物質(zhì)是由大量分子組成的

1、第十一章分子熱運(yùn)動(dòng)第十一章分子熱運(yùn)動(dòng) 能量守衡能量守衡 1.物質(zhì)是由大量分子組成的物質(zhì)是由大量分子組成的一、教學(xué)目標(biāo)一、教學(xué)目標(biāo)1 1在物理知識(shí)方面的要求：在物理知識(shí)方面的要求：（1 1）知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級(jí)；）知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級(jí)；（2 2）知道阿伏伽德羅常數(shù)的含義，記住這個(gè)常數(shù)的數(shù)值和）知道阿伏伽德羅常數(shù)的含義，記住這個(gè)常數(shù)的數(shù)值和單位；單位；（3 3）知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。）知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。2 2培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)中的估算能力，會(huì)通過(guò)阿伏伽德羅常培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)中的估算能力，會(huì)通過(guò)阿伏伽德羅常數(shù)估算固體和液體分子的質(zhì)量、分子的體積（或直

2、徑）、數(shù)估算固體和液體分子的質(zhì)量、分子的體積（或直徑）、分子數(shù)等微觀量。分子數(shù)等微觀量。3 3滲透物理學(xué)方法的教育。運(yùn)用理想化方法，建立物質(zhì)分滲透物理學(xué)方法的教育。運(yùn)用理想化方法，建立物質(zhì)分子是球形體的模型，是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，突出主要因素的理子是球形體的模型，是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，突出主要因素的理想化方法。想化方法。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1 1重點(diǎn)有兩個(gè)，其一是使學(xué)生理解和學(xué)會(huì)用單分子油重點(diǎn)有兩個(gè)，其一是使學(xué)生理解和學(xué)會(huì)用單分子油膜法估算分子大?。ㄖ睆剑┑姆椒ǎ黄涠沁\(yùn)用阿伏伽德膜法估算分子大小（直徑）的方法；其二是運(yùn)用阿伏伽德羅常數(shù)估算微觀量（分子的體積、直徑、分子數(shù)等）的方羅常數(shù)估

3、算微觀量（分子的體積、直徑、分子數(shù)等）的方法。法。 2 2盡管今天科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平，但是在物盡管今天科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平，但是在物理課上還不能給學(xué)生展現(xiàn)出分子的真實(shí)形狀和分子的外觀。理課上還不能給學(xué)生展現(xiàn)出分子的真實(shí)形狀和分子的外觀。這給講授分子的知識(shí)帶來(lái)一定的困難，也更這給講授分子的知識(shí)帶來(lái)一定的困難，也更突出了運(yùn)用估突出了運(yùn)用估算方法和建立理想模型方法研究固體、液體分子的體積、算方法和建立理想模型方法研究固體、液體分子的體積、直徑、分子數(shù)的重要意義。直徑、分子數(shù)的重要意義。 三、教具三、教具 1 1教學(xué)掛圖或課件：水面上單分子油膜的示意圖；離子教學(xué)掛圖或課件：水面上單分子油

4、膜的示意圖；離子顯微鏡下看到鎢原子分布的圖樣。顯微鏡下看到鎢原子分布的圖樣。 2 2演示實(shí)驗(yàn)課件：演示單分子油膜：油酸酒精溶液演示實(shí)驗(yàn)課件：演示單分子油膜：油酸酒精溶液（12001200），滴管，直徑約），滴管，直徑約20cm20cm圓形水槽，燒杯，畫(huà)有方圓形水槽，燒杯，畫(huà)有方格線的透明塑料板。格線的透明塑料板。四、主要教學(xué)過(guò)程四、主要教學(xué)過(guò)程 （一）熱學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介（一）熱學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介 1 1熱現(xiàn)象：與溫度有關(guān)的物理現(xiàn)象。如熱脹熱現(xiàn)象：與溫度有關(guān)的物理現(xiàn)象。如熱脹冷縮、摩擦生熱、水結(jié)冰、濕衣服晾干等都是冷縮、摩擦生熱、水結(jié)冰、濕衣服晾干等都是熱現(xiàn)象。熱現(xiàn)象。 2 2熱學(xué)的主要內(nèi)容：熱傳遞、熱膨脹、

