧波效實(shí)中學(xué)檢測(cè))利用油膜法估測(cè)分子的大小實(shí)驗(yàn)時(shí),現(xiàn)有按體積比為n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中,還有一個(gè)充入約2 cm深水的淺盤,一支滴管,一個(gè)量筒.
請(qǐng)補(bǔ)充下述估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)步驟:
(1)________.(需測(cè)量的物理量自己用字母表示)
(2)用滴管將1滴油
圖1-1-12
酸酒精溶液滴入淺盤,等油酸薄膜穩(wěn)定后,將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上,如圖1-1-12所示,(已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小方格面積為S,求油膜面積時(shí),半個(gè)以上方格面積記為S,不足半個(gè)舍去)則油膜面積為________.
(3)估算油酸分子直徑的表達(dá)式為d=________.
【解析】 (1)用滴管向量筒內(nèi)加注N滴油酸酒精溶液,讀其體積V.
(2)由圖可查得面積為105S.
(3)1滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為V′=,
油膜面積S′=105S,由d=,得d=.
【答案】 (1)見解析 (2)105S (3)
12.(xx岳陽一中檢測(cè))隨著“嫦娥一號(hào)”的成功發(fā)射,中國探月工程順利進(jìn)行.假設(shè)未來在月球建一間實(shí)驗(yàn)室,長a=8 m,寬b=7 m,高c=4 m,實(shí)驗(yàn)室里的空氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài).為了估算出實(shí)驗(yàn)室里空氣分子的數(shù)目,有兩位同學(xué)各提出了一個(gè)方案:
方案1 取分子直徑D=110-10 m,算出分子體積V1=πD3,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣的體積V=abc,算得空氣分子數(shù)為:n==.
方案2 根據(jù)化學(xué)知識(shí),1 mol空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積V0=22.4 L=22.410-3 m3.由實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣的體積,可算出實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣的摩爾數(shù)nmol==;再根據(jù)阿伏伽德羅常數(shù)算得空氣分子數(shù)為:n=nmolNA=NA.
請(qǐng)對(duì)這兩種方案做一評(píng)價(jià),并估算出實(shí)驗(yàn)室里空氣分子的數(shù)目.
【解析】 方案1把實(shí)驗(yàn)室里的空氣分子看成是一個(gè)個(gè)緊挨在一起的,沒有考慮空氣分子之間的空隙,不符合實(shí)際情況.通常情況下氣體分子間距的數(shù)量級(jí)為10-9 m,因此分子本身體積只是氣體所占空間的極小一部分,常??梢院雎圆挥?jì),方案1錯(cuò)誤;方案2的計(jì)算方法是正確的,根據(jù)方案2計(jì)算結(jié)果如下:n=NA=6.021023個(gè)=6.021027個(gè).
【答案】 方案1錯(cuò)誤,方案2正確 6.021027個(gè)
第2節(jié)氣體分子運(yùn)動(dòng)與壓強(qiáng)
(教師用書獨(dú)具)
●課標(biāo)要求
知識(shí)與技能
1.了解分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律.
2.從微觀角度了解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因,并能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體壓強(qiáng).
過程與方法
通過活動(dòng)、調(diào)查、了解統(tǒng)計(jì)規(guī)律,體會(huì)如何從看似毫無規(guī)律的事件中尋找出規(guī)律.
情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的了解,體會(huì)微觀世界與宏觀世界在某些規(guī)律上也有相似性,增強(qiáng)對(duì)科學(xué)的好奇心與未知欲.
●課標(biāo)解讀
1.知道大量偶然事件的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.
2.了解分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)以及分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律.
3.理解氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因,知道氣體壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系;能用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn),來解釋有關(guān)現(xiàn)象以及與實(shí)際生產(chǎn)和生活相關(guān)的問題.
●教學(xué)地位
本節(jié)內(nèi)容是分子動(dòng)理論基本觀點(diǎn)的深化,氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因及影響因素的分析能很好的鞏固上節(jié)知識(shí),同時(shí)也為學(xué)習(xí)氣體奠定基礎(chǔ).其中氣體分子速率分布規(guī)律是微觀世界的規(guī)律,有重要意義.
(教師用書獨(dú)具)
●新課導(dǎo)入建議
教師組織學(xué)生完成“拋硬幣實(shí)驗(yàn)”,記錄出現(xiàn)正、反面的次數(shù),然后在全班進(jìn)行交流和評(píng)價(jià),讓學(xué)生親身經(jīng)歷“統(tǒng)計(jì)規(guī)律”的發(fā)現(xiàn)過程.
●教學(xué)流程設(shè)計(jì)
???步驟3:師生互動(dòng)完成“探究1”互動(dòng)方式(除例1外可再變換命題角度,補(bǔ)充一個(gè)例題以拓展學(xué)生思路???
