高中物理粵教版（2019）选择性必修第三册 第一章分子动理论_分子动理论单元复习课教案

《分子动理论单元复习》教学设计
一、课程标准要求
1.通过实验，估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。
2.通过实验，了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动
速率分布图像的物理意义。
二、教材分析
在本章设计中，教材从宏观现象入手，寻找分子运动的证据，估测分子的大小，感受分子间的相互作用
力，了解分子动理论的基本观点，晚上对物质及运动与相互作用的理解；初步学习通过建立简化模型、应用
统计观点等方法从微观角度说明宏观物体热现象，体验科学探究的过程，体会科学的思维方法在探究自然
与解决实际问题中的重要作用。
第一节，引导学生通过测量分子大小，以及运用阿伏伽德罗常数进行宏观量与微观量间关系的计算，切
实体会物质由大量分子组成；通过油膜法估测分子大小，体验借助宏观量来研究微观量的一种方法。
第二节，通过扩散现象、布朗运动、分子间的相互作用力等实验，帮助学生了解证实分子间存在相互作
用力、分子永不停息地做无规则热运动的实验证据，促进学生物质观念、运动与相互作用观念、物理模型建
构等核心素养的形成。
第三节，通过道尔顿板实验帮助学生了解分子热运动的个体无序整体有序的基本特点，认识并理解分子
热运动的规律，了解运用统计的方法研究分子热运动的重要意义。
通过学习本章的分子动理论基本内容，让学生通过对大量分子求平均，建立了宏观量与相应的微观量统
计平均值的关系，用以定量地说明扩散，以及后面章节所涉及的“气体压强”、“一定质量的理想气体状态方
程”和“内能”等的微观本质。
三、学情分析
学生已学习了分子动理论的基本观点：物质是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分
子之间存在着相互作用力。部分同学还未实现知识之间的相互联系，在物质观念、相互作用观等物理观念、
还需要通过一节复习课来进一步构建和完善，进一步提升学生的科学思维品质和科学探究能力，使学生形
成更好的科学态度与责任意识。
四、教学重难点
重点：了解分子动理论的基本观念及相关实验证据。
难点：了解分子随分子间距离变化而变化的规律，以及气体分子热运动的统计规律。
五、教学过程
知识回顾：
分子动理论三大基本内容是：物质是由大量分子组成的、分子永不停息地做无规则热运动、分子间存在相互
作用力。每个内容都有相应的实验证据支撑。下面我们以实验证据为线索，完成对本章的复习。
（一）油膜法估测分子的大小——借助宏观量来研究微观量的一种方法
实验原理：让一滴纯油酸在水面上形成单分子油膜层，油膜的厚度看作油酸分子的直径，测出溶液中纯油

酸的体积 和油膜的面积 ，则分子的直径 = .

1.区分三个研究对象：
(1) 滴油酸酒精溶液的体积 ；
总
(2)1 滴油酸酒精溶液的体积 ；

(3)1 滴油酸酒精溶液里纯油酸的体积 .
例 1:在做“用油膜法估测油酸分子的大小实验”时，每 10 mL 油酸酒精溶液中有纯油酸 1mL.用注射器测得
3
58 滴这样的溶液为 1mL.把 1 滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并
描画出油膜的轮廓，如图.图中正方形小方格的边长为 1cm.试估算油酸分子的大小.
2. 分子的大小
直径数量级：10-10
m
乒乓球半径为 ×
地球半径约为 . ×
3. “油膜法估测分子的大小实验”误差来源：
（1）油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差；
（2）1 滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值之间存在偏差；
（3）油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀单分子纯油酸层”间存在偏差；
（4）采用“不足半个舍去，多于半个算一个”计算得到的油膜面积和油膜实际面积间存在偏差.
例 2.某同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，出现了一些操作失误.请分析下列操作分别会导
致实验测得的油酸分子直径偏大还是偏小？
（1）在计算油膜面积时，把不完整方格的油膜都按完整方格处理.
（2）水面上的痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开.
（3）将油酸酒精溶液的体积直接作为纯油酸体积计算.
（4）在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小一些.
（5）在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了另一个注射器把溶液滴在水面上，这
个拿错的注射器的针管比原来的粗.
解析：
（1）铺开的油酸单分子层面积 的计算值偏大，则 d 偏小.
（2）铺开的油酸单分子层面积的计算值 偏小，则 d 偏大.
（3）每滴油酸酒精溶液体积计算值 偏大，则 d 偏大.