5、物態(tài)熱學(xué)的主要內(nèi)容：熱傳遞、熱膨脹、物態(tài)變化、固體、液體、氣體的性質(zhì)等。變化、固體、液體、氣體的性質(zhì)等。 3 3熱學(xué)的基本理論：由于熱現(xiàn)象的本質(zhì)是大熱學(xué)的基本理論：由于熱現(xiàn)象的本質(zhì)是大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此研究熱學(xué)的基本理量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此研究熱學(xué)的基本理論是分子動(dòng)理論、能的轉(zhuǎn)化和守恒規(guī)律。論是分子動(dòng)理論、能的轉(zhuǎn)化和守恒規(guī)律。（二）新課教學(xué)過(guò)程（二）新課教學(xué)過(guò)程 1分子的大小。分子是看不見(jiàn)的，怎樣能知分子的大小。分子是看不見(jiàn)的，怎樣能知道分子的大小呢？道分子的大小呢？ （1）單分子油膜法是最粗略地說(shuō)明分子大小的一種方法。 介紹并定性地演示介紹并定性地演示：如果油在水面上盡可能地：如果油

6、在水面上盡可能地散開(kāi)，可認(rèn)為在水面上形成單分子油膜，可以散開(kāi)，可認(rèn)為在水面上形成單分子油膜，可以通過(guò)幻燈觀察到，并且利用已制好的方格透明通過(guò)幻燈觀察到，并且利用已制好的方格透明膠片蓋在水面上，用于測(cè)定油膜面積。膠片蓋在水面上，用于測(cè)定油膜面積。提問(wèn)：已知一滴油的體積提問(wèn)：已知一滴油的體積V V和水面上油膜面和水面上油膜面積積S S，那么這種油分子的直徑是多少？，那么這種油分子的直徑是多少？ 在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，還要指出：在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，還要指出： 介紹數(shù)量級(jí)這個(gè)數(shù)學(xué)名詞，一些數(shù)據(jù)太大，或很小，介紹數(shù)量級(jí)這個(gè)數(shù)學(xué)名詞，一些數(shù)據(jù)太大，或很小，為了書(shū)寫(xiě)方便，習(xí)慣上用科學(xué)記數(shù)法寫(xiě)成為了書(shū)寫(xiě)方便，習(xí)

7、慣上用科學(xué)記數(shù)法寫(xiě)成1010的乘方數(shù)，的乘方數(shù)，如如3 31010-10-10m m。我們把。我們把1010的乘方數(shù)叫做數(shù)量級(jí)，那么的乘方數(shù)叫做數(shù)量級(jí)，那么1 11010-10-10m m和和9 91010-10-10m m，數(shù)量級(jí)都是，數(shù)量級(jí)都是1010-10-10m m。 如果分子直徑為如果分子直徑為d d，油滴體積是，油滴體積是V V，油膜面積為，油膜面積為S S，則則d=V/Sd=V/S，根據(jù)估算得出分子直徑的數(shù)量級(jí)為，根據(jù)估算得出分子直徑的數(shù)量級(jí)為1010-10-10m m。 （3 3）物理學(xué)中還有其他不同方法來(lái)測(cè)量分子）物理學(xué)中還有其他不同方法來(lái)測(cè)量分子的大小，用不同方法測(cè)量出分子

8、的大小并不的大小，用不同方法測(cè)量出分子的大小并不完全相同，但是數(shù)量級(jí)是相同的。測(cè)量結(jié)果完全相同，但是數(shù)量級(jí)是相同的。測(cè)量結(jié)果表明，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)是表明，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)是1010-10-10m m。例如。例如水分子直徑是水分子直徑是4 41010-10-10m m，氫分子直徑是，氫分子直徑是2.32.31010-10-10m m。 （4 4）指出認(rèn)為分子是小球形是一種近似模型，）指出認(rèn)為分子是小球形是一種近似模型，是簡(jiǎn)化地處理問(wèn)題，實(shí)際分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，是簡(jiǎn)化地處理問(wèn)題，實(shí)際分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但通過(guò)估算分子大小的數(shù)量級(jí)，對(duì)分子的大但通過(guò)估算分子大小的數(shù)量級(jí)，對(duì)分子的大小有了較深入的認(rèn)識(shí)小

