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物理選修3－3(人教版) 2019-2020年高中物理 第七章 第一節(jié) 物體是由大量分子組成的學(xué)案 新人教版選修3-3 1．知道物體是由大量分子組成的． 2．知道油膜法測分子大小的原理，并能進行測量和計算．通過油膜法實驗使學(xué)生知道科學(xué)研究中的一種方法：利用宏觀量求微觀量． 3．知道分子的球形模型，知道分子直徑的數(shù)量級．初步認識到微觀世界是可以認知的，人類探究微觀世界經(jīng)歷了漫長的過程，而且意識到這種探索還將持續(xù)下去． 4．知道阿伏加德羅常數(shù)的物理意義、數(shù)值和單位． 1．分子． 分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒．實際上，構(gòu)成物質(zhì)的單元是多種多樣的，或是原子(如金屬)或是離子(如鹽類)或是分子(如有機物)．在熱學(xué)中，由于這些微粒做熱運動時遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子． 2．分子大?。? (1)分子的大小可以從以下幾個方面來認識． (2)分子模型． 物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況，不同物態(tài)下應(yīng)將分子看成不同的模型． ①固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球形或立方體形，如圖所示，分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長，所以d＝(球體模型)或d＝(立方體模型)． ②氣體分子不是一個一個緊密排列的，它們之間的距離很大，所以氣體分子的大小不等于分子所占有的平均空間．如圖所示，此時每個分子占有的空間視為棱長為d的立方體，所以d＝. 3．油膜法測分子大?。? (1)原理：把一滴油酸(事先測出其體積V)滴在水面上，在水面上形成油膜．認為是單層分子油膜，且把分子看成球形，油膜的厚度認為是油酸分子的直徑d.測出油膜面積S，則分子直徑d＝(類比：取一定量的小米，測出其體積V，將米平攤在桌面上，上下不重疊，一粒緊挨一粒，量出米粒占據(jù)桌面的面積S，得d＝)． (2)方法：取1 mL的油酸，并精確地測出它的體積，用無水酒精按1∶200的體積比稀釋油酸，使油酸在酒精中充分溶解．用滴管提取1 mL稀釋后的油酸，并測算出滴管中滴出一滴的體積．在淺盤中裝入約為2 cm深的蒸餾水，為便于觀測油膜的面積，可在水面上輕撒上一層痱子粉，在淺盤中央滴一滴油酸酒精溶液，于是油酸在水面上迅速散開．到油膜面積不再擴大時，在一塊玻璃蓋上描出油膜的輪廓圖，如下圖左所示，把這塊玻璃放在方格紙上，數(shù)出油膜所占的格數(shù)，然后計算出油膜的面積．于是，油膜的厚度(d＝)便可測算出來． 油酸在水面上形成單分子層油膜．油酸分子的一端對水有很強的親和力，被水吸引在水中，另一端對水沒有親和力，便冒出水面．油酸分子都是直立在水中的，單分子油膜的厚度即等于油酸分子的長度．若把分子當成小球，油膜的厚度也就等于分子的直徑如 注：①分子并不是球形的，但這里把它們當做球形處理，是一種估算的方法，估算在物理學(xué)的學(xué)習(xí)和研究方面都是很有用的． ②盡管用不同方法測量分子直徑結(jié)果有差異，但除了一些高分子有機物外，一般測得的數(shù)量級一致，分子直徑的數(shù)量級為10－10 m. 4．實驗步驟． (1)用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)增加一定體積(例如1 mL)時的滴數(shù)． (2)實驗時先往邊長為30～40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水，然后將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上，再用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液滴在水面上一滴，形成如右欄上圖所示的形狀，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板(或有機玻璃板)放在淺盤上，然后將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上． (3)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S.求面積時以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個． (4)根據(jù)配制的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，根據(jù)一滴油酸的體積V和薄膜的面積S即可算出油酸薄膜的厚度d＝，即油酸分子的大小． 