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課 標(biāo) 解 讀
重 點(diǎn) 難 點(diǎn)
1.初步了解什么是“統(tǒng)計(jì)規(guī)律”.
2.理解氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),知道氣體分子速率分布規(guī)律.
3.理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的微觀意義,知道影響壓強(qiáng)的微觀因素.
1.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).(重點(diǎn))
2.氣體分子速率分布規(guī)律.(重點(diǎn))
3.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生與微觀解釋.(難點(diǎn))
4.掌握氣體壓強(qiáng)的決定因素.(難點(diǎn))
偶然中的必然——統(tǒng)計(jì)規(guī)律
1.基本知識(shí)
(1)氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)
氣體分子都在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)瞬息萬變,每一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)情況完全是偶然的、不確定的.
(2)現(xiàn)象
某一事件的出現(xiàn)純粹是偶然的,但大量的偶然事件卻會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律.
(3)定義
大量偶然事件表現(xiàn)出來的整體規(guī)律.
(4)氣體分子速率分布規(guī)律
①圖象
圖1-2-1
②規(guī)律
在一定溫度下,不管個(gè)別分子怎樣運(yùn)動(dòng),氣體的多數(shù)分子的速率都在某個(gè)數(shù)值附近,表現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律.當(dāng)溫度升高時(shí),該分布規(guī)律不變,氣體分子的速率增大,分布曲線的峰值向速率大的一方移動(dòng).
2.思考判斷
(1)氣體的溫度升高時(shí),所有氣體分子的速率都增大.()
(2)某一時(shí)刻氣體分子向任意一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目近似相等.(√)
(3)某一溫度下大多數(shù)氣體分子的速率不會(huì)發(fā)生變化.()
3.探究交流
氣體分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律有幾個(gè)特點(diǎn)?
【提示】 (1)氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)(幾率)相等.
(2)大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)中間多(占有分子數(shù)目多)、兩頭少(速率大或小的分子數(shù)目少)的規(guī)律.
氣體的壓強(qiáng)
1.基本知識(shí)
(1)產(chǎn)生原因
大量氣體分子頻繁撞擊器壁,對(duì)器壁產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的壓力,從而產(chǎn)生壓強(qiáng).
(2)壓強(qiáng)特點(diǎn)
氣體內(nèi)部壓強(qiáng)處處相等.
(3)決定因素
①氣體的溫度.②單位體積內(nèi)的分子數(shù).
2.思考判斷
(1)氣球內(nèi)氣體壓強(qiáng)是由于氣體重力作用產(chǎn)生的.()
(2)影響氣體壓強(qiáng)的因素有溫度、體積.(√)
(3)當(dāng)溫度升高時(shí),氣體壓強(qiáng)一定變大.()
3.探究交流
圖1-2-2
用小滾珠作空氣分子模型,把裝有滾珠的杯子拿到秤盤上方某處,把1粒滾珠倒在秤盤上,秤的指針會(huì)擺動(dòng)一下.再在相同的高處把100?;蚋嗟臐L珠快速倒在秤盤上,秤的指針會(huì)在一個(gè)位置附近擺動(dòng),如圖1-2-2,如果使這些滾珠從更高的位置倒在秤盤上,可以觀察到秤的指針?biāo)甘镜膲毫Ω螅胍幌?,為什么?
【提示】 秤盤除支持滾珠的重力外,還要支持滾珠碰撞時(shí)的“沖力”.
對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)的理解
【問題導(dǎo)思】
1.氣體分子的微觀結(jié)構(gòu)模型是怎樣的?
2.麥克斯韋氣體分子速率分布規(guī)律是什么?
1.氣體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)氣體分子間的距離較大,大于10r0(10-9m),氣體分子可看成無大小的質(zhì)點(diǎn).
(2)氣體分子間的分子力很微弱,通常認(rèn)為氣體分子除了相互碰撞或與器壁碰撞外,不受其他力的作用.
2.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)
(1)氣體分子可以在空間自由移動(dòng)而充滿它所能到達(dá)的任何空間.
(2)氣體分子間頻繁發(fā)生碰撞
一個(gè)空氣分子在1 s內(nèi)與其他分子的碰撞達(dá)6.5億次之多,分子的頻繁碰撞使每個(gè)分子速度的大小和方向頻繁地發(fā)生改變,造成氣體分子雜亂無章地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng).
(3)某時(shí)刻,氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率相同.某時(shí)刻,沿任何方向運(yùn)動(dòng)的分子都有,且沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目是相等的.
麥克斯韋氣體分子速率分布規(guī)律:
從大量實(shí)例中可以看出,在一定溫度下,中等速率的分子所占的比例最大.理論和大量實(shí)驗(yàn)表明,在一定溫度下,不管個(gè)別分子怎樣運(yùn)動(dòng),氣體多數(shù)分子的速率都在某個(gè)數(shù)值附近,表現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律.當(dāng)溫度升高時(shí),“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律不變,氣體分子的速率增大,分布曲線的峰值向速率大的一方移動(dòng).
