高中物理SWSJ鲁科版选修33教学案第1章 第1节 分子动理论的基本观点含答案.docx
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高中物理SWSJ鲁科版选修33教学案第1章第1节分子动理论的基本观点含答案
2019-2020年高中物理(SWSJ)鲁科版选修3-3教学案:
第1章第1节分子动理论的基本观点(含答案)
1.物体是由大量分子组成的,分子直径的数量级是10-10m,用油膜法可粗略测得分子大小。
2.阿伏伽德罗常数(NA=6.02×1023mol-1)是一个重要的基本常量,是宏观量和微观量联系的桥梁。
3.布朗运动间接地证明了组成物质的分子在做永不停息的无规则运动,温度越高,布朗运动越剧烈。
4.分子间同时存在着引力和斥力,对外表现的是引力与斥力的合力,其大小与分子间的距离有关。
物体由大量分子组成
[自读教材·抓基础]
1.分子的大小
(1)一般分子直径的数量级为10-10m。
(2)分子质量的数量级为10-27~10-25kg范围之内。
2.阿伏伽德罗常数
(1)定义:
1mol任何物质含有分子的数目都相同,为常数。
这个常数叫做阿伏伽德罗常数。
(2)数值:
NA=6.02×1023mol-1。
(3)意义:
阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量,通过它可以将物质的体积、质量这些宏观量与分子的大小、质量这些微观量联系起来。
3.用油膜法测量油酸分子的大小
(1)实验原理
把一定体积V的油酸滴在水面上形成单分子油膜,如图111甲,测得油膜面积S,根据V=Sd,得d=,d即为分子直径,如图乙所示。
图111
(2)实验器材
油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅水盘、玻璃板、彩笔、坐标纸、痱子粉。
[跟随名师·解疑难]
1.分子的两种简化模型
球形
立方体
意义
对于固体和液体,分子间距离比较小,可以认为分子是一个个紧挨着排列的,通常把分子看成球体模型,分子间的距离等于分子的直径。
对于气体,分子间距离比较大,是分子直径的数十倍甚至上百倍,此时把气体分子平均占据的空间视为正方体模型,正方体的边长即为分子间的平均距离。
图例
公式说明
由V0=πr3和d=2r得:
d=(式中r、d分别表示分子的半径和直径,V0表示一个固体或液体分子的体积)。
由V0=d3得:
d=(式中d表示分子间的平均距离,V0表示一个气体分子平均所占的空间体积)。
2.阿伏伽德罗常数有哪些应用?
(1)分子的质量:
m0=(MA表示摩尔质量)。
(2)分子的体积:
V0==(适用于固体和液体,VA表示摩尔体积)。
(3)单位质量中所含有的分子数:
n=。
(4)单位体积中所含有的分子数:
n==。
(5)气体分子间的平均距离:
d==(V0为气体分子所占据空间的体积)。
(6)固体、液体分子直径:
d==。
[特别提醒]
V0=
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
下列可算出阿伏伽德罗常数的一组数据是( )
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
解析:
选D 由水的摩尔质量M除以一个水分子的质量m,即可算出1mol水包含的水分子的个数,即阿伏伽德罗常数,故D项正确。
分子永不停息地做无规则运动
[自读教材·抓基础]
1.扩散现象
(1)定义:
不同的物质彼此进入对方的现象。
(2)普遍性:
气体、液体和固体都能够发生扩散现象。
(3)规律:
温度越高,扩散现象越明显。
(4)意义:
扩散现象表明,分子在永不停息地运动,温度越高,分子的运动越剧烈。
2.布朗运动
(1)定义:
悬浮在液体(或气体)中的微粒所做的永不停息的无规则运动。
(2)产生的原因:
微粒在液体中受到液体分子的撞击不平衡引起的。
(3)影响布朗运动的因素:
①颗粒大小:
颗粒越小,布朗运动越明显。
②温度高低:
温度越高,布朗运动越剧烈。
(4)意义:
反映了分子在永不停息地做无规则运动。
3.热运动
(1)定义:
分子的无规则运动。
(2)影响因素:
温度越高,分子的无规则运动越剧烈。
[跟随名师·解疑难]
1.布朗运动与分子热运动的异同点?