9、有了較深入的認(rèn)識(shí)。2 2阿伏伽德羅常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù) 向?qū)W生提問(wèn)：在化學(xué)課上學(xué)過(guò)的阿伏伽德羅常向?qū)W生提問(wèn)：在化學(xué)課上學(xué)過(guò)的阿伏伽德羅常數(shù)是什么意義？數(shù)值是多少？明確數(shù)是什么意義？數(shù)值是多少？明確1mol物質(zhì)中物質(zhì)中含有的微粒數(shù)（包括原子數(shù)、分子數(shù)、離子含有的微粒數(shù)（包括原子數(shù)、分子數(shù)、離子數(shù)數(shù)）都相同。此數(shù)叫阿伏伽德羅常數(shù)，可）都相同。此數(shù)叫阿伏伽德羅常數(shù)，可用符號(hào)用符號(hào)NA表示此常數(shù)，表示此常數(shù)，NA=6.021023個(gè)個(gè)/mol，粗略計(jì)算可用粗略計(jì)算可用NA=61023個(gè)個(gè)/mol。（阿伏伽德。（阿伏伽德羅常數(shù)是一個(gè)基本常數(shù)，科學(xué)工作者不斷用各羅常數(shù)是一個(gè)基本常數(shù)，科學(xué)工作者不斷用各種方法

10、測(cè)量它，以期得到它精確的數(shù)值。）種方法測(cè)量它，以期得到它精確的數(shù)值。） 再問(wèn)學(xué)生，摩爾質(zhì)量、摩爾體積的意義。 如果已經(jīng)知道分子的大小，不難粗略算出如果已經(jīng)知道分子的大小，不難粗略算出阿伏伽德羅常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù) 提問(wèn)學(xué)生：如何算出提問(wèn)學(xué)生：如何算出1mol1mol水中所含的水分子數(shù)？水中所含的水分子數(shù)？ 3 3微觀物理量的估算微觀物理量的估算 若已知阿伏伽德羅常數(shù)，可對(duì)液體、固體的分若已知阿伏伽德羅常數(shù)，可對(duì)液體、固體的分子大小進(jìn)行估算。事先我們假定近似地認(rèn)為液子大小進(jìn)行估算。事先我們假定近似地認(rèn)為液體和固體的分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的（氣體不體和固體的分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的（氣體不能這樣假設(shè)）。

11、能這樣假設(shè)）。 提問(wèn)學(xué)生：提問(wèn)學(xué)生：1mol1mol水的質(zhì)量是水的質(zhì)量是M=18gM=18g，那么每個(gè)，那么每個(gè)水分子質(zhì)量如何求？水分子質(zhì)量如何求？ 提問(wèn)學(xué)生：若已知鐵的原子量是提問(wèn)學(xué)生：若已知鐵的原子量是5656，鐵的密度是，鐵的密度是7.87.810103 3kg/mkg/m3 3，試求質(zhì)量是，試求質(zhì)量是1g1g的鐵塊中鐵原子的的鐵塊中鐵原子的數(shù)目（取數(shù)目（取1 1位有效數(shù)字）。又問(wèn)：是否可以計(jì)算位有效數(shù)字）。又問(wèn)：是否可以計(jì)算出鐵原子的直徑是多少來(lái)？出鐵原子的直徑是多少來(lái)？ 歸納總結(jié)：以上計(jì)算分子的數(shù)量、分子的直徑，歸納總結(jié)：以上計(jì)算分子的數(shù)量、分子的直徑，都需要借助于阿伏伽德羅常數(shù)。因

