(共2张PPT)
章末知识体系构建
分子
无规则
作用力
纯油酸
单分子
几乎相等
中间多,两头少
平均动能
体积
物体是由大量①
组成的
扩散现象
分子永不停息地做②
运动
分子动理论内容
布朗运动
分子引力
分子间存在相互的③
分子斥力
测量一滴油酸酒精溶液中④
的体积V
用油膜法估测油
酸分子的大小
测量一滴油酸酒精溶液在水面上形成的⑤
油膜面积S
油酸分子的直径⑥
分子动理论
分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何
一个方向运动的分子都有，而且向各个方向运
动的气体分子数目⑦
分子运动速
率分布规律
分子运动速率分布图像特点：分子运动速率
分布都呈“⑧
的分布规律
分子动能：分子做无规则运动而具
有的能。物体温度升高时，分子热
运动的⑨
增加
物体的内能
分子势能：分子势能与物体的⑩
有关，
分子间距离发生变化，分子势能随之改变(共76张PPT)
1 分子动理论的基本内容
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
模型方法·素养提升
素养 目标定位
目 标 素 养
1.了解分子动理论的基本观点及相关实验证据,培养物质观念。
2.通过了解扩散现象,知道扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。
3.通过了解科学家发现布朗运动现象的过程,观察并能解释布朗运动,培养科学态度与责任感。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、物体是由大量分子组成的
1.分子:在研究物体的 热运动 性质和规律时,不必区分组成物质的微粒分子、原子或者离子在化学变化中所起的不同作用,而把组成物体的微粒统称为分子。
2.物体是由大量分子组成的。
(1)1 mol水中含有水分子的数量就达 6.02×1023 个,这足以表明,组成物体的分子是大量的。
(2)用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜才能观察到物质表面 原子 的排列。
微探究1 如果全世界80亿人来数1 mol水中水分子的数量,每人每秒数1个,大概需要多长时间能数完
二、 分子热运动
1.扩散现象。
(1)描述:物理学中,把不同种物质能够彼此进入对方的现象叫作扩散。
(2)产生原因:由物质分子的 无规则运动 产生的。
(3)规律:温度越高,扩散现象越 明显 。
(4)意义:证明了物质分子永不停息地做无规则运动。
(5)应用:在高温条件下通过分子的扩散在纯净的半导体材料中掺入其他元素来生产半导体器件。
2.布朗运动。
(1)布朗运动:悬浮在液体(或气体)中的微粒不停地无规则运动。
(2)产生的原因:大量液体(或气体)分子对悬浮微粒撞击的 不平衡 造成的。
(3)布朗运动的特点: 永不停息 、 无规则 。
(4)影响因素:微粒越小,布朗运动越明显,温度越高,布朗运动越明显。
(5)意义:布朗运动间接地反映了液体(气体)分子运动的无规则性。
3.分子热运动:我们把分子永不停息的 无规则 运动叫作热运动。 温度 是分子热运动剧烈程度的标志。
微判断 (1)阳光从狭缝中射入教室,透过阳光看到飞舞的尘埃,这些尘埃颗粒的运动就是布朗运动。( )
(2)将沙子倒入石块中,沙子要进入石块的空隙属于扩散现象。
( )
(3)只有在气体和液体中才能发生扩散现象。( )
(4)布朗运动和扩散现象都是分子的热运动。( )
×
×
×
×
三、分子间的作用力
1.分子间有空隙。
(1)气体分子的空隙:气体很容易被 压缩 ,表明气体分子间有很大的空隙。
(2)液体分子间的空隙:水和酒精混合后总体积会减小,说明液体分子间有 空隙 。
(3)固体分子间的空隙:压在一起的金片和铅片的分子,能扩散到对方的 内部 ,说明固体分子间也存在着空隙。
2.分子间的作用力。
(1)分子间的引力和斥力是 同时 存在的,实际表现出来的分子间的作用力是引力和斥力的 合力 。
(2)分子之间的引力或斥力都跟分子间 距离 有关,分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示。
当r 斥力 。
当r=r0 时,分子间的作用力F为0,
这个位置称为 平衡位置 。
当r>r0时,分子间的作用力F 表现为 引力 。
微探究2 “破镜不能重圆”指的是打碎的镜片不能把它们拼在一起,你能解释其中的原因吗
提示:因为只有当分子间的距离接近10-10 m时,分子引力才比较显著。破碎的镜子拼在一起,由于接触面的错落起伏,只有极少数分子能相互接近到距离很小的程度,绝大多数分子彼此间的距离远大于10-10 m,因此,总的分子引力非常小,不足以使它们重新接在一起。
四、分子动理论
1.内容。
物体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。
2.统计规律。
(1)微观方面:各个分子的运动都是不规则的,带有 偶然性 。
(2)宏观方面:大量分子的运动有一定的规律。
微思考 温度降低,分子的热运动变慢。当温度降低到0 ℃以下时,分子就停止运动了,这种说法正确吗 为什么
提示:不正确。分子的热运动是永不停息的,即使温度降低到0 ℃以下,分子的无规则运动仍然不会停止。
课堂·重难突破
重难归纳
1.与阿伏加德罗常数相关的物理量。
(1)阿伏加德罗常数NA是联系微观和宏观的桥梁和纽带。
一 宏观量与微观量的关系
2.微观量与宏观量的关系。
为了节约用水,某公园专门设计了雨水回收系统,平均每年可以回收雨水10 500 m3,相当于100户居民一年的用水量。请你根据上述数据估算一户居民一天的平均用水量中的水分子数目。(设水的摩尔质量为M=18 g/mol)
典例剖析
已知地球到月球的平均距离为384 400 km,金原子的直径为3.48×10-9 m,金的摩尔质量为197 g/mol。若将金原子一个接一个地紧密排列起来,筑成从地球通往月球的“分子大道”,求:
(1)该“分子大道”需要的原子数;
(2)这些原子的总质量。
答案:(1)1.10×1017 (2)3.6×10-8 kg
规律总结 物体是由大量的分子组成的,1 mol任何物质都含有阿伏加德罗常数个分子,阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁。
学以致用
“可燃冰”是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质,因其外观像冰,遇火即燃,因此被称为“可燃冰”。已知1 m3可燃冰可释放标准状况下的天然气164 m3,标准状况下1 mol气体的体积为22.4 L,标准状况下天然气的密度为0.67 kg/m3。阿伏加德罗常数取NA=6.02×1023 mol-1。(结果均保留两位有效数字)
(1)1 m3可燃冰所含甲烷分子数为多少
(2)平均每个甲烷分子的质量为多少
答案:(1)4.4×1027 (2)2.5×10-26 kg
解析:(1)1 m3可燃冰可释放164 m3的天然气,结合标准状况下1 mol气体的体积为V0=2.24×10-2 m3算出1 m3可燃冰所含甲烷的物质的量为
重难归纳
1.扩散现象。
(1)影响扩散现象明显程度的因素。
①物态:气态物质的扩散现象最快、最显著;固态物质的扩散现象最慢,短时间内非常不明显;液态物质的扩散现象快慢介于气态与固态之间。
②温度:在两种物质一定的前提下,扩散现象发生的明显程度与温度有关,温度越高,扩散现象越明显。
③浓度差:两种物质的浓度差越大,扩散现象越明显。
二 分子热运动的理解
(2)扩散现象的成因。
扩散现象不是外界作用(例如对流、重力作用等)引起的,也不是化学反应的结果,而是分子无规则运动的直接结果,是分子无规则运动的宏观表现。
2.布朗运动。
(1)影响因素。
①固体颗粒大小:微粒越小,某时刻与其相撞的分子数越少,来自各个方向的冲击力越不易平衡;微粒越小,其质量也就越小,相同冲击力作用下产生的加速度越大,运动状态改变越快。因此,微粒越小,布朗运动越明显。
②温度高低:温度越高,液体分子的无规则运动越激烈,对悬浮的微粒的撞击作用也越大,相同微粒产生的加速度也越大,因此,温度越高,布朗运动越剧烈。
(2)实质。
液体分子无规则运动的反映。布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性。
(3)布朗微粒的大小。
能做布朗运动的颗粒是由许多分子组成的,人眼直接观察不到,但在光学显微镜下可以观察到。
3.热运动。
(1)分子的“无规则运动”,是指由于分子之间的相互碰撞,每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。
(2)热运动是对大量分子而言的。
(3)分子热运动的剧烈程度受到温度影响,温度越高,运动越快,但分子热运动永远不会停息。
(4)分子无规则的运动,不是宏观物体的机械运动,两者无关系。
4.布朗运动与热运动的区别与联系。
类别 布朗运动 热运动
不同点 研究对象 固体微粒 分子
观察难
易程度 可以在显微镜下看到,肉眼看不到 在显微镜下看不到
相同点 ①无规则②永不停息③温度越高运动越激烈
联系 周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因,布朗运动反映了分子的热运动
你知道霾的小颗粒在做什么运动吗 这种运动与小颗粒大小有关吗
