《物体是由大量分子组成的》学案
【学习目标】
1、知道物体由大量分子组成;知道油膜法测分子大小原理，能进行测量和计算。
2、知道分子的球形模型，知道分子直径的数量级。
3、知道阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位,并能进行相关计算。
【课前预习任务】
复习初中热现象知识
复习初中分子动理论的内容
复习质量体积密度关系
复习化学中摩尔质量、摩尔体积、阿伏伽德罗常数的概念
预习教材人教版选修3-3第七章第一节
【课上学习任务】
知识点：
1．物体是由_____________组成。分子是保持物质__________性质的最小微粒，包括___________、____________和__________。
2．油膜法估测分子的大小：
把一滴油酸滴在水面上，在水面上形成单分子油层，事先测出油酸的________，测出油酸在水面上形成的油膜___________，算出分子直径=_______。
3．分子的大小：分子很小，分子直径的数量级为________m，一般分子质量的数量级是___________kg.
4．阿伏加德罗常数，_____________mol的任何物质含有的微粒数相同，这个数叫阿伏加德罗常数，符号___________，其值为____________
例题：
例1：将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的酒精油酸溶液.
该酒精油酸溶液50滴的体积为1cm3，现取1滴溶液滴在水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成单分子油膜层，油膜面积0.2m2,由此估算油酸分子直径。
例2：已知水的摩尔体积是1.8×10-5
m3/mol，每个水分子的直径是4×10-10m
，设想水分子是一个挨一个排列的，求1mol水中所含的水分子数.
例3:
水的分子量18，水的密度为103kg/m3,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023个/
mol，则：
（1）水的摩尔质量M=__________
（2）水的摩尔体积V=__________
（3）一个水分子的质量m0
=_____________
（4）一个水分子的体积V0
=_____________
例4:已知铜的密度是8.9103kg/m3，相对原子质量64，通过估算可知每个铜原子所占的体积为(
)
A.
710-6m3
B.
110-29m3
C.
110-26m3
D.
810-24m3
例5:在标准状态下，氧气分子之间的平均距离是多少？已知氧气的摩尔质量为3.2×10-2kg/mol，1mol气体处于标准状态时的体积是2.24×10-2m3。【课后作业】
1
．分子直径和分子的质量都很小，它们的数量级分别为（
）
A．
B．
C．
D．
2．从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数
(
)
A．水的密度和水的摩尔质量
B．水的摩尔质量和水分子的体积
C．水分子的体积和水分子的质量
D．水分子的质量和水的摩尔质量
3．某固体物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则每个分子的质量和单位体积内所含的分子数分别是(
)
A．NA／M
ρNA／M
B．M／NA
MNA／ρ
C．NA／M
M／ρNA
D．M／NA
ρNA／M
4．阿伏加德罗常数是NA，铜的摩尔质量是M，铜的密度是ρ，则下列说法中错误的是(
)
A．1
m3铜所含的原子数目是ρNA/M
B．1
kg铜所含的原子数目是ρNA
C．1个铜原子的原子质量是M/NA
D．1个铜原子占有体积是M/(NAρ)
5．体积为10－4
cm3的油滴，滴在水面上展开成单分子油膜，则油膜面积的数量级为
(
)
A．108
cm2
B．106
cm2
C．104
cm2
D．102
cm2
6．只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离(
)
A．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量
B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度
C．阿伏加德罗常数，该气体的质量和体积
D．该气体的密度、体积和摩尔质量
【课后作业参考答案】
A
D
D
B
C
B(共54张PPT)
高二物理选修3-3第七章：分子动理论
第一节：物体是由大量分子组成的
本章开始我们学习热学
研究热现象有两种不同的方法：第一种是从宏观上总结热现象的规律，引入内能的概念，并把内能跟其他形式的能量联系起来；另一种是从物质的微观结构出发，建立分子动理论，热现象是大量分子无规则运动的表现