12、此可以說(shuō)，阿都需要借助于阿伏伽德羅常數(shù)。因此可以說(shuō)，阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質(zhì)它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質(zhì)量、分子體積（直徑）等這些微觀量聯(lián)系起來(lái)。量、分子體積（直徑）等這些微觀量聯(lián)系起來(lái)。 阿伏伽德羅常數(shù)是自然科學(xué)的一個(gè)重要常數(shù)（曾阿伏伽德羅常數(shù)是自然科學(xué)的一個(gè)重要常數(shù)（曾經(jīng)學(xué)過(guò)的萬(wàn)有引力恒量也是一個(gè)重要常數(shù)）。物經(jīng)學(xué)過(guò)的萬(wàn)有引力恒量也是一個(gè)重要常數(shù)）。物理常數(shù)是物理世界客觀規(guī)律的反映。一百多年來(lái)，理常數(shù)是物理世界客觀規(guī)律的反映。一百多年來(lái)，物理學(xué)家想出各種辦法來(lái)測(cè)量它，不

13、斷地努力，物理學(xué)家想出各種辦法來(lái)測(cè)量它，不斷地努力，使用一次比一次更精確的測(cè)量方法?，F(xiàn)在測(cè)定它使用一次比一次更精確的測(cè)量方法?，F(xiàn)在測(cè)定它的精確值是的精確值是N NA A=6.022045=6.02204510102323/mol/mol。（三）實(shí)例和課堂練習(xí)（三）實(shí)例和課堂練習(xí) 1體積是10-4cm3的油滴滴于水中，若展開(kāi)成一單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級(jí)是 A102cm2 B104cm2 C106cm2 D108cm2 答案：B 2已知銅的密度是8.9103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量是63.510-3kg/mol。體積是4.5cm3的銅塊中，含有多少原子？并估算銅分子的大小。 答案：3.810

14、23，310-10米。例例1 已知銅的摩爾質(zhì)量M=63.5g，銅的密度是=8.9g/cm3，試估算銅原子的質(zhì)量和銅原子的體積已知NA=6.021023mol-1分析分析 設(shè)想銅原子是一個(gè)個(gè)緊挨著排列的，利用阿伏加德羅常數(shù)即得 解答解答 銅原子的質(zhì)量為 銅原子的體積為 =1.210-23cm3說(shuō)明說(shuō)明 如果要估算銅原子的直徑，可把銅原子看作一個(gè)個(gè)小球，如果要估算銅原子的直徑，可把銅原子看作一個(gè)個(gè)小球，由由得得例例2 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氫氣分子間的距離為多大？分析分析 由1mol氫在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積和分子數(shù)，可算出每個(gè)氫分子所占體積，把它看成一個(gè)立方體，其邊長(zhǎng)就是氫分子的間距解答解答 1mol1m

15、ol氫在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積氫在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積VmolVmol=22.4=22.41010-3-3m m3 3，它含有的氫分子，它含有的氫分子數(shù)數(shù)N=6.02N=6.0210102323個(gè)，所以每個(gè)氫分子所占據(jù)的空間為個(gè)，所以每個(gè)氫分子所占據(jù)的空間為 =3.721010-26-26m m3 3把這個(gè)空間看成是一個(gè)立方體，它的邊長(zhǎng)等于相鄰兩個(gè)立方體的中心距把這個(gè)空間看成是一個(gè)立方體，它的邊長(zhǎng)等于相鄰兩個(gè)立方體的中心距離，也就是兩個(gè)氫分子的距離，即離，也就是兩個(gè)氫分子的距離，即 3.343.341010- -9 9m m 說(shuō)明說(shuō)明 由計(jì)算可知，通常情況下氣體分子的間距比分子直徑大一個(gè)數(shù)量由計(jì)算可知，

16、通常情況下氣體分子的間距比分子直徑大一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以?？刹挥?jì)分子本身體積級(jí)，所以常可不計(jì)分子本身體積 例例3 3 從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏加德羅常數(shù)？ A A水的密度和水的摩爾質(zhì)量水的密度和水的摩爾質(zhì)量B B水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積C C水分子的體積和水分子的質(zhì)量水分子的體積和水分子的質(zhì)量D D水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量分析分析 阿伏加德羅常數(shù)表示阿伏加德羅常數(shù)表示1mol物質(zhì)（如水）中含有的分子數(shù)，因此由水的物質(zhì)（如水）中含有的分子數(shù)，因此由水的摩爾質(zhì)量（設(shè)為摩爾質(zhì)量（設(shè)為M）除以水分子質(zhì)量（設(shè)為）除以水分子質(zhì)量（設(shè)為m），就可算出其