提示:霾的小颗粒做布朗运动。颗粒越小,布朗运动越明显。
典例剖析
1827年,英国植物学家布朗在显微镜下观察悬浮在液体里的花粉颗粒时,发现花粉颗粒在做永不停息的无规则运动,这种运动称为布朗运动。下列说法正确的是( )
A.液体温度一定时,花粉颗粒越大,花粉颗粒的无规则运动越明显
B.花粉颗粒大小一定时,液体温度越低,花粉颗粒的无规则运动越明显
C.布朗运动就是液体分子永不停息的无规则运动
D.布朗运动是由液体分子的无规则运动引起的
D
解析:布朗运动是指悬浮在液体中的花粉颗粒所做的无规则运动,是液体分子对花粉颗粒的不平衡碰撞导致的,布朗运动不是液体分子的无规则运动,而是液体分子做无规则运动的间接反映,选项C错误,D正确。当液体温度一定时,花粉颗粒越小,布朗运动越明显;当花粉颗粒大小一定时,液体温度越高,布朗运动越明显,选项A、B错误。
规律总结 1.扩散现象直接说明了分子的无规则运动。 2.布朗运动间接反映了液体分子的无规则运动。 3.凡是肉眼能看到的现象都不是分子的热运动。
学以致用
(多选)关于扩散现象,下列说法正确的是( )
A.温度越高,扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
答案:ACD
解析:温度越高,扩散进行得越快,选项A正确;扩散现象是由物体分子无规则运动产生的,不是化学反应,选项B错误,C正确;扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,选项D正确。
重难归纳
【实验目的】
用显微镜观察炭粒的运动。
【实验原理】
墨汁中的炭粒在水分子的撞击下,做无规则运动,用显微镜可以观察到运动情况。
【实验器材】
显微镜、盖玻片、载玻片、显示器、碳素墨汁、清水。
三 实验:用显微镜观察炭粒的运动
【实验步骤】
(1)取一滴用水稀释的墨汁,滴在载玻片上,盖上盖玻片,放在高倍显微镜下。
(2)调节显微镜的放大倍数,如调节至400倍或1 000倍,观察悬浊液中炭颗粒的运动。
(3)目镜中观察炭颗粒的运动,其结果可以通过显示器呈现出来。
(4)追踪一颗小炭粒的运动,每隔30 s记录一次小炭粒的位置,然后把这些位置按时间顺序依次连接起来。
(5)改变悬浊液的温度,重复上述操作。
【实验结果】
(1)下图为某次实验记录的三颗小炭粒的每隔30 s位置的连线,可看出小炭粒的运动是不规则的。
(2)从实验结果还发现,温度越高,小炭粒的运动越明显。
【注意事项】
(1)液体、气体中均会发生布朗运动。
(2)悬浮在水中的小炭粒每隔30 s的位置连线,不是小炭粒的运动轨迹。小炭粒的运动轨迹是不规则的。
(3)布朗运动是固体颗粒的运动,既不是液体分子的运动,也不是固体颗粒分子的运动。
(4)布朗运动的颗粒,包含许许多多的分子。
(5)布朗运动肉眼不能直接观察到。
典例剖析
某同学在显微镜下观察水中悬浮的花粉微粒的运动。他把一颗花粉微粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上,如图所示。则该图反映了( )
A.液体分子的运动轨迹
B.花粉微粒的运动轨迹
C.每隔一定时间花粉微粒的位置
D.每隔一定时间液体分子的位置
答案:C
解析:显微镜能看见的、悬浮的花粉微粒不是分子,选项A、D错误; 题图表示花粉微粒每隔一定时间的位置,表现出无规律性,两个位置之间微粒不一定是沿直线运动,选项B错误,C正确。
误区警示 布朗运动认识的误区 1.误认为布朗运动是液体分子的运动。 2.误认为布朗运动是固体颗粒分子的运动。 3.误认为大风天看到的风沙弥漫、尘土飞扬是布朗运动。 4.误认为实验中每隔一定时间画出固体颗粒的位置连线是固体颗粒的运动轨迹。
学以致用
用显微镜观察液体中悬浮颗粒的布朗运动,所得到的结论正确的是( )
A.布朗运动是分子的运动
B.悬浮颗粒越大,布朗运动越激烈
C.液体温度越低,布朗运动越激烈
D.布朗运动是液体分子无规则运动的反映
答案:D
解析:布朗运动是固体颗粒的无规则运动,不是分子的运动,是液体分子无规则运动的反映,选项A错误,D正确;悬浮颗粒越小、液体温度越高,布朗运动越激烈,选项B、C错误。
重难归纳
1.分子间作用力:在任何情况下,分子间总是同时存在着引力和斥力,而实际表现出来的分子间作用力是分子引力和斥力的合力。
四 分子间的作用力的理解
2.分子间作用力与分子间距离变化的关系。
(1)分子间距离r=r0时,引力与斥力大小相等,分子间作用力为零。平衡位置即分子间距离等于r0(数量级为10-10 m)的位置。
(2)分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小,但斥力减小得更快。
(3)分子间作用力与分子间距离变化的关系及分子间作用力模型如下。
分子间作用力F随分子间距离r的变化关系图像 分子间距离 分子间
作用力 分子间作用力模型
r=r0 零
rr>r0 表现为引力,且分子间作用力随分子间距的增大,先增大后减小
如图所示,把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计下面,使玻璃板水平地接触水面,若想使玻璃板离开水面,在拉出玻璃板时,弹簧测力计的示数与玻璃板的重力相等吗 为什么
提示:不相等。此时玻璃板和液面分子间的作用力表现为引力,所以在使玻璃板离开水面时,弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力。
典例剖析
(多选)下列说法正确的是( )
A.水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现
B.气体总是很容易充满容器,这是分子间存在斥力的宏观表现
C.两个相同的半球壳无缝隙接触,内部抽成真空(马德堡半球),很难被拉开,这是分子间存在引力的宏观表现
D.用力拉铁棒的两端,铁棒没有断,这就是分子间存在引力的宏观表现
AD
解析:水很难被压缩说明分子间存在一定的斥力,选项A正确;气体总是很容易充满容器是分子热运动的结果,而不是分子间斥力的宏观表现,选项B错误;当马德堡半球中空气被抽出后,在外界大气压强作用下,球很难被拉开,选项C错误;拉伸物体需要力说明分子之间存在引力,选项D正确。
规律总结 外力作用下固体很难被压缩的原因是分子间存在斥力,很难被拉伸的原因是分子间存在引力。外力作用下液体很难被压缩的原因是分子间存在斥力。外力作用下气体很容易被压缩的原因是分子间有空隙,气体压缩到一定程度后较难再被压缩,是因为气体压强太大。
学以致用
(多选)关于分子间作用力,下列说法正确的是( )
A.分子间的相互作用力是万有引力的表现
B.当分子间距离r>r0时,随着r的增大,分子间斥力和引力都减小,但斥力减小得更快,合力表现为引力
C.当分子间距离大于10r0时,分子间的作用力几乎等于零
D.当分子间的距离为r0时,它们之间既没有引力也没有斥力
答案:BC
解析:分子间作用力是由于分子内带电粒子的相互作用和运动而引起的,由于分子的质量非常小,分子间的万有引力可忽略不计,故选项A错误;分子间同时存在着相互作用的斥力和引力,斥力和引力都随着分子间距离的增大而减小,当分子间距离r>r0时,分子间相互作用的斥力小于引力,分子间作用力表现为引力,当r>10r0时,分子间作用力几乎等于零,故选项B、C正确;分子间同时存在着相互作用的引力和斥力,当两个分子间距离为r0时, 每个分子受另一个分子的引力和斥力大小相等、方向相反,合力为零,故选项D错误。
模型方法 素养提升
分子模型——科学思维培养
方法归纳
1.球体模型。
固体和液体可看作由一个紧挨着一个的球形分子排列而成,忽略分子间空隙,如图甲所示。
2.立方体模型。
气体分子间的空隙很大,把气体分成若干个小立方体,气体分子位于每个小立方体的中心,每个小立方体是每个分子平均占有的活动空间,忽略气体分子的大小,如图乙所示。
3.分子大小的估算。
已知空气的密度为ρ,空气的摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,人呼吸一次能吸入空气的体积为V,则人呼吸一次吸入的空气分子个数是多少
典例剖析
(多选)若以M表示水的摩尔质量,Vmol表示在标准状况下水蒸气的摩尔体积,ρ为标准状况下水蒸气的密度,NA为阿伏加德罗常数,m、V分别表示每个水分子的质量和体积,下面四个关系式正确的是( )
答案:AC
解析:对于气体,宏观量M、Vmol、ρ之间的关系仍适用,
规律总结 在解决此类问题时,找出宏观量与微观量的关系式(通过NA相联系)是关键,还需注意摩尔体积与阿伏加德罗常数之比对于固体、液体而言是一个分子的体积,而对于气体只表示一个分子平均占据的空间,不是气体分子的大小。
学以致用
钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA。则每个钻石分子直径d的表达式为 。
随堂训练
1.关于分子动理论,下列说法不正确的是( )
A.物质是由大量分子组成的
B.分子是组成物质的最小微粒
C.分子永不停息地做无规则热运动
D.分子间有相互作用的引力和斥力
答案:B
解析:物质是由大量分子组成的,选项A正确;分子不是组成物质的最小微粒,选项B错误;分子在永不停息地做无规则的热运动,并且温度越高,分子的无规则运动越剧烈,选项C正确;分子之间存在相互作用的引力和斥力,并且引力和斥力同时存在,选项D正确。
2.关于分子动理论,下列说法正确的是( )