溫度升高時(shí),并不是所有分子的速率都增大,而是分子的平均速率增大,具體到某一個(gè)分子具有不確定性.
(xx龍巖檢測(cè))氣體分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),同一時(shí)刻都有向不同方向運(yùn)動(dòng)的分子,速率也有大有?。卤硎茄鯕夥謩e在0 ℃和100 ℃時(shí),同一時(shí)刻在不同速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比,由表能得出結(jié)論( )
按速率大小劃分
的區(qū)間(m/s)
各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比(%)
0 ℃
100 ℃
100以下
1.4
0.7
100~200
8.1
5.4
200~300
17.0
11.9
300~400
21.4
17.4
400~500
20.4
18.6
500~600
15.1
16.7
600~700
9.2
12.9
700~800
4.5
7.9
800~900
2.0
4.6
900以上
0.9
3.9
A.氣體分子的速率大小基本上是均勻分布的,每個(gè)速率區(qū)間的分子數(shù)大致相同
B.大多數(shù)氣體分子的速率處于中間值,少數(shù)分子的速率較大或較小
C.隨著溫度升高,氣體分子的平均速率不變
D.氣體分子的平均速率基本上不隨溫度的變化而變化
【審題指導(dǎo)】 (1)統(tǒng)計(jì)規(guī)律是建立在大量觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的.
(2)統(tǒng)計(jì)規(guī)律只能在有大量事件的情況下才顯示出來.
【解析】 根據(jù)表格數(shù)據(jù),逐項(xiàng)分析如下:
選項(xiàng)
分析
結(jié)論
A
兩種溫度下,速率低于200 m/s和高于700 m/s的分子數(shù)比例明顯較小
B
分子速率在200 m/s~700 m/s之間的分子數(shù)比例較大
√
C
比較0 ℃和100 ℃兩種溫度下,分子速率較大的區(qū)間,100 ℃的分子數(shù)所占比例較大,而分子速率較小的區(qū)間,0 ℃的分子數(shù)所占比例較大.氣體分子的平均速率隨溫度升高而增大
D
比較0 ℃和100 ℃兩種溫度下,可看到氣體分子的平均速率隨溫度的變化而變化
【答案】 B
氣體分子速率分布規(guī)律
表中只是給出了氧氣在0 ℃和100 ℃兩個(gè)溫度下的速率分布情況,通過分析比較可得出:
1.在一定溫度下,氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布.
2.溫度越高,速率大的分子比例較多.這個(gè)規(guī)律對(duì)任何氣體都是適用的.
1.(xx上海高考)某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖1-2-3所示,圖中f(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率,所對(duì)應(yīng)的溫度分別為TⅠ、TⅡ、TⅢ,則( )
圖1-2-3
A.TⅠ>TⅡ>TⅢ B.TⅢ>TⅡ>TⅠ
C.TⅡ>TⅠ,TⅡ>TⅢ D.TⅠ=TⅡ=TⅢ
【解析】 一定質(zhì)量的氣體,溫度升高時(shí),速率增大的分子數(shù)目增加,曲線的峰值向速率增大的方向移動(dòng),且峰值變小,由此可知正確選項(xiàng)為B.
【答案】 B
氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生及其決定因素
【問題導(dǎo)思】
1.氣體壓強(qiáng)是如何產(chǎn)生的?
2.氣體壓強(qiáng)大小由哪些因素決定?
1.產(chǎn)生原因
大量做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁、持續(xù)地碰撞產(chǎn)生了氣體的壓強(qiáng).單個(gè)分子碰撞器壁的沖力是短暫的,但是大量分子頻繁地碰撞器壁,就對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力.所以從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來看,氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力.
2.決定氣體壓強(qiáng)大小的因素
(1)微觀因素
①氣體分子的密度:氣體分子密度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)大,在單位時(shí)間內(nèi),與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多,氣體壓強(qiáng)就大.
②氣體分子的平均速率:氣體的溫度高,整體上分子運(yùn)動(dòng)更加劇烈,氣體分子與器壁的碰撞(可視為彈性碰撞)給器壁的沖力就大;從另一方面講,分子的平均速率大,在單位時(shí)間里器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)多,累計(jì)沖力就大,氣體壓強(qiáng)就大.
(2)宏觀因素
①氣體的體積:一定質(zhì)量氣體的體積越大,氣體的分子密度越小,氣體的壓強(qiáng)越小.
②氣體的溫度:氣體的溫度越高,氣體的分子平均動(dòng)能越大(平均動(dòng)能下節(jié)課學(xué)習(xí)),氣體的壓強(qiáng)越大.