布朗运动
热运动
不同点
研究对象
固体小颗粒(微粒)
(大量)分子
产生
各个方向液体(或气体)分子撞击悬浮微粒的不平衡引起
大量分子无规则的运动
相同点
(1)做永不停息的无规则运动
(2)运动的激烈程度都与温度有关,温度越高,运动越激烈
联系
布朗运动的无规则性间接反映了液体(或气体)分子运动的无规则性
[特别提醒]
(1)布朗颗粒是宏观的颗粒,不是微观的分子。
(2)布朗颗粒:
宏观足够小——不能用肉眼直接观察到,可在显微镜下看到;微观足够大——由成千上万个分子组成,本身并不是分子。
如:
布朗颗粒大小约为10-6m(包含约1021个分子),而一般分子直径只约为10-10m。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
关于布朗运动与分子运动(热运动)的说法中正确的是( )
A.微粒的无规则运动就是分子的运动
B.微粒的无规则运动就是固体颗粒分子无规则运动的反映
C.微粒的无规则运动是液体分子无规则运动的反映
D.因为布朗运动的剧烈程度跟温度有关,所以布朗运动也可以叫做热运动
解析:
选C 微粒是由大量的分子组成的,它的运动不是分子的运动,A错误。
布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒受到液体分子的作用而做的无规则运动,它反映了包围固体小颗粒的液体分子在做无规则运动,B错误,C正确。
布朗运动的对象是固体小颗粒,热运动的对象是分子,所以布朗运动不是热运动,D错误。
分子间存在着相互作用力
[自读教材·抓基础]
1.研究表明,分子间同时存在着引力和斥力。
它们的大小与分子间的距离有关。
2.分子力与分子间距离的关系:
r与r0的关系
f引与f斥的关系
分子力情况
r=r0(平衡位置)
f引=f斥
f为0
r f引 f表现为斥力 r>r0 f引>f斥 f表现为引力 r>10r0 f引和f斥 都十分微弱 f为0 (1)若以米为单位,r0的数量级一般是10-10m。 (2)分子间的引力和斥力都随着分子间的距离的增大而减小,随着分子间距离的减小而增大,但斥力比引力变化得更快。 [跟随名师·解疑难] 1.如何用图像表示分子间作用力? 分子间的引力和斥力都随分子间距离r的变化而变化,但变化情况不同。 如图112所示,其中,虚线分别表示引力和斥力随分子间距离r的变化图线,实线表示它们的合力f随分子间距离r的变化图线。 图112 2.分子力与分子间距离变化的关系 (1)当r=r0时,f引=f斥,f=0。 (2)当r (3)当r>r0时,f引和f斥都随分子间距离的增大而减小,但f斥减小得更快,分子力表现为引力。 (4)当r≥10r0(10-9m)时,f引和f斥都十分微弱,可认为分子间无相互作用力(f=0)。 [特别提醒] (1)平衡位置: ①分子间距离等于r0(数量级为10-10)的位置叫平衡位置。 ②r=r0时,分子力为零,并不是分子间无引力和斥力,也不是指分子静止不动。 (2)分子之间的引力和斥力总是同时存在的,且当分子之间距离变化时,引力和斥力同时发生变化,只是斥力变化更快一些。 [学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手) 下列有关分子间相互作用力的说法中,正确的是( ) A.当r=r0时,分子间没有力的作用 B.当r C.当r>r0时,分子间的作用力只有引力 D.当r>10r0时,分子间的作用力可以忽略 解析: 选D 分子间的引力和斥力同时存在,当r=r0时,分子间的引力和斥力大小相等,方向相反,合力为零,合力为零不是说分子间没有力的作用,故A错;当r 有关阿伏伽德罗常数的计算问题 阿伏伽德罗常数NA是联系宏观物体的质量、体积、物质的量和微观分子的质量、体积、分子数的桥梁。 如下表表示: 宏观物理量 联系宏观与微观的物理量 微观分子 物体的质量m 摩尔质量ML 分子质量m0 物体的体积V 摩尔体积VL 分子体积V0 物质的量n 阿伏伽德罗常数NA 分子总个数N 物质的密度ρ [典题例析] 1.水的摩尔质量是18g·mol-1,水的密度是ρ=1.0×103kg/m3,阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1,求: (1)水分子的质量; (2)100g水中所含的水分子数。 (取两位有效数字) [思路点拨] (1)1mol水中含有的水分子数是多少? 提示: 1mol水中含有的水分子数为NA。 (2)求水分子的直径时可以按照怎样的思路进行分析? 提示: 可以先求出1mol水的体积,再根据阿伏伽德罗常数,计算出1个水分子的体积,进而求出水分子的直径。 解析: (1)由题意知,水的摩尔质量M=18g/mol,阿伏伽德罗常数 NA=6.02×1023mol-1 所以一个水分子的质量 m==kg=3.0×10-26kg。 (2)100g水所含的水分子数为 n=·NA=×6.02×1023=3.3×1024(个) 答案: (1)3.0×10-26kg (2)3.3×1024个 [探规寻律] 求解与阿伏伽德罗常数有关问题的思路 [跟踪演练] (多选)若以μ表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ为标准状态下水蒸气的密度,NA为阿伏伽德罗常数,m、Δ分别表示每个水分子的质量和体积,下面四个关系式表示正确的是( ) A.NA= B.ρ= C.m=D.Δ= 解析: 选AC NA==,A对。 NA=,所以m=,C对。 而对于气体分子来说,由于其两邻近分子间距离太大,求出的是一个气体分子占据的空间,而不是单个气体分子的体积(其体积远小于该值),所以D错,而B式是将D式代入A式和C得出的,故B错。 对布朗运动的考查 [典题例析] 2.图113是某液体中布朗运动的示意图(每隔30s记录一次微粒的位置),下列说法中正确的是( ) 图113 A.图中记录的是液体分子无规则运动的情况 B.图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹 C.粒子越大,布朗运动越明显 D.反映了液体分子运动的无规则性 [思路点拨] →→ 解析: 布朗运动不是固体分子的无规则运动,而是大量液体分子做无规则运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞,从而使小颗粒做无规则运动,即布朗运动是固体颗粒的运动,温度越高,分子运动越激烈,布朗运动也越激烈,A错误;粒子越小,某一瞬间跟它撞击的分子数越少,撞击作用的不平衡性表现得越明显,即布朗运动越显著,故C错误;图中每个拐点记录的是粒子每隔30s的位置,而在30s内粒子做的也是无规则运动,而不是直线运动,故B错误;布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性,D正确。 答案: D [探规寻律] 布朗运动示意图的分析方法 布朗运动是无规则的,分析布朗运动示意图时要注意: (1)布朗运动示意图中每个拐点记录的是微粒每隔一段时间(如30s)的位置,可采用频闪照相的办法记录。 (2)两位置所画线段是人为画的,在30s内,微粒仍做无规则运动。 (3)不能将示意图中的折线当做微粒的运动轨迹,每一段折线也不可认为是对应这段时间内的匀速直线运动轨迹,在这段时间内运动仍然是很复杂的。
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