A.布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的
C.当r=r0时,分子间的引力和斥力均为0
D.当分子间距离增大时,分子间的引力和斥力均增大
答案:B
解析:布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的运动,选项A错误;扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的,选项B正确;当r=r0时,分子间的引力和斥力大小相等,方向相反,但两力均不为0,选项C错误;当分子间距增大时,分子间的引力和斥力均减小,选项D错误。
3.(多选)已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol,摩尔质量为18 g/mol,阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol-1,由以上数据可以估算出这种气体( )
A.每个分子的质量
B.每个分子的体积
C.每个分子占据的空间
D.分子之间的平均距离
答案:ACD
4.右图描绘的是一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景。关于布朗运动,下列说法正确的是( )
A.布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.液体温度越低,布朗运动越剧烈
C.悬浮微粒越大,液体分子撞击作用的
不平衡性表现得越明显
D.悬浮微粒做布朗运动,是液体分子的
撞击造成的
答案:D
解析:布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动,是液体分子的无规则运动的表现,选项A错误;液体温度越高,布朗运动越剧烈,选项B错误;悬浮微粒越小,液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显,选项C错误;悬浮微粒做布朗运动,是液体分子的撞击造成的,选项D正确。
5.(多选)下列事实能说明分子间存在斥力的是( )
A.气体可以充满整个空间
B.给自行车车胎打气,最后气体很难被压缩
C.给热水瓶灌水时,瓶中水很难被压缩
D.万吨水压机可使钢锭变形,但很难缩小其体积
答案:CD
解析:气体分子相互碰撞,且可以在空间内自由移动,因而气体可以充满它所能达到的空间,选项A错误;固体、液体难被压缩,是由于分子间存在斥力,气体难被压缩,是气体压强造成的,选项B错误,C、D正确。
6.两分子间的作用力F与分子间距r的关系图线如图所示,下列说法正确的是( )
A.rB.r1增大而逐渐增大
C.r=r2时,两分子间的引力最大
D.r>r2时,两分子间的引力随r的增大
而增大,斥力为零
答案:B
解析:分子间同时存在引力和斥力,rr2时,两分子间的引力随r的增大而减小,斥力不为零,故选项D错误。(共48张PPT)
2 实验:用油膜法估测油酸分子的大小
实验热点·探究突破
实验探究·方案梳理
随堂训练
实验探究 方案梳理
实验目的
1.通过实验,估测油酸分子的大小。
2.了解用测量宏观量的方法测微观量,提高科学探究能力。
3.通过体验实验过程,提高科学探究能力,建立更清晰的物理观念。
4.能够独立分析数据、形成结论、撰写实验报告,并能与同学交流实验过程、分享实验结果。
实验原理
把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上,油酸在水面上形成油酸薄膜,将其认为是单分子层,且把分子看成球形。油膜的厚度就是油酸分子的直径d,测出油膜面积S,则油酸分子直径d= 。
实验器材
配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、痱子粉或细石膏粉、注射器、量筒、玻璃板、彩笔、坐标纸等。
实验步骤
1.配制油酸酒精溶液,取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。
2.用滴管或注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数,算出一滴油酸酒精溶液的体积。
3.实验时先向边长为30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上,用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面上散开,形成一块薄膜。
4.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
5.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S。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,多于半个的算一个。
6.根据配制的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。根据一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度d= ,即油酸分子的大小。
7.数据处理:根据实验记录的数据,完成以下表格。
实验次数 1 2 3
量筒内增加1 mL溶液时的滴数
一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
轮廓内的小格子数
轮廓面积S
分子的直径/m
分子直径的平均值/m
计算方法
1.一滴油酸酒精溶液的平均体积。
误差分析
1.配制一定浓度的油酸酒精溶液时产生误差。
2.量取一滴油酸酒精溶液的实际体积时产生误差。
3.油酸在水面上的实际分布的均匀情况存在误差。
4.采用“不足半个舍去、多于半个算一个”的互补法计算油膜面积存在误差。
注意事项
1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度改变,造成较大的实验误差。
2.实验前应注意检查浅盘是否干净,否则难以形成油膜。
3.浅盘中的水应保持平稳,痱子粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。
4.向水面滴油酸酒精溶液时,应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。
5.待测油酸薄膜扩散后又会收缩,要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。
实验热点·探究突破
典例剖析
在做用油膜法估测分子直径的大小的实验中:
(1)实验简要步骤如下。
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数,再根据方格的边长求出油膜的面积S。
B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。
C.用浅盘装入约2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上。
热点1 实验原理与操作
D.取一定体积的油酸和酒精混合均匀,配制成一定浓度的确定体积的油酸酒精溶液。
E.根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
F.用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内油酸酒精溶液增加一定体积时的滴数。
G.由 得到油酸分子的直径d。
上述实验步骤的合理顺序是 。
(2)在本实验中,“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是 。
答案:(1)DFECBAG (2)理想模型法
解析:(1)实验步骤为配制好油酸酒精溶液,通过量筒结合计算测出一滴此溶液的体积,然后将一滴此溶液滴在撒有痱子粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半个舍去,多于半个的算一个,统计出油酸薄膜的面积。则用一滴此溶液中纯油酸的体积除以一滴此溶液形成的油酸薄膜的面积,恰好就是油酸分子的直径。故实验步骤的合理顺序为DFECBAG。
(2)在本实验中,“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是理想模型法。
学以致用
在用单分子油膜估测分子大小的实验中,某同学的操作步骤如下:
①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;
②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;
③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。
改正其中的错误: 。
答案:②应在量筒中滴入N滴该溶液
③应先在水面上撒上爽身粉
解析:用单分子油膜法估测分子的大小,首先精确取1 mL的油酸,用无水酒精稀释成油酸酒精溶液,然后在量筒中滴入N滴该溶液,读出体积,通过计算得出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,在盛水盘中倒入2 cm深的蒸馏水,为观测油膜的面积,在水面上轻撒一层薄薄的爽身粉,在水面中央轻滴一滴油酸酒精溶液,于是油酸在水面上迅速散开,等到油膜不再扩大时,用一块透明塑料(或玻璃)板盖在水面上描出油膜的轮廓图,把这块玻璃放在方格纸(绘图纸)上,求得油膜的面积S,于是可求出油膜的厚度d= 。
