高中物理第七章第一节物体是由大量分子组成的学案新人教版选修33.docx

高中物理第七章第一节物体是由大量分子组成的学案新人教版选修33.docx

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高中物理第七章第一节物体是由大量分子组成的学案新人教版选修33

物理选修3－3（人教版）

物体是由大量分子组成的

1．知道物体是由大量分子组成的．

2．知道油膜法测分子大小的原理，并能进行测量和计算．通过油膜法实验使学生知道科学研究中的一种方法：

利用宏观量求微观量．

3．知道分子的球形模型，知道分子直径的数量级．初步认识到微观世界是可以认知的，人类探究微观世界经历了漫长的过程，而且意识到这种探索还将持续下去．

4．知道阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位．

1．分子．

分子是保持物质化学性质的最小微粒．实际上，构成物质的单元是多种多样的，或是原子（如金属）或是离子（如盐类）或是分子（如有机物）．在热学中，由于这些微粒做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子．

2．分子大小．

（1）分子的大小可以从以下几个方面来认识．

（2）分子模型．

物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型．

①固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝

（球体模型）或d＝

（立方体模型）．

②气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间．如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝

.

3．油膜法测分子大小．

（1）原理：

把一滴油酸（事先测出其体积V）滴在水面上，在水面上形成油膜．认为是单层分子油膜，且把分子看成球形，油膜的厚度认为是油酸分子的直径d.测出油膜面积S，则分子直径d＝

（类比：

取一定量的小米，测出其体积V，将米平摊在桌面上，上下不重叠，一粒紧挨一粒，量出米粒占据桌面的面积S，得d＝

）．

（2）方法：

取1mL的油酸，并精确地测出它的体积，用无水酒精按1∶200的体积比稀释油酸，使油酸在酒精中充分溶解．用滴管提取1mL稀释后的油酸，并测算出滴管中滴出一滴的体积．在浅盘中装入约为2cm深的蒸馏水，为便于观测油膜的面积，可在水面上轻撒上一层痱子粉，在浅盘中央滴一滴油酸酒精溶液，于是油酸在水面上迅速散开．到油膜面积不再扩大时，在一块玻璃盖上描出油膜的轮廓图，如下图左所示，把这块玻璃放在方格纸上，数出油膜所占的格数，然后计算出油膜的面积．于是，油膜的厚度（d＝

）便可测算出来．

油酸在水面上形成单分子层油膜．油酸分子的一端对水有很强的亲和力，被水吸引在水中，另一端对水没有亲和力，便冒出水面．油酸分子都是直立在水中的，单分子油膜的厚度即等于油酸分子的长度．若把分子当成小球，油膜的厚度也就等于分子的直径如

注：

①分子并不是球形的，但这里把它们当做球形处理，是一种估算的方法，估算在物理学的学习和研究方面都是很有用的．

②尽管用不同方法测量分子直径结果有差异，但除了一些高分子有机物外，一般测得的数量级一致，分子直径的数量级为10－10m.

4．实验步骤．

（1）用注射器或滴管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1mL）时的滴数．

（2）实验时先往边长为30～40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上，再用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液滴在水面上一滴，形成如右栏上图所示的形状，待油酸薄膜的形状稳定后，将事先准备好的玻璃板（或有机玻璃板）放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．

（3）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1cm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．

（4）根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据一滴油酸的体积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．

5．注意事项．

（1）油酸溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度产生实验误差．

（2）实验之前应练习好滴法．

（3）待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：

一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复；二是酒精挥发后液面收缩．

（4）当重做实验时，从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧面会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持浅盘的清洁．

（5）在浅盘的中央加痱子粉，使其自动扩散至均匀，比在水面上撒粉的效果好．

（6）本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可．

►尝试应用

1．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：

①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积．⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上．

完成下列填空：

（1）上述步骤中，正确的顺序是________（填写步骤前面的数字）．

（2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13m3.由此估算出油酸分子的直径为________m．（结果保留1位有效数字）

解析：

（1）实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位．实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸，测量油膜面积，计算油膜厚度（即油酸分子直径），所以接下来的步骤是①②⑤③.

（2）油酸溶液的体积百分比浓度是

，一滴溶液的体积是

cm2＝2×10－8m3

所以分子直径d＝

m＝5×10－10m.

答案：

（1）④①②⑤③　

（2）5×10－10

►尝试应用

1．（多选）用油膜法测分子直径的实验中，做了科学的近似的有（AB）

A．把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜

B．把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子

C．将油膜视为单分子油膜，但需要考虑分子间隙

D．将油酸分子视为立方体模型

解析：

用油膜法估测分子的大小，要由公式d＝

求解，必须有：

（1）将分子视为球体模型，且不考虑分子间隙；

（2）水面上的油膜为油酸单分子层．

2．下列说法中正确的是（A）

A．物体是由大量分子组成的

B．无论是无机物质的分子，还是有机物质的分子，其分子大小的数量级都是10－10m

C．本节中所说的“分子”，只包含化学中的分子，不包括原子和离子

D．分子的质量是很小的，其数量级为10－10kg

解析：

物体是由大量分子组成的，故A项正确．一些有机物质的大分子其分子大小的数量级超过10－10m，故B项错误．本节中把化学中的分子、原子、离子统称为分子，故C项错误．分子质量的数量级一般为10－10kg，故D项错误．

3．已知在标准状况下，1mol氢气的体积为22.4L，氢气分子直径的数量级为（B）

A．10－9mB．10－10m

C．10－11mD．10－8m

解析：

分子直径的数量级为10－10m，故B项正确．

4．阿伏加德罗常数所表示的是（D）

A．1g物质内所含的分子数

B．1kg物质内所含的分子数

C．单位体积的物质内所含的分子数

D．1mol任何物质内所含的分子数

解析：

1mol任何物质所含的分子数均为6.02×1023个，这一数值称为阿伏加德罗常数，因此，A、B、C错误，D正确．

5．（多选）铜的摩尔质量为M，密度为ρ，若用NA表示阿伏加德罗常数，则下列说法正确的是（BD）