5．注意事項． (1)油酸溶液配制后不要長時間放置，以免改變濃度產(chǎn)生實驗誤差． (2)實驗之前應(yīng)練習(xí)好滴法． (3)待測油酸面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，擴散后又收縮有兩個原因：一是水面受油酸滴沖擊凹陷后恢復(fù)；二是酒精揮發(fā)后液面收縮． (4)當重做實驗時，從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)面會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持淺盤的清潔． (5)在淺盤的中央加痱子粉，使其自動擴散至均勻，比在水面上撒粉的效果好． (6)本實驗只要求估算分子大小，實驗結(jié)果數(shù)量級符合要求即可． ?嘗試應(yīng)用 1．在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟： ①往邊長約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水．待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上．②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定．③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大?。苡米⑸淦鲗⑹孪扰浜玫挠退峋凭芤阂坏我坏蔚氐稳肓客仓校浵铝客矁?nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積．⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上． 完成下列填空： (1)上述步驟中，正確的順序是________(填寫步驟前面的數(shù)字) ． (2)將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13 m3.由此估算出油酸分子的直徑為________ m．(結(jié)果保留1位有效數(shù)字) 解析：(1)實驗操作開始之前要先配制油酸酒精溶液，確定每一滴溶液中含有純油酸的體積，所以步驟④放在首位．實驗操作時要在淺盤放水、痱子粉，為油膜形成創(chuàng)造條件，然后是滴入油酸，測量油膜面積，計算油膜厚度(即油酸分子直徑)，所以接下來的步驟是①②⑤③. (2)油酸溶液的體積百分比濃度是，一滴溶液的體積是 cm2＝210－8 m3 所以分子直徑d＝ m＝510－10 m. 答案：(1)④①②⑤③　(2)510－10 ?嘗試應(yīng)用 1．(多選)用油膜法測分子直徑的實驗中，做了科學(xué)的近似的有(AB) A．把在水面上盡可能擴散開的油膜視為單分子油膜 B．把形成油膜的分子看作緊密排列的球形分子 C．將油膜視為單分子油膜，但需要考慮分子間隙 D．將油酸分子視為立方體模型 解析：用油膜法估測分子的大小，要由公式d＝求解，必須有：(1)將分子視為球體模型，且不考慮分子間隙；(2)水面上的油膜為油酸單分子層． 2．下列說法中正確的是(A) A．物體是由大量分子組成的 B．無論是無機物質(zhì)的分子，還是有機物質(zhì)的分子，其分子大小的數(shù)量級都是10－10m C．本節(jié)中所說的“分子”，只包含化學(xué)中的分子，不包括原子和離子 D．分子的質(zhì)量是很小的，其數(shù)量級為10－10kg 解析：物體是由大量分子組成的，故A項正確．一些有機物質(zhì)的大分子其分子大小的數(shù)量級超過10－10m，故B項錯誤．本節(jié)中把化學(xué)中的分子、原子、離子統(tǒng)稱為分子，故C項錯誤．分子質(zhì)量的數(shù)量級一般為10－10 kg，故D項錯誤． 3．已知在標準狀況下，1 mol氫氣的體積為22.4 L，氫氣分子直徑的數(shù)量級為(B) A．10－9 m B．10－10 m C．10－11 m D．10－8 m 解析：分子直徑的數(shù)量級為10－10 m，故B項正確． 4．阿伏加德羅常數(shù)所表示的是(D) A．1 g物質(zhì)內(nèi)所含的分子數(shù) B．1 kg物質(zhì)內(nèi)所含的分子數(shù) C．單位體積的物質(zhì)內(nèi)所含的分子數(shù) D．1 mol任何物質(zhì)內(nèi)所含的分子數(shù) 解析：1 mol任何物質(zhì)所含的分子數(shù)均為6.021023個，這一數(shù)值稱為阿伏加德羅常數(shù)，因此，A、B、C錯誤，D正確． 5．(多選)銅的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，若用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則下列說法正確的是(BD)