因密閉容器中氣體的密度一般很小,由于自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小,可忽略不計(jì),故氣體壓強(qiáng)由大量氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生,與地球引力無關(guān),且氣體壓強(qiáng)處處相等.
(xx泰安檢測(cè))對(duì)一定量的氣體,若用N表示單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù),則( )
A.當(dāng)體積減小時(shí),N必定增加
B.當(dāng)溫度升高時(shí),N必定增加
C.當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),N必定變化
D.當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),N可能不變
【審題指導(dǎo)】 ―→
【解析】 單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積相碰的分子數(shù)N既與分子密度有關(guān),還與分子的平均速率有關(guān).當(dāng)氣體體積減小時(shí),分子密度增加,但若溫度降低,分子平均速率變小,N也不一定增加,A錯(cuò);當(dāng)溫度升高時(shí),分子的平均速率增大,但若體積增大,分子密度減小,N也不一定增加,B錯(cuò);當(dāng)氣體壓強(qiáng)不變,則器壁單位面積受到的壓力不變,由于溫度變化,平均每個(gè)分子對(duì)器壁的沖力變化,N只有變化才能保持壓強(qiáng)不變,故C正確,D錯(cuò)誤.
【答案】 C
氣體壓強(qiáng)決定因素
氣體的壓強(qiáng)是氣體分子對(duì)器壁頻繁碰撞產(chǎn)生的
1.從微觀的角度看,氣體的壓強(qiáng)大小是由氣體分子的平均動(dòng)能和其密集程度共同決定的.
2.從宏觀看,一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)是由氣體的溫度和體積共同決定的.與液體、固體的壓強(qiáng)不同,氣體壓強(qiáng)與重力無關(guān).
2.封閉在氣缸內(nèi)一定質(zhì)量的氣體,如果保持氣體體積不變,當(dāng)溫度升高時(shí),以下說法正確的是( )
A.氣體的密度增大
B.氣體的壓強(qiáng)增大
C.氣體分子的平均速率減小
D.每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)不變
【解析】 氣體的體積不變,對(duì)一定質(zhì)量的氣體,單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變,當(dāng)溫度升高時(shí),分子的平均速率增大,每秒內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增加,撞擊力增大,壓強(qiáng)必增大,所以B項(xiàng)正確,A、C、D均不正確.
【答案】 B
綜合解題方略——?dú)怏w壓強(qiáng)與
大氣壓強(qiáng)的區(qū)別
在某一容器中封閉著一定質(zhì)量的氣體,對(duì)此氣體的壓強(qiáng),下列說法中正確的是( )
A.氣體壓強(qiáng)是由重力引起的,容器底部所受的壓力等于容器內(nèi)氣體所受的重力
B.氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞引起的
C.容器以9.8 m/s2的加速度向下運(yùn)動(dòng)時(shí),容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為零
D.由于分子運(yùn)動(dòng)無規(guī)則,所以容器內(nèi)壁各處所受的氣體壓強(qiáng)不一定相等
【審題指導(dǎo)】 (1)明確氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因.
(2)當(dāng)容器失重時(shí),內(nèi)部氣體分子的運(yùn)動(dòng)如何.
【規(guī)范解答】 氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞引起的,它由氣體的溫度和單位體積內(nèi)的分子數(shù)決定,故A、C、D錯(cuò)誤,B正確.
【答案】 B
氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因?qū)Ρ?
1.密閉容器中的氣體密度一般很小,由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)可忽略不計(jì),密閉氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子頻繁地撞擊器壁產(chǎn)生的,大小是由溫度和體積決定的,與地球引力無關(guān),所以說,密閉氣體對(duì)上下、左右、前后器壁的壓強(qiáng)大小都相等,不隨高度而變化,測(cè)量氣體壓強(qiáng)用壓強(qiáng)計(jì).
2.大氣壓強(qiáng)是由于包圍著地球的空氣受到重力作用,而對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng),其數(shù)值隨高度的增加而減?。髿鈮簭?qiáng)最終還是通過分子碰撞實(shí)現(xiàn)對(duì)浸入其中的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng),大氣壓強(qiáng)的測(cè)量用氣壓計(jì).
【備課資源】(教師用書獨(dú)具)
大氣壓與天氣預(yù)報(bào)
大氣壓與天氣預(yù)報(bào)有什么關(guān)系呢?地球表面上的風(fēng)、云、雨、雪,萬千氣象,都跟大氣運(yùn)動(dòng)有關(guān)系,而造成大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力就是大氣壓分布的不平衡和氣壓分布的經(jīng)常變化.由于地球表面各處在太陽照射下受熱情況不同,各地的空氣溫度就有較大差別.溫度高的地方,空氣膨脹上升,空氣變得稀薄,氣壓就低;溫度低的地方,空氣收縮下沉,密度增大,氣壓就高.另外,大氣流動(dòng)也是
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