规律方法 油膜法估测分子大小的解题思路 1.按比例关系计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 2.采用“互补法”计算出油膜的面积S。 3.利用公式d= 求出分子的直径。
典例剖析
在做用油膜法估测分子的大小的实验时,
油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液
中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得
1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该
溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字)
热点2 实验数据处理
(1)油酸薄膜的面积是 m2。
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 m3。
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是 m。
(4)某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于 。
A.油酸未完全散开
B.油酸酒精溶液中含有大量酒精
C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴
答案:(1)4.0×10-3
(2)2.5×10-12
(3)6.3×10-10
(4)D
解析:(1)由于每个小方格边长为1 cm,则每一个小方格的面积就是1 cm2,数出在油膜轮廓范围内的格子数(超过半格的以一格计算,小于半格的舍去)为40,则油酸薄膜的面积S=40 cm2
=4.0×10-3 m2。
(2)由题意知,80滴油酸酒精溶液的体积为1 mL,且油酸酒精溶液的体积分数为0.02%,
故每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积
(4)计算油酸分子直径的公式是d= ,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。若水面上痱子粉撒得较多,油酸未完全散开,即油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致计算结果偏大,选项A错误;大量的酒精更易使油酸分子形成单分子层薄膜,会使测量结果更精确,选项B错误;若计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,计算结果将偏大,选项C错误;若在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴,则计算所得的V偏小,故d偏小,选项D正确。
误区警示 1.油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差。 2.一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差。 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“互补法(即不足半个舍去,大于半个的算一个)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。
学以致用
在用油膜法估测分子大小的实验中,所用的油酸酒精溶液的浓度为每10 000 mL溶液中有纯油酸5 mL,用注射器测得100滴这样的溶液为1 mL,把一滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中正方形格的边长为1 cm。
(1)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 cm3。
(2)油酸薄膜的面积是 cm2。
(3)估算油酸分子的直径是 m。
答案:(1)5×10-6
(2)136
(3)3.7×10-10
解析:(1)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
(2)由题图可知,由于每格边长为1 cm,则每一格就是1 cm2,以“超过半格以一格计算,小于半格就舍去”的原则,数出136格,则油酸薄膜面积为S=136 cm2。
典例剖析
测量分子大小的方法有很多,如油膜法、显微法。
热点3 实验探究拓展
(1)在用油膜法估测分子大小的实验中,用移液管量取0.25 mL油酸,倒入标注250 mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250 mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取该溶液,向小量筒中滴入100滴,溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度。再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图甲所示。坐标中每个小正方形方格的大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是
cm2,由此估算出油酸分子的直径是 m(保留一位有效数字)。
(2)图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10-8 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为 m(保留两位有效数字)。
答案:(1)256 8×10-10
(2)9.4×10-10
解析:(1)数油膜的正方形格数,大于半格的算一格,小于半格的舍去,得到油膜的面积S=64×2 cm×2 cm=256 cm2。
学以致用
在用油膜法估测油酸分子的大小实验中:
(1)在配制的油酸酒精溶液中,纯油酸与油酸酒精溶液的体积之比为1∶500,1 mL油酸酒精溶液可滴250滴,那么一滴油酸酒精溶液的体积是 mL,一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V油酸= cm3。
(2)若实验中测得结果如下表所示,请根据所给数据填写出空白处的数值,并与公认的油酸分子直径l0=1.12×10-10 m比较,判断此实验结果 (选填“符合”或“不符合”)数量级的要求。
次数 油膜面积S/cm2 油酸分子直径l/cm 平均值
1 533 ① ④
2 493 ②
3 563 ③
答案:(1)4×10-3 8×10-6
(2)符合 ①1.50×10-8
②1.62×10-8
③1.42×10-8
④1.51×10-10 m
随堂训练
1.在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中,将体积百分比浓度为A的n滴油酸酒精溶液滴在量筒中,测得体积为V。再将其中的一滴溶液滴在水面上,形成一层单分子油酸薄膜,薄膜面积为S,则油酸分子大小为( )
答案:B
2.在做用油膜法估测分子直径的实验中,先把油酸与酒精以1∶3 000的比例混合,然后取一滴混合液滴在水面上,酒精溶于水,油酸在水面上扩展后形成了面积为20 cm2的油膜,设一滴混合液滴的体积为0.001 cm3。由此可算出油酸分子的直径的数量级是 m。
解析:一滴混合液中纯油酸体积为
所以油酸分子直径的数量级是10-10 m。
10-10
3.某同学做用油膜法估测分子的大小的实验。
(1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0,将该溶液滴一滴到水面上,稳定后形成油膜的面积为S。已知500 mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1 mL,则油酸分子直径大小的表达式为d= 。
(2)该同学做完实验后,发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是 。
A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度发生了变化,但该同学并未发觉,仍按未挥发时的浓度计算(油酸仍能充分散开)
C.水面上痱子粉撒得太多,油膜没有充分散开
D.计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理
解析:(1)纯油酸的体积V等于油酸酒精溶液的体积乘以浓度,
(2)根据d= 分析可知,错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,则计算时所用体积数值偏大,会导致计算结果偏大,选项A符合题意;油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度变大,则会导致计算结果偏小,选项B不符合题意;水面上痱子粉撒得较多,油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致结果计算偏大,选项C符合题意;计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理,则计算所用的面积S偏大,会导致计算结果偏小,选项D不符合题意。