分子动理论的内容
1.物体是由大量分子组成的
2.分子永不停息地做无规则的运动
3.分子之间存在着相互作用力
道生一，一生二，二生三，三生万物
，世界万物的都是由“道”组成。
自古以来，人们就不断地探索物质组成的秘密
中国古代的自然观，以老子为代表
西方古代的自然观，以德谟克利特为代表
万物的本原是原子与虚空。原子是一种最后的不可再分的物质微粒。世界万
物都是由在虚空中运动着的
原子构成。
热学中所说的分子与化学中所说的分子不同：
化学中讲的分子是：具有各种物质的化学性质的最小微粒。
实际上构成物质的微粒是多种多样的，或是原子（如金属）或是离子（盐类）或是分子（如有机物）。
在热学中，由于原子、离子、分子这些微粒做热运动时遵从相同的规律，通常统称为分子。
物理学中的分子包括原子、离子和分子。
固体物质的分子
液体物质的分子
气体物质的分子
本节课【学习目标】
1、知道物体由大量分子组成;知道油膜法测分子大小原理，能进行测量和计算。
2、知道分子的球形和立方体模型，知道分子直径的数量级。
3、知道阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位,并能进行相关计算。
【重点难点】
1、重点知道分子大小数量级；用阿伏伽德罗常数进行有关计算
.
2、难点是理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法.
一.分子的大小、油膜法测量分子的直径
二.分子模型的建立
三.阿伏加德罗常数
本节导航
一、分子的大小
组成物质的分子是很小的，不但用肉眼不能直接看到它们，就是用光学显微镜也看不到它们。
那么怎样才能看到分子呢？
用扫描隧道显微镜（能有放大几亿倍）
我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排布图，图中的每个亮斑都是一个碳原子。
石墨表面原子的排布图
扫瞄隧道显微镜下的硅片表面原子的图像
放大上亿倍的蛋白质分子结构模型
怎样才能知道分子的大小呢？
分子的体积是极其微小的,用肉眼和光学显微镜都不能看到;放大到几十亿倍的扫描隧道显微镜才能看到
分子到底有多大？用什么方法才能测出分子的大小？
同学们先思考一个问题，如何比较准确地测出一粒小米的直径？
方法：先用量筒测出一定量小米的体积V，再将这些小米摊放在水平桌面上，不要重叠，一粒紧靠一粒。测出小米所占的面积S，则小米的直径：
用一个量筒、一把米尺、一定量的小米，若把小米看成球形的，如何测出小米的直径？
那么我们又如何测分子的直径呢？
归纳方法：（以油酸分子为例）
先测出油酸的体积，然后将这些油酸全部滴到水面上，油酸散开形成单分子油膜，测出油膜面积.若把分子看成球形，单分子油膜的厚度可以认为等于油酸分子的直径：
把一滴油酸滴到水面上，油酸在水面上散开形成单分子油膜，如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可认为等于油酸分子的直径。?
分子大小的估测——单分子油膜法
油酸分子
水
d
如何得知油酸体积？
如何得知油膜面积？
如何获得一滴油酸？怎样测量它的体积？
配制一定浓度的的油酸酒精溶液，例如向1ml油酸中加无水酒精得到500ml的油酸酒精溶液。
用注射器吸取配制好的溶液，把它一滴一滴地滴入量筒中，记录100滴溶液的体积，求出一滴溶液的体积。
根据溶液的浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积。
如果把一滴配制好的溶液滴在水面上，溶液中酒精会溶于水并很快挥发，油膜便是纯油酸形成的。
如何测量油膜的面积？怎样才能看清无色透明的油酸薄膜？
浮在水面上的痱子粉
油酸膜
水面上形成一块油膜
我们可以找来浅盘倒入一定量的水，然后在水面上均匀的撒上痱子粉或细石膏粉。再用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，这时痱子粉就可以显示出油酸薄膜的边界了，待油酸薄膜稳定后，将带有方格的玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描下油酸膜的形状。
实验：分子大小的估测——单分子油膜法
具体实验步骤：
1、配制油酸酒精溶液，取油酸1ml，注入500ml的容量瓶中，然后向容量瓶中注入酒精，直到液面达到500ml刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸在酒精中混合均匀，这样就得到了浓度是1/500的油酸酒精溶液
2、用注射器向小量筒内滴入1ml油酸酒精溶液，记下滴数，1ml约为100滴，则可求出每滴溶液中含纯油酸的体积
3、在水槽中倒入约2cm深的水，水面完全稳定后均匀的撒上痱子粉
4、等痱子粉完全静止后开始滴一滴油酸酒精溶液。过几分钟后油酸薄膜的形状趋于稳定。油酸散开形成单分子油膜.
