第1节 物体是由大量分子组成的
主编：仪传文 主审：高二物理组 2012-3-5
【学习目标】
（1）知道物体是由大量分子组成的。
（2）知道用油膜法测定分子大小的原理和方法。
（3）知道物质结构的微观模型，知道分子大小、质量的数量级。
（4）理解阿伏加德罗常数的含义，并记住这个常数的数值和单位；会用这一常数进行有关计算或估算；领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的纽带。
【课前预习】
1．分子的大小 自然界中所有物质都是由大量的分子组成的。此处所提出的“分子”是个广义概念，指组成物质的 、 或 。多数分子的数量级为
2、教材中讲到估测分子的大小的方法是
3、阿伏加德罗常数是指 ， 用符号NA表示。阿伏加德罗常数是一个很重要的常数，它把 、 这些宏观量与分子质量，分子大小等微观量联系起来了。
【课内探究】
一．分子的大小
【思考题】
分子是看不见的，怎样能知道分子的大小呢？
实验:用油膜法估测分子的大小
1、实验原理
利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看作球形,测出 一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=V/S计算出油膜的厚度.这个厚度就近似等于油酸分子的直径.（如图）
2、实验器材
浅盘、痱子粉、注射器、 、有机玻璃板、彩笔、坐标纸、铅笔及油酸溶液．
3、实验步骤
（1）1．配制酒精油酸溶液，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到500 mL酒精油酸溶液；
（2）用注射器或滴管将酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，并计下量筒内一定体积VN时的滴数N.算出每滴酒精油酸溶液的体积V0＝_________；
（3）向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上；
（4)用注射器或滴管将酒精油酸溶液滴在水面上一滴；
(5)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上；
(6)将画有油酸薄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，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)；
(7)根据酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，算出油酸薄膜的厚度
d＝_____；
4、误差分析
（1）形成的油膜不是单分子油膜
让油膜尽可能散开，等收缩到稳定状态再进行测量．要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜等．
（2）纯油酸体积的计算误差
要用累积法测油滴的体积．先测出1 mL的酒精油酸溶液的滴数，从而计算出一滴酒精油酸溶液的体积．再由油酸的浓度算出油酸的体积．
（3）油膜的面积S测算产生的误差
油膜形状画线误差：用浅盘使玻璃尽量靠近液面，画线尽量和油膜边缘对应．
数格子法，带来的误差
用坐标纸，测出形状不规则油膜的面积．数出不规则图形的轮廓包围的方格数，计算方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，方格边长的单位越小，用这种方法求出的面积越精确．
5、注意事项
（1）测1滴酒精油酸溶液的体积时，滴入量筒中的酒精油酸溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小．
（2）浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．
（3）在水面撒痱子粉后，不要再触动盘中的水．
（4）利用坐标纸求油膜面积时，以边长1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半格的舍去，多于半格的算一个．
例1、 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为104 mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴50滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，如下图所示，标纸中正方形小方格的边长为20 mm.求：
(1)油膜的面积是多少？
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？
思考：在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理，请问：有哪些地方做了理想化处理 ？
数量级：一般分子直径的数量级为 （除少数有机物大分子以外）
例2、将1cm3油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，已知1cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积为0.2m2，由此可估测油酸分子直径是多少？
阿伏加德罗常数
1、定义：
2、数值：
3、意义：
4、应用
A、计算物质所含的粒子数
例3.求:1cm3水中含有的分子数(1mol水的质量是0.018kg)
B、计算分子的质量
例4.已知:水和氢气的摩尔质量分别是1.8×10-2kg/mol和2×10-3kg/mol，求水分子和氢分子的质量（已知NA=6.0×1023mol-1)
C、计算分子的体积
例5.已知：水的摩尔质量是1.8×10-2kg/mol，水的密度是1×103kg/m3，求水分子的体积（已知NA=6.0×1023mol-1）
课堂练习
1、下列哪一组已知数据中能求出阿伏加德罗常数 （ ）
A物质分子的质量和体积
B物体的质量和它的摩尔质量
C物体的质量、密度和它的分子体积
D物体的摩尔体积、密度及其分子质量
2、1克水中含有的水分子个数为（ ）
A 6.02×1023 B 3.01×1023 C 6.02×1022 D 3.34×1022
3.已知阿伏加德罗常数为NA，铜的摩尔质量为M，密度为ρ（均为国际单位），则（ ）
A．1m3铜原子含原子数目为ρNA/M
B．1个铜原子质量是M /NA
C．1个铜原子的体积是M/ρNA
D．1kg铜所含原子的数目是ρNA
4.只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子的平均距离 （ ）
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、该气体的摩尔质量和体积
D．该气体的密度、体积和摩尔质量
5.下列数据能求出阿伏加德罗常数的是（ ）
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
6.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 =_____________
（5）10g水中含有的分子数目N=___________________
课后拓展
估算在标准状态下气体分子间的距离
姓名
班级(共38张PPT)
第十一章 分子热运动 能量守恒
一、物体是由大量分子组成的
第七章分子动理论
一、物体是由大量分子组成的
教学目标
1．在物理知识方面的要求：
（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。
2．培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。
1,3,5
3．渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。
二、重点、难点分析
1．重点有两个，其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；其二是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。
2．尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。
三、教具
1．幻灯投影片或课件：水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子分布的图样。
2．演示实验：演示单分子油膜：油酸酒精溶液（1∶200），滴管，直径约20cm圆形水槽，烧杯，画有方格线的透明塑料板。
引入：
初中学过的有关分子运动的内容中，我们已知道物体是由大量分子组成的．
寻找微观量与宏观量之间的关系是我们从本节起所涉及的一个重要问题，它可以帮助我们从宏观与微观两个不同的角度去观察和了解事物，加深对问题本质的理解．
在热学中由于原子、离子、或分子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子.