4.油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL,现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加了1 mL,若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油膜的形状如图所示。每一小方格的边长为25 mm。
(1)图中油酸膜的面积为 m2,每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是 m3,根据上述数据,估测出油酸分子的直径是 m。
(2)某同学在实验过程中,在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜,实验时观察到,油膜的面积会先扩张后又收缩了一些,这是为什么呢 请写出你分析的原因:
(写出一条即可)。
答案:(1)4.25×10-2 1.2×10-11 2.8×10-10
(2)溶液中酒精挥发,使液面收缩
解析:(1)油膜的面积可从方格纸上得到,所围成的方格中,面积超过一半按一格算,小于一半的舍去,图中共有68个方格,故油膜面积为S=68×25×25 mm2=42 500 mm2=4.25×10-2 m2,
(2)油膜收缩的主要原因是溶液中酒精挥发,使液面收缩。(共45张PPT)
3 分子运动速率分布规律
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.通过实验了解分子运动的特点,了解分子运动速率分布的统计规律。
2.根据实例,了解氧气分子运动速率的分布特点,知道分子运动速率分布图像的物理意义。
3.通过演示实验,帮助学生形成气体压强的微观图景,了解气体压强的微观解释。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、气体分子运动的特点
1.随机事件与统计规律。
(1)必然事件:在一定条件下,若某事件 必然 出现,这个事件叫作必然事件。
(2)不可能事件:若某事件 不可能 出现,这个事件叫作不可能事件。
(3)随机事件:若在一定条件下某事件 可能 出现,也 可能 不出现,这个事件叫作随机事件。
(4)统计规律:大量 随机事件 的整体往往会表现出一定的规律性,这种规律叫作统计规律。
2.气体分子运动的特点。
(1)运动的自由性:由于气体分子间的距离比较大,分子间作用力很弱,通常认为,气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力而做 匀速直线运动 ,气体充满它能达到的整个空间。
(2)运动的无序性:分子的运动杂乱无章,在某一时刻,向着
任何一个方向 运动的分子都有,而且向各个方向运动的气体分子数目几乎 相等 。
微思考1 为什么说分子沿各个方向运动的机会均等
提示:分子的个数与它们所占空间体积之比叫作分子数密度,气体分子数密度巨大,分子间碰撞频繁,就某一个分子而言,在某一时刻它向哪一个方向运动,完全是随机的,因此,在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是均等的。
二、分子运动速率分布图像
下图是氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下的速率分布图像。
由图像可以看出:
(1)某一时刻,既有速率大的分子,也有速率小的分子。
(2)大多数分子的速率和平均速率相差很小。
(3)两个温度下,具有最大比例的速率区间是不同的。
(4)分子速率呈现“ 中间多,两头少 ”的分布特点。
(5)温度升高,分子的 平均速率 增大。
(6)温度越高,分子的热运动越 剧烈 。
微探究 一定质量的氧气在0 ℃和100 ℃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所示。
(1)图中两条曲线下面积相等吗
(2)图中实线和虚线哪条对应在0 ℃下的情况
(3)与0 ℃时相比,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更大还是更小
提示:(1)图中两条曲线下面积都表示100%,所以是相等的。(2)温度越高、分子热运动越剧烈,分子平均速率越大,速率大的分子所占比例越多,实线对应100 ℃下的情况,虚线对应0 ℃下的情况。(3)从题图中可看出0 ℃时比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更大。
三、气体压强的微观解释
1.大小:等于气体作用在器壁 单位面积 上的压力。
2.产生原因:大量气体分子对器壁的 碰撞 引起的。
3.决定因素:微观上决定于分子的 平均速率 和分子的 密集程度 。
微思考2 能否用雨滴撞击伞面时影响压力(压强)大小的因素来比拟说明影响气体压强的因素
提示:能。雨滴撞击伞面时压力(压强)大小与单位时间内落在伞面上的雨滴数有关,雨滴数越多,压力(压强)越大;另外还与雨滴质量大小、速度大小,即与雨滴动能大小有关,动能越大,压力(压强)越大。气体压强同上面的原理相似,压强大小与分子平均动能和分子密集程度有关。
课堂·重难突破
重难归纳
1.运动自由性的结果。
气体分子间距离大(约为分子直径的10倍),分子间作用力小(可忽略),可以自由运动,所以气体没有一定的体积和形状。
一 气体分子运动特点的深入理解
2.无序性与规律性的矛盾和统一。
(1)大量气体分子的速率分布呈现“中间多,两头少”的规律。
(2)当温度升高时,“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动,即速率大的分子数目增多,速率小的分子数目减少,分子的平均速率增大,分子的热运动更剧烈。
(3)单个或少量分子的运动是“个别行为”,具有不确定性。大量分子的运动是“集体行为”,具有规律性,即遵从统计规律。
某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示,图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比,所对应的温度为TⅠ、TⅡ、TⅢ,它们的大小关系是什么
提示:TⅠ典例剖析
(多选)下图表示一定质量氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下速率分布情况,由图可以判断下列说法正确的是( )
A.温度升高,所有分子运动速率变大
B.图中虚线表示的是0 ℃时分子
的速率分布情况
C.0 ℃和100 ℃氧气分子的速率都
呈现“中间多,两头少”的分布特点
D.100 ℃氧气与0 ℃氧气相比,
速率大的分子数比例较多
氧气分子速率分布图像
CD
解析:温度越高,分子平均速率越大,但不是所有分子运动速率都变大,选项A错误;100 ℃的氧气与0 ℃氧气相比,速率大的分子数比例较多,所以图中虚线表示的是100 ℃时分子的速率分布情况,选项B错误,D正确;由题图可知,0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多,两头少”的分布特点,选项C正确。
学以致用
(多选)某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线如图所示,图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比,所对应的温度分别为T1、T2,对比不
同温度情况,下列说法正确的是( )
A.T1>T2
B.图中两条曲线与横坐标围成的面积相等
C.温度为T1时气体分子的平均速率较大
D.温度为T1的气体分子速率出现在0~200 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
BD
解析:因为气体的温度越高,速率大的分子所占的比例越大,所以T1重难归纳
1.气体压强的产生。
(1)原因分析:单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就会对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看,气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
二 对气体压强的理解
(2)理论推导:选择一个与器壁发生正碰(可视为弹性碰撞)的气体分子为研究对象,由于是弹性碰撞,所以气体分子与器壁碰撞前后的动量大小为mv,方向相反,以碰撞前气体分子的速度方向为正方向,气体分子受到的冲量为FΔt=-mv-mv=-2mv,
同理,我们也可以求出气体分子与器壁发生斜碰时分子给器壁的作用力。
(3)结论:气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。
2.决定气体压强大小的因素。
(1)微观因素。