5
、把玻璃板盖在水槽上。用彩笔把油酸薄膜的形状勾勒在玻璃板上。6、把画有油酸薄膜轮廓的玻璃复在坐标纸上（边长1cm）算出油酸薄膜的面积S（用四舍五入的方法统计有多少个1cm2的面积）。
7、根据每一滴油酸的体积Ｖ和薄膜的面积Ｓ即可算出油酸膜的厚度d＝Ｖ/Ｓ。即油酸分子的直径。
数格子时的注意事项：
1.确定大面积
2.再数小面积
3.大于半个当一个，小于半个舍去
这种方法是一种估测法，测定分子直径的方法还有很多，但无论哪一种方法测出分子直径的数量级都是相同的，都为10-10m
例1：将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液.
该油酸酒精溶液50滴的体积为1cm3，现取1滴溶液滴在水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成单分子油膜，油膜面积为0.2m2,由此估算油酸分子的直径。
1滴油酸酒精溶液的体积为：
其中含油酸体积为：
油酸分子直径为：
数量级:
一些数据太大或很小,为了书写方便,习惯上用科学记数法写成10的乘方数,如
3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级,
分子直径数量级:
除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m。
例如:
水分子直径是4×10-10m,
氢分子直径是2.3×10-10m
,
钨原子直径是2×10-10m.
固体、液体
常用小球模型
d
d
d
d
实际分子的结构是复杂的，单个分子可看作小球也可看作立方体
二.分子模型的建立
常用立方体模型
气体
d
d
d
①小球模型：在计算固、液体分子大小时，作为一个近似的物理模型，可以把分子看成是一小球.则：
②立方体模型：对于气体可以把分子当作是一个小立方体，这个小立方体的边长可以近似看成分子间的平均距离.即
分子直径
气体分子间的平均距离
三、阿伏加德罗常数
1.回忆化学中学过的阿伏加德罗常数.
1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数就叫阿伏加德罗常数
。
2、数值:
1986年X射线法
NA=6.0221367×1023/
mol(mol-1
).
一般计算时记作6.02×1023mol-1,粗略的计算可用6×1023mol-1
.
阿伏伽德罗常数是一个非常巨大的数字。
例如：1cm3水中含有3.35×1022个水分子。设想有一个人，每秒钟移去1万个水分子，要把这1cm3的水移完，将用1011年，即1000亿年，超过地球的年龄（45亿年）二十多倍！所以说，物体是由大量分子组成的。
3、常用计算：
（1）已知物质的摩尔质量MA，可求出分子质量m0
（2）已知物质的量（摩尔数）n，可求出物体所含分子的数目N．
（3）已知物体的摩尔体积VA
，可求出分子的体积
V0
阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁
微观
宏观
NA
桥梁
4.
阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁
(2)微观量：
单个分子体积V0
单个分子质量m0
分子的直径d
分子数N
(1)宏观量：
物质的体积V
物质的质量m
物质的密度ρ
物质的摩尔数n
物质的摩尔质量MA
物质的摩尔体积VA
…③
…②
…①
(3)宏观量与微观量的关系：
…⑥
对于固体、液体，我们常用球模型来求单个分子的体积
…⑤
[立方体模型]
…④
[球模型]
对于气体：我们常用立方体模型来求单个分子占据的空间体积
注意：因为固体、液体分子间距较小,可认为是一个个的小球，且是一个紧挨一个排列的，估算时，可忽略分子间的空隙。而气体分子间距很大，分子间空隙不能忽略。所以以上第⑥式不适用于气体，因为这样计算出来的是气体分子所占的平均空间，它比分子真实的体积大得多。
估算分子直径的数量级，可以用前面讲的两种模型：球模型、立方体模型。球模型常用于估算固体和液体分子直径大小;而立方体模型计算出来的是气体分子间的平均间距。有时，也可把固体、液体分子看成一个紧挨一个的立方体来处理.
所以
从而简化计算。
d
d
例2：已知水的摩尔体积是1.8×10-5
m3/mol，每个水分子的直径是4×10-10m
，设想水分子是一个挨一个排列的，求1mol水中所含的水分子数.
解：一个分子的体积：
1
mol水中所含的水分子数：
=6.0×1023
mol-1
N=
例3:
水的分子量18，水的密度为103kg/m3,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023/
mol，则：
（1）水的摩尔质量M=__________
18g/mol
（2）水的摩尔体积V=__________
M/ρ=18/1=18cm3/mol
（3）一个水分子的质量m0
=_____________
M/
NA
=18
/
6.02×1023g
=2.99
×10-26
kg
（4）一个水分子的体积V0
=_____________
V/
NA
=2.99
×10-23
cm3
例4.
已知铜的密度是8.9?103kg/m3，相对原子质量64，阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023/
mol，通过估算可知每个铜原子所占的体积为(
)
A.
7?10-6m3
B.
1?10-29m3
C.
1?10-26m3
D.
8?10-24m3
解析：铜的相对原子质量是64，则铜的摩尔质量是：
Mmol=64g/mol=64×10-3kg/mol
B
注：此题若要进一步估算铜原子的直径，则可用球模型：
例5.在标准状态下，氧气分子之间的平均距离是多少？已知氧气的摩尔质量为3.2×10-2kg/mol，1mol气体处于标准状态时的体积是2.24×10-2m3，阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023/
mol。
?
课堂小结
1、分子很小：单分子油膜法，一般分子直径的数量级为10-10m
2、分子很轻：一般分子质量的数量级为10-26--10-27kg
一、物体是由大量分子组成的
3、构建了分子的球形和立方体模型
二、应用阿伏加德罗常数NA=
6.02×1023mol-1，可以计算微观单个分子的质量、体积（气体分子所占空间）、计算物体所包含的分子个数。
例6：
已知空气的摩尔质量是
MA=29×10-3kg/mol
，则空气中气体分子的平均质量多大？成年人做一次深呼吸，约吸入450cm3的空气，则做一次深呼吸所吸入的空气质量是多少？所吸入的气体分子数量是多少？（按标准状况估算，标况下气体的摩尔体积是22.4
L/mol）
解析
:
１．空气分子的平均质量为：
2．成年人做一次深呼吸所吸入的空气质量为：
３．所吸入的分子数为：教
案
教学基本信息
课题
物体是由大量分子组成的
学科
物理
学段：
高中
年级
高二
教材
书名：物理选修3-3
出版社：人民教育出版社
出版日期：2010年
4
月
教学目标及教学重点、难点
教学目标
1、知道一般分子直径和质量的数量级；
2、知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位；