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。 那怎么才能看到分子呢？
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.
用扫描隧道显微镜
（能有放大几亿倍）
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？
粗略测定分子大小的方法叫油膜法.
一、实验原理
当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成___________________．实验中如果测出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的__________，即可估算出油酸分子的直径．
一个单分子层油膜
面积S
二、实验器材
清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约30 cm～40 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔、痱子粉(或石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)．
三、实验步骤
1．配制酒精油酸溶液，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到500 mL酒精油酸溶液；
2．用注射器或滴管将酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，并计下量筒内一定体积VN时的滴数N.算出每滴酒精油酸溶液的体积V0＝_________；
3．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上；
4．用注射器或滴管将酒精油酸溶液滴在水面上一滴；
5．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上；
VN/N
6．将画有油酸薄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，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)；
7．根据酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，算出油酸薄膜的厚度d＝_____；
V/S
一、误差分析
1．形成的油膜不是单分子油膜
让油膜尽可能散开，等收缩到稳定状态再进行测量．要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜等．
2．纯油酸体积的计算误差
要用累积法测油滴的体积．先测出1 mL的酒精油酸溶液的滴数，从而计算出一滴酒精油酸溶液的体积．再由油酸的浓度算出油酸的体积．
3．油膜的面积S测算产生的误差
(1)油膜形状画线误差：用浅盘使玻璃尽量靠近液面，画线尽量和油膜边缘对应．
(2)数格子法，带来的误差
用坐标纸，测出形状不规则油膜的面积．数出不规则图形的轮廓包围的方格数，计算方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，方格边长的单位越小，用这种方法求出的面积越精确．
二、注意事项
1．测1滴酒精油酸溶液的体积时，滴入量筒中的酒精油酸溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小．
2．浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．
3．在水面撒痱子粉后，不要再触动盘中的水．
4．利用坐标纸求油膜面积时，以边长1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半格的舍去，多于半格的算一个．
例1、 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为104 mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴50滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，如下图所示，标纸中正方形小方格的边长为20 mm.求：
(1)油膜的面积是多少？
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？
【解析】 (1)轮廓包围的小方格约58个，
则油膜的面积
S＝58×(2×10－2)2 m2＝2.32×10－2 m2.
在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理，请问：有哪些地方做了理想化处理 ？
②把分子看成球形.
答：①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层.
油分子一个紧挨一个整齐排列;
思考
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。
一般分子直径的数量级为10-10m（除少数有机物大分子以外）
数量级
将1cm3油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液，已知1cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积为0.2m2，由此可估测油酸分子直径是多少？
1滴油酸酒精的体积为 V=1/50cm3
解：
油酸分子的直径为
其中含油酸体积为
二、阿伏加德罗常数
1．阿伏加德罗常数NA：
1摩尔（mol）任何物质所含的微粒数叫做阿伏加德罗常数.
2．阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁．
3、应用
A、计算物质所含的粒子数
例3.求:1cm3水中含有的分子数(1mol水的
质量是0.018kg)
B、计算分子的质量
分子质量的数量级: 10-26--10-27kg
例4.已知:水和氢气的摩尔质量分别是1.8×10-2kg/mol和2×10-3kg/mol，求水分子和氢分子的质量（已知NA=6.0×1023mol-1)
C、计算分子的体积
不适用于求气体分子的体积
但能计算气体分子所占的空间体积
例5.已知：水的摩尔质量是1.8×10-2kg/mol，水的密度是1×103kg/m3，求水分子的体积（已知NA=6.0×1023mol-1）
［小结］
1.一般物体中的分子数目是很大的.
2.一般分子的质量也是很小的.?一般分子质量数量级是10-26Kg
3.阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁，通过该常数把摩尔质量、摩尔体积跟分子质量、分子大小等微观物理量联系起来了.
一般分子直径的数量级为10-10 m
分子的模型：把分子看成球形或正方体模型。
随堂练习
1、下列哪一组已知数据中能求出阿伏加德罗常数 （ ）
A物质分子的质量和体积
B物体的质量和它的摩尔质量
C物体的质量、密度和它的分子体积
D物体的摩尔体积、密度及其分子质量
D
D
2、1克水中含有的水分子个数为（ ）
A 6.02×1023 B 3.01×1023
C 6.02×1022 D 3.34×1022
3.已知阿伏加德罗常数为NA，铜的摩尔质量为M，密度为ρ（均为国际单位），则（ ）
A．1m3铜原子含原子数目为ρNA/M
B．1个铜原子质量是M /NA
C．1个铜原子的体积是M/ρNA
D．1kg铜所含原子的数目是ρNA
ABC
4.只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子的平均距离 （ ）
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、该气体的摩尔质量和体积
D．该气体的密度、体积和摩尔质量
B
5.下列数据能求出阿伏加德罗常数的是（ ）
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
D
6.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=__________
18g/mol
（2）水的摩尔体积V=__________
M/ρ=18/1=18g/cm3
（3）一个水分子的质量m0 =_____________
M/ NA =18 / 6.02×1023 =2.99 ×10-26 kg
（4）一个水分子的体积V0 =_____________
V/ NA =2.99 ×10-23 cm3
（5）10g水中含有的分子数目N=___________________
mNA/M=3.344 ×1021
估算在标准状态下气体分子间的距离。
解：将每个空气分子所占据的空间设为小立方体，则小立方体的边长为气体分子间的距离。(V摩尔=22.4×10-3 m3)
NA×d3=V摩尔
d= （V摩尔 / NA ）1/3
=[22.4×10-3 /（ 6.02×1023 ）]1/3m
=3.8 ×10-9 m
课后拓展
结 束