①气体分子的密集程度:气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,气体压强就越大。
②气体分子的平均速率:气体的温度越高,气体分子的平均速率就越大,每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大;从另一方面讲,分子的平均速率越大,在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多,累计冲力就越大,气体压强就越大。
(2)宏观因素。
①与温度有关:在体积不变的情况下,温度越高,气体分子的平均速率越大,则气体的压强越大。
②与体积有关:在温度不变的情况下,体积越小,气体分子的数密度越大,则气体的压强越大。
3.大气压强的产生及影响因素。
大气压强由气体的重力产生,如果没有地球引力的作用,地球表面上就没有大气,也就没有大气压强。由于地球引力与距离的二次方成反比,所以大气压力与气体的高度、密度有关,在地面上空不同高度处,大气压强不相等。
一科普类栏目中曾播放过这样一个节目,把液氮倒入饮料瓶中,马上盖上盖子并拧紧,人立即离开现场。一会儿饮料瓶就爆炸了,你能解释一下原因吗
提示:饮料瓶内液氮吸热后变成氮气,分子运动加剧,使瓶内气体分子碰撞瓶内壁产生的压强增大,当瓶内外的压强差大于瓶子所能承受的限度时,饮料瓶发生爆炸。
典例剖析
(多选)下列关于气体压强的说法正确的是( )
A.气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子的重力产生的
B.气体对器壁产生的压强在数值上等于作用在器壁单位面积上的平均作用力
C.从宏观角度来看,气体的压强大小跟气体的温度和体积无关
D.从微观角度来看,气体压强的大小跟气体分子的平均速率和分子的密集程度有关
BD
解析:大量的气体分子频繁、持续地碰撞器壁而对器壁产生了持续的压力,单位时间内作用在器壁单位面积上的平均作用力在数值上等于气体对器壁产生的压强,选项A错误,B正确;从宏观角度来看,当气体的质量一定时,气体的压强跟气体的温度和体积有关,选项C错误;从微观角度来看,气体分子的平均速率越大,单位体积内的气体分子数越多,气体对器壁的压强就越大,即气体压强的大小与气体分子的平均速率和分子的密集程度有关,选项D正确。
规律总结 气体压强的分析技巧 1.明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞。气体压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 2.明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均速率。 3.只有知道了两个因素的变化,才能确定压强的变化,任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化。
学以致用
有关气体压强,下列说法正确的是( )
A.气体分子的平均速率增大,则气体的压强一定增大
B.气体分子的平均速率增大,则气体的压强有可能减小
C.气体分子的密集程度增大,则气体的压强一定增大
D.气体分子的平均速率增大,则气体的压强一定不变
答案:B
解析:气体的压强与两个因素有关:一是气体分子的平均速率,二是气体分子的密集程度。平均速率增大的同时,气体的体积可能增大,使得分子密集程度减小,所以压强可能增大,也可能减小或不变。同理,当分子数密度增大时,分子平均速率也可能减小,压强的变化不能确定。故符合题意的为选项B。
随堂训练
1.伽尔顿板可以演示统计规律。如图所示,让大量小球从上方漏斗形入口落下,最终小球都落在槽内。重复多次实验后发现( )
A.某个小球落在哪个槽是有规律的
B.大量小球在槽内的分布是无规律的
C.大量小球落入槽内后均匀分布在各槽中
D.越接近漏斗形入口处的槽内,小球聚集越多
答案:D
解析:根据统计规律可知,某个小球落在哪个槽是无规律的,选项A错误;大量小球在槽内的分布是有规律的,离槽口越近的地方分布小球较多,选项B、C错误,D正确。
2.(多选)下列关于气体分子运动特点的说法正确的是( )
A.气体分子的间距比较大,所以气体分子间的作用力比较微弱
B.同种气体中所有分子的运动速率基本相等
C.气体分子向各个方向运动的可能性不相同
D.气体分子的运动速率分布具有“中间多,两头少”的特点
答案:AD
解析:气体分子间距大于10r0,分子间作用力比较微弱,可以忽略,选项A正确;每个分子都在做无规则运动,所以并非所有分子速率基本相等,选项B错误;分子在做无规则运动,分子向各个方向运动的可能性基本相同,选项C错误;气体分子运动速率分布具有“中间多,两头少”的特点,选项D正确。
3.(多选)关于气体热现象的微观解释,下列说法正确的是( )
A.密闭在容器中的气体,在某一时刻向各个方向运动的气体分子数目一定相等
B.大量气体分子的速率有大有小,但是按“中间多,两头少”的规律分布
C.气体压强的大小跟气体分子的平均速率、分子的密集程度这两个因素有关
D.当某一容器自由下落时,容器中气体的压强将变为0
答案:BC
解析:虽然分子的运动杂乱无章,在某一时刻,向着任何一个方向运动的分子都有,但是任一时刻与容器各侧面碰撞的气体分子数目基本相同,不能说一定相同,选项A错误;大量气体分子的速率有大有小,但是按“中间多,两头少”的规律分布,选项B正确;气体压强大小跟气体分子的平均速率、分子的密集程度这两个因素有关,选项C正确;当某一容器自由下落时,虽然处于失重状态,但分子热运动不会停止,所以分子仍然不断撞击容器壁产生压力,故压强不为0,选项D错误。
4.关于密闭容器中气体的压强,下列说法正确的是( )
A.气体压强是由气体受到的重力产生的
B.气体压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的
C.气体压强的大小只取决于气体分子数量的多少
D.容器运动的速度越大,气体的压强也越大
答案:B
解析:气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的,选项A错误,B正确;气体压强的大小取决于气体分子的平均速率和分子密集程度,与物体的宏观运动无关,选项C、D错误。
5.1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律,后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标v表示分子速率,纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是( )
答案:D
解析:气体分子虽然都在做无规则的运动,但遵循统计规律,分子速率呈现“中间多,两头少”的规律,且速率接近0的分子数极少,故选项D正确。(共63张PPT)
4 分子动能和分子势能
课前·基础认知
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素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道分子的动能和温度的微观含义。
2.通过类比重力做功的特点及重力势能,了解分子势能,知道分子的势能跟物体的体积有关,知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。
3.知道什么是物体的内能,物体的内能与哪个宏观量有关,能区别物体的内能和机械能。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、分子动能
1.分子动能。
做热运动的分子跟运动的物体一样也具有动能,这就是
分子动能 。
2.分子的平均动能。
热现象研究的是大量分子运动的宏观表现,重要的不是系统中某个分子的动能大小,而是所有分子的动能的 平均值 ,这个平均值叫作分子热运动的平均动能。
3.温度的微观解释。
物体的温度是它的分子热运动平均动能的 标志 。
微思考 在热现象的研究中,为什么研究单个分子的动能没有意义,而是要研究所有分子的动能的平均值
提示:物体内分子是大量的,各个分子的速度大小不同,因此,每个分子的动能大小不同,并且还在不断地改变。热现象是大量分子热运动的结果,因此研究单个分子运动的动能没有意义,而是要研究大量分子运动的平均动能。
二、分子势能
1.定义:分子间存在相互作用力,可以证明分子间的作用力所做的功与路径 无关 ,分子组成的系统具有 分子势能 。
2.决定因素。
(1)宏观上:分子势能的大小与物体的 体积 有关。
(2)微观上:分子势能与分子间的 距离 有关。
3.分子势能与分子间距离的关系。
(1)当r>r0时,分子间的作用力表现为 引力 ,若r增大,需克服引力做功,分子势能 增加 。
(2)当r(3)当r=r0时,分子间的作用力为零,分子势能 最小 。
微探究 在宏观上,物体的分子势能与物体的体积有关,当物体的体积增大时,分子势能一定增大吗
提示:不一定。当分子间距离小于平衡距离时,物体的体积增大,分子间距离增大,分子间作用力做正功,分子势能减小。
三、物体的内能
1.定义:物体中所有分子的热运动 动能 与 分子势能 的总和。
2.内能的普遍性:组成任何物体的分子都在做无规则的热运动,所以任何物体都具有 内能 。
3.决定因素。
(1)物体所含的分子总数由 物质的量 决定。
(2)分子热运动的平均动能由 温度 决定。
(3)分子势能与物体的 体积 有关。