3、知道用单分子油膜方法估算分子的直径。
教学重点
学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法。
教学难点
运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、分子数等）的方法。
教学过程(表格描述)
教学环节
主要教学活动
设置意图
引入
新课
新课
练习
小结
前面的课程我们研究的都是力学的内容，从这节课开始我们学习热学。
在初中我们已经接触到有关热学的一些基础知识，它研究热现象的规律，而凡是跟温度有关的现象都叫做热现象。同学们我们生活中的热现象有那些呢？热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等都是热现象。热学知识在实际生活中有重要的应用，如各种热机和致冷设备的研制，化工，冶金，气象的研究，都离不开热学知识。
研究热现象有两种不同的方法：第一种是从宏观上总结热学现象的规律，引入内能的概念，另一种是从物质的微观结构出发，建立分子动理论，下面我们来学习第二种方法。
我们先来复习下初中学过的分子动理论的内容：1、物体是有大量分子组成的，2、分子永不停息地做无规则运动，3、分子间存在着相互作用力。大量分子无规则运动叫做分子的热运动，分子的热运动和分子间的相互作用力决定了物体的热学性质。那么人们是从什么时候开始提出物体是由分子组成的呢？
自古以来，人们就不断地探索物质组成的秘密。在两千多年前，中国古代的老子就提出了：世界万物都是由“道”组成的。古希腊的学者德谟克利特说过：万物都是由极小的微粒构成，并把这种微粒叫原子，这种古代的原子学说虽然没有实验根据，却包含了原子理论的萌芽。科学发展到今天，原子的存在早已被实验证实，而原子又能构成分子。
在化学课上同学们都学过有关分子的相关性质，化学中的分子含义是什么呢？
分子是具有各种物质化学性质的最小粒子
由于原子、分子、离子等做热运动时遵从相同的规律，所以物理学中统称为分子。
组成物质的分子是很小的，不但用肉眼不能直接看到它们，就是用光学显微镜也看不到它们。那么怎样才能看到分子呢？
现在能用放大几亿倍的扫描隧道显微镜和离子显微镜来观察到物质表面的分子
通过前面的内容我们知道了分子的体积是极其微小的,用肉眼和光学显微镜都不能看到，只有用放大几十亿倍的扫描隧道显微镜才能看到，那么，分子到底有多大？用什么方法才能测出分子的大小？科学家运用先进的仪器，可以进行精密的测量，得到分子直径的数量级为10-10m。我们没有这样的仪器，我们有什么办法进行估测吗？同学们先思考一个问题，如何比较准确地测出一粒小米的直径？
同学们可以发挥想象，例如可以把小米排成一排测量总长，再除上总个数，就可以得到单个小米的直径，也可以通过测体积的方法测量
如果用一个量筒、一把米尺、一定量的小米，若把小米看成球形的，如何测出小米的直径？
我们可以先用量筒测出一定量小米的体积V，再将这些小米摊放在水平桌面上，不要重叠，一粒紧靠一粒。测出小米所占的面积S，则小米层的厚度V/S就是小米的直径了
同学们想一想，这样的方法可以测量分子直径吗？由于分子的直径太小，把分子排成一条线很困难，所以用测体积的方法更容易，
如果能找出一定量的分子，测出体积，让其平铺，测出面积，就可得到其大小，
我们在化学课上学过油酸，油酸分子的一部分羧基，对对水有很强的亲和力；另一部分对水没有亲和力。将一滴油酸滴在水面上，水面上会形成一块油酸薄膜，如果水面足够大油酸充分展开，那么薄膜就是由单层的油酸分子组成的。具体实验步骤如下：
1、配制油酸酒精溶液，取油酸1ml，注入500ml的容量瓶中，然后向容量瓶中注入酒精，直到液面达到500ml刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中混合均匀，这样就得到了浓度是1/500的油酸酒精溶液
2、用滴管向小量筒内滴入1ml油酸酒精溶液，记下滴数，1ml约100滴，则可求出每滴酒精油酸溶液中含纯油酸体积
3、在水槽中倒入约2cm深的水，水面完全稳定后均匀的撒上痱子粉
4、等痱子粉完全静止后开始滴一滴酒精油酸溶液。过几分钟后油酸薄膜的形状趋于稳定。油酸散开形成单分子层，测出油层面积.
