人教版高中物理选修3-3课件：7.1物体是由大量分子组成的(31张幻灯片)

(共31张PPT)
第七章
分子动理论
第一节
物体是由大量分子组成的
教学目标
1.知识与能力
知道物体是由大量分子组成的。
知道油膜法测分子大小的原理，并能估测出分子的大小。
知道分子的球型结构和分子尺度的数量级。
知道阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位，并掌握与之有关的计算或估算方法。
掌握油膜法测分子的大小的方法。
理解阿伏加德罗常数在微观与宏观量中的桥梁作用。
注意观察与欣赏身边的各种事物，领略其美好的一面。
通过实验总结规律，以便更好的解决生活中存在的问题。
2.过程与方法
3.情感态度与价值观
教学重难点
重点
理解和学会用单分子油膜法估测分子大小（直径）的方法。
分子大小的数量级。
用阿伏加德罗常数进行有关计算或估测的方法。
难点
理解和学会用单分子油膜法估测分子大小（直径）的方法。
①怎样估算油酸分子的大小？
分子并不是球形的，但为了方便估算，我们把它看做球形处理。
注意
油酸分子
d
水面上单分子油膜的示意图
把1滴油酸滴在水面上，水面上形成一块单层油酸分子薄膜，我们把它看做球形，测出油膜厚度d，即油酸分子的直径。
实验
油膜的厚度等于这一滴油酸的体积与它形成的面积的比。
1.
油膜法测分子直径
②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，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。
这样就可以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。
③如何测量油膜的面积？
浮在水面上的
痱子粉
油酸膜
水面上形成一块油膜
怎样才能看清无色透明的油酸薄膜？
先往浅盘中倒入水，然后将痱子粉或细石膏粉均匀的撒在水面上。
用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液。
待油酸薄膜稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。
将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内的正方形个数，不足半个的舍去，多余半个的按一个计算从而计算出油膜的面积。
注意
油酸酒精溶液配比要合理；滴数时每滴大小相同；撒痱子粉或石灰粉时要均匀；等溶液稳定后画轮廓；计算方格时要细心。
因此，根据1滴油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=
，即油膜分子的大小。
实验误差：
油酸酒精溶液的实际浓度和计算值有差别。
1滴油酸酒精溶液的实际浓度和计算值有差别。
油酸分子在水面上不一定是均匀单层分布。
在数方格计算油膜面积的时候出现误差。
油膜法测分子大小是早期测定分子大小的一种方法，本实验是利用宏观量的测定求出微观量的大小。
2.
分子的大小
热学中提到的“分子”是指组成物质的原子，分子或离子等，因为它们都遵循相同的热运动规律。自然界中所有物质都是由大量的、不连续的分子组成的。
名词解释
组成物质的分子非常小，不但用肉眼无法直接看到，就使用高倍的光学显微镜也看不到，只有放大几亿倍的扫面隧道显微镜才能观察到物质表面原子的排列。
扫描隧道显微镜下的原子
液体、固体的分子排列比较紧密，我们一般把它们看做小球，即认为固体、液体分子是紧密挨在一起的小球，因此，小球的直径就是该物体的分子直径。
气体分子的分子间距很大，因此我们就不能认为它们是紧密挨在一起的了，但可以把每个分子所占的空间体积看做一个正方形，那么正方体棱长也就等于分子间的平均距离。
固体、液体分子
d
气体分子
d
用不同方法测出的分子大小有差异，但是数量级是相同的，除了一些有机物质大分子外，分子直径的数量级为10-10m。
练习：已知水分子的直径是4×10-10m，每个水分子的体积是多少？若认为水分子是一个紧挨着另一个的，那么一毫升水中有多少个水分子？假若你一秒钟可以数十个数，要让你数完这些分子需要多长时间？
解：一个水分子的体积：
一毫升水中含有水分子的个数：
数完这些水分子需要的时间
3.
阿伏加德罗常数
在化学课中我们已经学过，1mol任何物质都含有相同的分子数，用阿伏加德罗常数NA表示，正式的定义是0.012千克碳12中包含的碳12的原子的数量。
直到19世纪中叶，“阿伏伽德罗常量”的概念才正式由法国科学家让·贝汉提出，而在1865年，NA的值才首次通过科学的方法由德国人约翰·洛施米特测定出，NA=6.0221367×1023mol-1
。
通常取NA=6.02×1023mol-1，粗略计算时取NA=6.0×1023mol-1
。
通过上面的例题可以看出宏观物体是由大量分子组成的。
阿伏加德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁，所以涉及分子动理论中有关分子大小的计算时，常常用到该常量及相关公式。
1.
2.
3.
4.
5.
6.