物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定,同时受物态变化的影响。
微判断 (1)速度增大时,物体的内能一定增大。( )
(2)铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变。( )
(3)分子势能可以为正值、负值、零。( )
(4)温度高的物体内能大。( )
(5)物体的温度和体积变化时,内能一般会发生改变。( )
×
×
√
×
√
课堂·重难突破
重难归纳
1.单个分子的动能。
物体由大量分子组成,每个分子都有分子动能。物体中分子热运动的速率大小不一,所以各个分子的动能也有大有小,而且在不断改变,单个分子的动能没有意义。
一 对分子动能的深入理解
2.分子的平均动能。
(1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现,有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能。
(2)温度是分子平均动能的标志,在相同温度下,各种物质分子的平均动能都相同,由于不同物质分子的质量不一定相同,因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。
(3)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现,具有统计规律。温度升高,分子平均动能增大,但不是每一个分子的动能都增大。
3.物体内分子的总动能。
物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和,它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积。物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关。
运动的铁球速度越来越大,则铁分子的平均动能越来越大,这种说法对吗
提示:不对。铁球的速度变大,是指其机械运动的速度,即其机械运动的动能变大,而分子平均动能是指分子热运动的动能,与温度有关。
典例剖析
相同质量的氧气和氢气温度相同,下列说法正确的是( )
A.每个氧分子的动能都比氢分子的动能大
B.每个氢分子的速率都比氧分子的速率大
C.两种气体的分子平均动能一定相等
D.两种气体的分子平均速率一定相等
答案:C
解析:温度是分子平均动能的标志,氧气和氢气的温度相同,其分子的平均动能应相同,故选项C正确;但分子的运动速率有的大、有的小,各个分子的动能并不相同,只是所有分子的动能的平均值相同,故选项A、B错误;两种分子的分子质量不同,则平均速率不同,故选项D错误。
特别提醒 1.温度是分子平均动能的标志,与单个分子的动能没有关系。 2.每个分子都有分子动能且不为零。 3.温度高的物体,分子的平均速率不一定大,还与分子质量有关。
学以致用
两个相同的容器中,分别盛有质量相等、温度相同的氧气和氢气,则它们的( )
A.压强相等
B.分子运动的平均速率相等
C.分子的平均动能相等,压强不等
D.分子的平均动能相等,压强相等
答案:C
解析:决定气体压强的因素是单位体积内的分子数和气体分子的平均动能;因为体积相同,氮气和氧气的质量相等,氮气和氧气的分子质量不同,故单位体积内的分子数不同;温度相同,气体分子的平均动能相等,故压强不相等,故选项C正确,A、D错误;温度是分子平均动能的标志,温度相等,分子平均动能相等,氮气和氧气的分子质量不同,分子运动的平均速率不相等,故选项B错误。
重难归纳
1.分子势能与分子间的作用力做功的关系。
(1)分子间的作用力做正功,分子势能减少,分子间的作用力做了多少正功,分子势能就减少多少。
(2)分子间的作用力做负功,分子势能增加,克服分子间的作用力做了多少功,分子势能就增加多少。
二 对分子势能的深入理解
(3)分子势能变化。
①r>r0时,r增大,分子势能增加。
②r③r→∞时,分子势能为零;r=r0时,分子势能最小。
2.分子势能的特点。
(1)分子势能是标量,正负表示的是大小,具体的值与零势能位置的选择有关。
(2)分子势能为零和分子势能最小的含义不同,前者与选择的零势能位置有关,而后者的位置在r=r0处。
(3)分子势能同重力势能、弹性势能、电势能一样,都是与某种力对应,由相对位置决定的能量,且该种力做功等于对应势能的变化。
(4)微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化,但不能理解为物体体积越大,分子势能就越大,因为分子势能除了与物体的体积有关外,还与物态有关。同样是物体体积增大,有时体现为分子势能增大(在r>r0范围内),有时体现为分子势能减小(在r3.分子势能曲线。
分子势能曲线如图所示,规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程中,分子间的作用力为引力,做正功,分子势能不断减小,其数值将比零还小,为负值;分子间距离达到r0以后再继续减小的过程中,分子间的作用力为斥力,做负功,分子势能增大,其数值将从负值逐渐变大至零,甚至为正值;r=r0时,分子势能最小。
从曲线上可看出:
(1)在r(2)在r>r0处,曲线比较缓,这是因为分子间的引力随分子间距的增大而减小,分子势能的增加也就变慢。
(3)在r=r0处,分子势能最小,但不一定为零,因为零势能位置是任意选定的。一般取无穷远处分子势能为零,则分子势能最小的位置是在r=r0处,且为负值,故分子势能最小与分子势能为零绝不是同一回事。
一定质量的100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,其分子动能和分子势能如何变化
提示:一定质量的100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,温度不变,分子平均动能不变,分子总数不变,所以分子总动能不变;在这个过程中,分子间的距离增大,分子势能增大。
典例剖析
(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。F>0为斥力,F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放,则( )
A.乙分子由a到b做加速运动,由b到c做减速运动
B.乙分子由a到c做加速运动,到达c时速度最大
C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能
一直减小
D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能先减小后增加
BCD
解析:乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大,而后受甲的斥力作用做减速运动,选项A错误,B正确;乙分子由a到b的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,选项C正确;而乙分子从b到d的过程,先是引力做正功,分子势能减少,后来克服斥力做功,分子势能增加,选项D正确。
规律总结 分子势能图像问题的解题技巧 1.首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图像中拐点意义的不同。 (1)分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0,而分子力图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0。 (2)分子势能图像与r轴交点的距离小于r0,分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0。 2.其次要把图像上的信息转化为分子间距离,再求解其他问题。
学以致用
(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力F与两分子间距离x的关系如图中曲线所示,F>0为斥力,F<0为引力,a、b、c、
d为x轴上四个特定的位置,则( )
A.乙分子由a到c的过程中,作用力F一直减小
B.乙分子由a到c的过程中,作用力F先减小后增大
C.乙分子由b到d的过程中,作用力F一直做负功
D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能先减小后增大
BC
解析:乙分子由a到c的过程中,作用力F先是斥力后是引力,先减小后增大,选项A错误,B正确;乙分子由b到d的过程中,分子力是引力,则作用力F一直做负功,两分子间的分子势能一直变大,选项C正确,D错误。
重难归纳
1.对内能的理解。
(1)物体温度升高,内能不一定增加;温度不变,内能可能改变;温度降低,内能可能增加。
(2)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式,它取决于物质的量、温度、体积及物态;内能是对大量分子而言的,对单个分子来说无意义。
三 对内能的理解
(3)物体的机械运动对应着机械能,分子热运动对应着内能,内能和机械能是两种不同形式的能量。物体的内能跟物体的机械运动状态无关。物体具有内能的同时又可以具有机械能。
2.内能与热量的区别。