（4）油酸酒精溶液的实际浓度小，即代入计算的 值偏大，则 d 偏大.
（5）每滴油酸酒精溶液体积实际值大，即代入计算 的值偏小，则 d 偏小.

4.阿伏伽德罗常数
—— 联系宏观物理量和微观物理量的桥梁
宏观量：物体的体积 、摩尔体积 、物体的质量 、摩尔质量 、物质的密度 .
微观量：分子质量 、分子体积 、分子直径 .


宏观量与微观量的转换：
① 一个分子的质量: = =
②一个分子的体积: =



=
=





物质含有的分子数: = =

. 对于气体, 表示气体分子占据的空间.





5.两种分子模型
①固体和液体: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.

其中，球体分子模型直径 d=

,立方体分子模型棱长 d=
.


②气体:气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以利用 d= 算出的不是气体分子本身


的直径,而是气体分子间的平均距离.
例 3.钻石是首饰和高强度的钻头、刻刀等工具中的主要材料.已知钻石的密度为 ，摩尔质量为 ，阿伏加
德罗常数为 .
（1）请写出质量为 的钻石所含有的分子数；
（2）推导钻石分子直径的表达式（计算时可认为组成钻石的分子是紧挨着一个个小球）.
例 4.已知标准状态下 1 气体的体积 =22.4 L，阿伏伽德罗常数 =6.02×1023 mol-1 ，估算气体在标准
状态下分子间的平均距离.
（二）扩散现象
扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的.温度
越高,扩散越快.扩散现象是物质分子做无规则运动的直接结果和宏观反映.
※请思考：
（1）最后两广口瓶中气体颜色不再变化，是否代表扩散现象已停止？
答：分子运动和扩散现象永不停息.两广口瓶中气体颜色不再变化，是由于“进”“出”每个广口瓶的二氧化
氮气体分子达到了动态平衡.
（2）某同学认为是上方气体密度大，重力作用而下沉，所以才发生扩散现象。这种说法正确吗？
答：扩散现象并不是外界作用引起的.我们可将上下两个广口瓶互换或者平放，扩散现象仍可发生，说明分
子运动不是单一方向的.
（三）布朗运动
（1）成因：液体分子永不停息地做无规则运动，频繁撞击悬浮在液体中的小颗粒，且小颗粒受力不平衡.
（2）微粒越小,布朗运动越明显;温度越高,布朗运动越剧烈.布朗运动间接地证实了液体分子的无规则运动.
※请思考：
（1）在光学显微镜下看到的水中悬浮小炭粒的运动，是否就是水分子或者小炭粒中的
碳分子的运动？
答：在光学显微镜下不能看到水分子和小炭粒中的碳分子，布朗运动是小炭粒（碳分
子团）的运动，不是分子的运动.
（2）图中折线说明小炭粒沿着笔直的折线运动，是否意味着水分子在短时间内的运动
是规则的？
答：图中折线并不是小炭粒的运动轨迹，而是间隔一定时间小炭粒所在位置的连线，
即使在这段时间内，小炭粒的运动也是极不规则的，绝不是折线运动的.
（四）气体分子运动的统计规律
尽管分子做无规则运动，速率有大有小，但大量分子的速率是按一定规律分布的.
研究表明，在一定温度下，不同速率范围内气体分子数在总分子数中所占比值是确定的.
例 7.(多选)氧气分子在 0℃和 100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变
化分别如图中两条曲线.下列正确的是___.BD
A.温度升高，每个分子的速率都在增大
B.图中虚线对应于氧气分子在 0℃时的情形
C.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
D.100 ℃时氧气分子速率出现在 0~400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比 0 ℃时要小
（五）分子间存在相互作用力
分子间存在相互作用的引力
分子间存在相互作用的斥力
（六）分子间作用力与分子间距离关系
纵轴坐标分子力 指的是引力和斥力的合力
例 8.当分子间距离为 时，分子间的作用力为 0.分析当分子间的距离从 0.5 增大到 10 的过程中，分子
间的作用力的大小是如何变化的？
本章知识小结
分子动理论单元复习课（答疑）
1.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，一滴油滴的体积非常小，但采用累积法可以测出油滴的体积.请
借鉴这个思路，思考以下两个问题.
（1）现需要在一个烧杯中倒入 0.01g 食盐供做实验用，但现有的电子秤最小只能称 1g 的质量，怎么办？
答：将 5g 的食盐制成 500g 食盐溶液，然后再取出其中的 1g 的食盐溶液滴入烧杯，对烧杯加热，将溶液蒸
干，即可得到 0.01g 的食盐.
（2） 有一小捆粗细均匀的细铁丝，要较精确地测量细铁丝的横截面积，你认为应该怎样测量？
答：我们可以去一段细铁丝紧紧绕在铅笔上，绕制 N 圈，然后量出 N 圈的总长度，用长度除以圈数，可得
铁丝线的直径，再用圆的面积公式，求得细铁丝的横截面积。
我们也可以取适当长度细铁丝浸没在量筒的水中，测出量筒中水面前后的读数变化量，即为铁丝的体积，
再测出该细铁丝长度.用铁丝的体积除以长度，即可求得细铁丝横截面积。
2.有同学认为，不管是固体、液体还是气体，其分子的体积都等于该物质的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，