公式集锦
各符号所代表的物理量
m—物质质量
M—摩尔质量
m0—分子质量
V—物质体积
VM—摩尔体积
NA—阿伏加德罗常数
V0—分子体积或气体分子所占据的平均空间
n—物质的量
N—分子总个数
d—分子直径或气体分子之间的平均距离
ρ—物质的密度
通过以上公式不难看出，不论是估算分子的质量、估算分子的数目、估算分子的体积、估算分子的直径还是估算分子的平均距离，都离不开阿伏加德罗常数，足以见得阿伏加德罗常数对宏观量和微观量的重要作用。
NA是联系宏观量和微观量的桥梁。
课堂小结
1.
单分子油膜法测定分子大小是把分子想象成小球，利用球体的球直径方法测得的，实验过程中应注意减小不必要的误差的产生。
2.
分子大小的数量级是10-10m，分子其实很小但结构却相当复杂，我们要学会建立分子结构模型。
3.阿伏加德罗常数是联系微观和宏观的桥梁，我们知道怎么运用其做相应计算。
高考链接
1.
某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为（
）
A.
B.
C.
D.
BC
解析
A中，用物质的体积除以分子占据的平均空间得到的是分子的总个数，故A错。
D中，用分子的摩尔质量除以物质质量，是物质的量的倒数，故D错。
2.
将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，已知1cm3的溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一层单分子薄膜，已测出这一薄层的面积是0.2m2，由此可估测油酸分子的直径为
m。
5×10-10
解析
每滴油酸酒精溶液中油酸体积
油酸分子直径
课堂练习
1.
某学生在用油膜法测分子直径试验中，计算结果明显偏大，可能是由于（
）
A.
油酸未完全散开
B.
油酸中含有大量酒精
C.
计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.
求每滴体积时，1ml的溶液的滴数误多记了10滴
AC
解析
如果油酸未完全散开，则不能形成单分子油膜，油膜厚度大于分子直径，测量结果偏大，A正确。
油膜酒精溶液中酒精易溶解挥发，故不影响实验结果，B错误。
计算油膜面积时，方格数不足半个的舍去，多余半个按一个计算，现舍去所有不足一个的，则油膜面积偏小，由
计算出分子直径偏大，C正确。
求每滴体积，误多记了10滴，则每滴体积测量结果偏小，分子直径计算结果偏小，D错误。
2.
若已知阿伏加德罗常数，物质的摩尔质量，摩尔体积，则可以计算出（
）
A.
固体物质分子的大小和质量
B.
液体分子的大小和质量
C.
气体分子的大小和质量
D.
气体分子的质量和分子间的平均距离
ABD
解析
根据之前罗列的六个基本公式即可解出。
3.
房间地面表面积15m2，高3m，空气平均密度ρ=1.29kg/m3,空气平均摩尔质量M=2.9×10-2kg/mol，则该房间内空气的质量为______kg，空气分子间的平均距离为____________
m。
解析
房间内体积
房间内空气质量
房间内空气分子分数
每个空气分子占空间体积
空气分子间平均距离
58
3.3×10-9
4.
已知铜的摩尔质量是6.4×10-2kg/mol,密度为8.9×103kg/m3,阿伏加德罗常数为6.0×1023mol-1，估算铜原子的直径为_________m（要求一位有效数字）。
解析
铜原子的直径
3×10-10
5.
已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3，水的摩尔质量M=1.8×10-2kg/mol。
求⑴1g水中含多少水分子？⑵水分子的质量是多少？⑶估算水分子的直径（取二位有效数字）
解析
⑴
个
⑵分子的质量
kg
⑶一个水分子的体积
，将水分子视为球型，则
，所以得到
，于是
6.
已知金刚石的密度是3500kg/m3,有一小块金刚石，体积是5.7×10-8m3，此小块金刚石中含有多少个碳原子？设想金刚石中碳原子是紧密堆在一起的，估算碳原子的直径。
解析
碳原子个数:
碳原子直径：
问题与练习
1.设薄膜的质量为m,密度为ρ1，面积为S，厚度为d,盐水的密度为ρ2，薄膜在盐水中悬浮，表明薄膜和盐水的密度相等，ρ1=ρ2。又因为ρ1=
=
，所以d=
=
=1.5×10-3m
2.(1)设一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，则V=
=8×10-6mL
(2)由题可知，油酸大约占108个小格，故油酸面积S=108×10-4m2=1.08×10-2m2
(3)油酸分子的直径d=
=
3.根据铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10-2kg/mol，可知1m3铜的分子数为
n=
假设铜原子为球形，其直径为d，则1个铜原子所占的体积大约为d3。此有nd3=1，铜原子直径d=
4.设在标准状态下，一个氧气分子所占的空间为V，分子间的平均距离为r
。所以，一个氧气分子所占的空间V0=
分子间的平均距离r
=