(1)内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下有不同的内能,而热量是一个过程量,它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量。
(2)如果没有热传递,就无所谓热量,但此时物体仍具有一定的内能。例如,我们不能说“某物体在某温度时具有多少热量”。
3.内能和机械能的区别与联系。
项目 内能 机械能
对应的
运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动
常见的
能量形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能、弹性势能
影响因素 物质的量、物体的温度、体积及物态 物体的质量、机械运动的速度、相对于参考平面的高度、弹性形变量
大小 永远不等于零 一定条件下可以等于零
联系 在一定条件下可以相互转化
4.物态变化对内能的影响。
一些物质在物态发生变化时,如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气,温度不变,此过程中分子的平均动能不变,但由于分子间的距离变化,分子势能变化,所以物体的内能变化。
(1)1 kg的40 ℃的水跟1 kg的80 ℃的水相比哪个内能多
(2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水相比哪个内能多
(3)一杯100 ℃的开水跟一池塘常温下的水相比哪个内能多
(4)1 kg的100 ℃的水跟1 kg的100 ℃的水蒸气相比哪个内能多
提示:(1)两者质量一样,同种物质,所以分子数目一样,而80 ℃的水比40 ℃的水的分子平均动能大,若不考虑水的膨胀引起的体积微小变化,则1 kg的80 ℃的水的内能多。
(2)1 kg的40 ℃的水跟2 kg的40 ℃的水比较,2 kg的40 ℃的水内能多,因为后者分子数目多。
(3)虽然100 ℃的开水的分子平均动能较大,但池塘的水的分子数比一杯水的分子数多得多,故一池塘常温下的水的内能比一杯100 ℃的开水的内能多。
(4)它们的质量相等,因而所含分子数相等,分子的平均动能也相同,但100 ℃的水蒸气分子势能比100 ℃的水的分子势能大,故1 kg的100 ℃的水蒸气的内能比1 kg的100 ℃的水的内能多。
典例剖析
下列说法正确的是( )
A.在铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变
B.物体运动的速度增大,则物体中分子热运动的平均动能增大,物体的内能增大
C.A、B两物体的温度相同时,内能相同,分子热运动的平均速率也相同
D.A、B两物体的温度相同时, A、B两物体的内能可能不同,分子热运动的平均速率也可能不同
D
解析:在铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,分子的平均动能不变,但是由于吸收热量,内能增加,选项A错误;宏观物体的机械运动与微观分子的动能无关,选项B错误;A、B 两物体的温度相同时,分子热运动的平均动能相同,但是由于分子的质量不一定相同,则分子平均速率不一定相同;物体的内能与温度、体积及物质的量都有关系,则两物体的温度相同时内能不一定相同,选项C错误,D正确。
规律总结 1.内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式,与物体的宏观运动状态无关,它取决于物质的量、温度、体积及物态。 2.研究热现象时,一般不考虑机械能, 在机械运动中有摩擦时,有可能发生机械能转化为内能的现象。 3.物体温度升高,内能不一定增加;温度不变,内能可能改变;温度降低,内能可能增加。
学以致用
1.下列说法正确的是( )
A.只要温度相同,任何物体分子的平均动能都相同
B.分子动能指的是由于分子定向移动具有的动能
C.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能
D.对由同一种物质组成的物体,温度高的物体中每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中每一个分子的运动速率
答案:A
解析:温度是分子平均动能的标志,温度相同,任何物体分子的平均动能都相同,选项A正确;从微观来看,分子动能指的是由于分子做无规则的热运动具有的动能,选项B错误;物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和,对一个或几个分子不存在内能这一概念,选项C错误;温度是分子的平均动能的标志,温度高的物体的分子平均动能大,但不是温度高的物体中每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中每一个分子的运动速率,选项D错误。
2.一定质量的乙醚液体全部蒸发,变为同温度的乙醚气体,在这一过程中( )
A.分子引力增大,分子斥力减小
B.分子势能增加
C.乙醚的内能不变
D.分子平均动能增加
答案:B
解析:乙醚液体蒸发过程,分子间的距离变大,分子间的引力和斥力都会减小,故A错误;蒸发过程中乙醚分子要克服分子间的引力做功,分子势能增加,故B正确;一定质量的乙醚液体全部蒸发,变为同温度的乙醚气体过程中,要从外界吸收热量,由于温度不变,故分子平均动能不变,分子势能增加,故内能增加,故C错误;由于温度是分子平均动能的标志,故分子平均动能不变,故D错误。
随堂训练
1.关于温度与分子动能的关系,下列说法正确的是( )
A.某物体的温度为0 ℃,说明物体中分子的平均动能为零
B.温度是分子热运动平均动能的标志
C.温度较高的物体,其分子平均动能较大,则分子的平均速率也较大
D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高
答案:B
解析:某物体温度是0 ℃,物体中分子的平均动能并不为零,因为分子在永不停息地做无规则运动,选项A错误;温度是分子热运动平均动能的标志,温度越高的物体,分子的平均动能越大,但由于分子的质量不一定相同,则分子平均速率不一定越大,选项B正确,C错误;物体内分子无规则热运动的速度与机械运动的速度无关,物体的运动速度越大,不能代表物体内部分子的热运动越剧烈,所以物体的温度不一定高,选项D错误。
2.下列关于物体内能的说法正确的是( )
A.一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能
B.物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫作物体的内能
C.当一个物体的机械能发生变化时,其内能也一定发生变化
D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大
答案:B
解析:根据内能的概念可知,物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫作物体的内能,故选项A错误,B正确;当一个物体的机械能发生变化时,其内能不一定发生变化,故选项C错误;温度高的物体的内能不一定比温度低的物体的内能大,故选项D错误。
3.下列关于分子势能的说法正确的是( )
A.分子间作用力做负功,分子势能一定减少
B.分子间作用力做正功,分子势能一定减少
C.分子间距离增大时,分子势能一定增加
D.分子间距离减小时,分子势能一定增加
答案:B
解析:分子间作用力做正功,分子的势能减少;分子间作用力做负功,分子势能增加,选项A错误,B正确。在平衡位置以内,分子间距离增大时,分子势能减少,选项C错误。在平衡位置以外,分子间距离减小时,分子势能减少,选项D错误。
4.下图为两分子间的作用力F与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是( )
A.在r>r0阶段,随着r增大,F做负功,
分子势能增加
B.在r>r0阶段,随着r减小,F做正功,
分子势能增加
C.在rD.在r答案:A
解析:r0是分子的平衡距离,在r>r0阶段,分子间作用力表现为引力,随着r增大,F做负功,分子势能增大,随着r减小,F做正功,分子势能减小,故选项A正确,B错误;当r5.(多选)一辆运输瓶装氧气的货车,由于某种原因,司机紧急刹车,最后停下,则下列说法正确的是( )
A.汽车机械能减小,氧气内能增加
B.汽车机械能减小,氧气内能不变
C.汽车机械能减小,汽车(轮胎)内能增加
D.汽车机械能减小,汽车(轮胎)内能不变
答案:BC
解析:氧气温度不变,体积不变,内能不变,选项A错误,B正确;汽车机械能减小,转化为内能,汽车(轮胎)内能增加,选项C正确,D错误。
6.放在光滑水平面上的物体,受到一个水平方向的作用力而做匀加速直线运动,有人说:“随着物体运动加快,物体内分子的运动也加快,因此分子的平均动能增大,物体的温度升高。”这种说法是否正确 为什么
答案:错误 原因见解析
解析:热运动是物体内分子的无规则运动,这种无规则运动是相对于物体本身的运动。物体运动时,物体内所有分子在无规则运动的基础上又叠加了一个“整体有序”的运动,这个“整体有序”的运动就是物体的机械运动。而物体的无规则运动跟温度有关,物体的温度越高,无规则运动越剧烈,所以把这种运动叫分子热运动,物体的机械运动不会影响物体的温度,所以物体的温度不会因物体的运动速率增大而升高。