5
、把玻璃板盖在水槽上。用彩笔把油酸薄膜的形状勾勒在玻璃板上。
6、把画有油酸薄膜轮廓的玻璃复在坐标纸上（边长1cm）算出油酸薄膜的面积S（用四舍五入的方法统计有多少个1cm2的面积）。
7、根据每一滴油酸的体积Ｖ和薄膜的面积Ｓ即可算出油酸膜的厚度：d＝Ｖ/Ｓ。即油酸分子的直径。
下面我们回忆一下数学里学过的数量级概念：一些数据太大或很小,为了书写方便,习惯上用科学记数法写成10的乘方数,如
3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级,1×10-10m和
9×10-10m数量级都是
10-10m。
物理学中测定分子的大小的方法有许多种，用不同的方法测定的结果并不完全相同，但是数量级是一致的，测定结果表明，除了有些有机物质的大分子外，一般分子直径的数量级为10-10m。例如:
水分子直径是4×10-10m,
氢分子直径是2.3×10-10m
,钨原子直径是2×10-10m.
接下来我们来学习分子模型的建立
实际分子的结构是复杂的，单个分子可看作小球也可看作立方体
对于固体和液体我们可以近似认为分子是一个挨着一个的
对于气体我们可以建立立方体模型，因为气体比较稀薄，气体分子并不是一个挨着一个，所以立方体的边长不等于分子直径！
第三个内容：阿伏加德罗常数
，
大家回一下我们在化学课中学过的阿伏加德罗常数是怎么定义的：
1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数就叫阿伏加德罗常数
。
那阿伏伽德罗常数是怎么算出来的呢？我们可以根据分子的大小，计算出阿伏加德罗常数
阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断地用各种方法测定它，以期得到更精确的值，1986年利用X射线测得的阿伏伽德罗常数是NA=6.0221367×1023/
mol
，一般计算时记作6.02×1023mol-1,粗略的计算可用6×1023mol-1
.
阿伏伽德罗常数是一个非常巨大的数字。
例如：1cm3水中含有3.35×1022个水分子。设想有一个人，每秒钟移去1万个水分子，要把这1cm3的水移完，将用1011年，即1000亿年，超过地球的年龄（45亿年）二十多倍！所以说，物体是由大量分子组成的。
例题练习
例1：将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液.
该油酸酒精溶液50滴的体积为1cm3，现取1滴溶液滴在水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成单分子油膜，油膜面积为0.2m2,由此估算油酸分子的直径。
例题2：已知水的摩尔体积是1.8×10-5
m3/mol，每个水分子的直径是4×10-10m
，设想水分子是一个挨一个排列的，求1mol水中所含的水分子数
例3:
水的分子量18，水的密度为103kg/m3,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023/
mol，则：
（1）水的摩尔质量M=__________
（2）水的摩尔体积V=__________
（3）一个水分子的质量m0
=_____________
（4）一个水分子的体积V0
=_____________
例4.
已知铜的密度是8.9103kg/m3，相对原子质量64，通过估算可知每个铜原子所占的体积为(
)
A.
710-6m3
B.
110-29m3
C.
110-26m3
D.
810-24m3
例5.在标准状态下，氧气分子之间的平均距离是多少？已知氧气的摩尔质量为3.2×10-2kg/mol，1mol气体处于标准状态时的体积是2.24×10-2m3
课堂小结
一、物质是由分子组成的
1、分子很小：单分子油膜法，一般分子直径的数量级为10-10m
2、分子很轻：一般分子质量的数量级为10-26--10-27kg
3、构建了分子的球形和立方体模型
二、应用阿伏加德罗常数NA=
6.02×1023mol-1，可以计算微观单个分子的质量、体积（气体分子所占空间）、计算物体所包含的分子个数。
简单介绍热学
引入研究问题
复习初中学过的分子动理论
介绍热学中分子概念与化学中的区别
分子很小
油膜法测分子直径
介绍科学计数法
分子模型的建立
阿伏加德罗常数
例题
小结