即 =
.这种说法正确吗？


答：不正确。固体、液体中分子间隙很小，可以忽略，分子本身大小即为分子所占空间，因此用 =
计


算的结果，可认为是该物质一个分子的体积.
而气体分子间隙很大，分子间距是分子大小 10 倍以上，气体分子所占空间大于分子自身体积的 1000
倍，不能将气体分子的大小与其所占空间划等号.用 = 计算的结果表示的是一个气体分子所占据的平


均空间，并不是气体分子本身的体积。
3.有同学说分子间的作用力像弹簧的弹力，“压，分子力就向外推；拉，分子力就往回拉”.试分析分子力和
弹力变化规律的异同.
答：相同点：都有一个平衡位置；从平衡位置开始，压缩时受斥力，增大时受引力（拉力）.
不同点：（1）平衡位置的意义不同，分子力中引力和斥力同时存在，平衡位置时二者相等，而弹力的拉
力和斥力并非同时存在，弹簧处于原长时没有弹力；
（2）分子力随距离的变化并不是线性的，当分子力表现为斥力时，距离平衡位置越远，斥力越大，当分子
力表现为引力时，距离平衡位置越远，引力先增大后减小；而弹簧弹力与形变量成正比，形变量越大，弹力
越大。
4.由分子间作用力与分子间距离关系可知，当分子间的距离大于 r0 时，分子力表现为引力，但为什么两块
靠得很近的镜子碎片却不能粘在一起？
破镜不能重圆，是由于两块玻璃肉眼看起来很光滑，但在微观层面接触面处还是很粗糙的，大多分子
间的距离很大，分子的平均距离大于 10 倍 r0，分子力很弱，因此不能将两块玻璃吸引在一起.
但在现代光学镜头制作中有一种工艺，将两个镜面研磨得非常光滑，让足够多的分子距离减小到分子
引力可以有效发挥的距离内，因此它们可以不用任何粘合剂就会紧紧地粘在一起，可以实现破镜重圆。
5. 体积都是 1 L 的两个容器，装着质量相等的氧气，其中一个容器内的温度是 0℃，另一个容器的温度是
100℃。请说明：这两个容器中关于氧分子运动速率分布的特点有哪些相同？有哪些不同？
相同点：都呈现“中间多、两头少”的分布.
不同点：
（1）这两个温度下具有最大比例的速率区间是不同的； 0℃时速率在 300~400m/s 的分子最多； 100℃时
速率在 400~500m/s 的分子最多.
（2）100℃的氧气速率大的分子比例较多，其分子的平均动能比 0℃的大.
6.某一区域各辆共享单车的行驶方向是随机事件，但大量随机事件的统计结果就能显示出一定的规律.某人
想利用共享单车的大数据为本市规划的几条公交线路提供设计思路.你认为可以统计哪些对规划公交线路
有价值的统计数据？
答：（1）我们可以统计各区域、各时段沿不同道路骑行人数，可用来设计公交线路的数量和走向.
（2）我们可以统计早、中、晚不同时段在相同时间内某一线路方向骑行的人数，可用来制订不同时段
的发车时刻表.