17、中的分子數(shù)，），就可算出其中的分子數(shù)，即即題中數(shù)據(jù)題中數(shù)據(jù)A，只能算出摩爾體積；數(shù)據(jù)，只能算出摩爾體積；數(shù)據(jù)C只能算出水分子的密度；數(shù)據(jù)只能算出水分子的密度；數(shù)據(jù)B的兩的兩者之間無(wú)法直接建立聯(lián)系，均無(wú)法算出阿伏加德羅常數(shù)者之間無(wú)法直接建立聯(lián)系，均無(wú)法算出阿伏加德羅常數(shù)答答 D討論討論在油膜法中，通常先將油酸（在油膜法中，通常先將油酸（C1717H3535COOH）用無(wú)水酒精稀釋后制成）用無(wú)水酒精稀釋后制成0.5油酸酒精油酸酒精溶液取一小滴滴在水面上，由于油酸分子的酸根溶液取一小滴滴在水面上，由于油酸分子的酸根COOH對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，就使對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，就使這一滴油酸在水面上散開(kāi)，形成一

18、層單分子薄膜測(cè)量出這一滴油酸所擴(kuò)散出來(lái)的油這一滴油酸在水面上散開(kāi)，形成一層單分子薄膜測(cè)量出這一滴油酸所擴(kuò)散出來(lái)的油膜面積，根據(jù)它的體積即可求出這一層油膜的厚度，亦即油酸分子直徑的近似值膜面積，根據(jù)它的體積即可求出這一層油膜的厚度，亦即油酸分子直徑的近似值實(shí)驗(yàn)中，為了較方便地確定油膜的面積，在油滴滴入水面之前，先在水面上撒一薄層實(shí)驗(yàn)中，為了較方便地確定油膜的面積，在油滴滴入水面之前，先在水面上撒一薄層松花粉（或滑石粉），油膜面積的大小，可由松花粉（或滑石粉）圍成的閉合邊界確松花粉（或滑石粉），油膜面積的大小，可由松花粉（或滑石粉）圍成的閉合邊界確定待油膜不再擴(kuò)散時(shí)，可用一片玻璃蓋在水盤(pán)上，用筆按

19、照松花粉的邊界描出油膜定待油膜不再擴(kuò)散時(shí)，可用一片玻璃蓋在水盤(pán)上，用筆按照松花粉的邊界描出油膜的邊緣，然后將描有油膜范圍的玻璃片放在方格紙上，根據(jù)每一小方格的面積（的邊緣，然后將描有油膜范圍的玻璃片放在方格紙上，根據(jù)每一小方格的面積（l2 2cm2 2）和油膜所占的格數(shù)和油膜所占的格數(shù)n（占大半格的算作（占大半格的算作1格，不足半格的舍去），即可算出油膜的面積格，不足半格的舍去），即可算出油膜的面積S=nl2 2cm2 例4.將1cm3油酸溶于酒精,造成200cm3油酸酒精溶液.已知1cm3溶液有50滴,現(xiàn)取1滴油酸溶于酒精滴到水面上,隨著酒精溶于水,油酸在水面上形成一單分子薄層,已測(cè)出這一薄層的面積為0.2m2,由此可估測(cè)油酸分子的直徑為-m. 解: 1滴油酸酒精溶液的體積為 油酸酒精溶液的濃度為 1滴油酸酒精溶液中油酸的體積為 已知薄層的面積為s=0.2m2 油酸分子的直徑為335011cmcmNv.m%.Ncm%.N%.vv3631050150150mm%.%.Nss%.Nsvd106661051050205011050110501%.502001（四）課堂小結(jié)（四）課堂小結(jié) 1物體是由體積很小的分子組成的。這一結(jié)論有堅(jiān)實(shí)物體是由體積很小的分子組成的。這一結(jié)