人教版(新教材)高中物理選擇性必修3第一章 分子動(dòng)理論網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與學(xué)科素養(yǎng)提升

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與學(xué)科素養(yǎng)提升一、分子微觀量估算問(wèn)題中的分子模型——模型構(gòu)建能力培養(yǎng)分子模型分子模型意義分子大小或分子間的平均距離圖例球形模型固體和液體可看成是由一個(gè)個(gè)緊挨著的球形分子排列而成的，忽略分子間的空隙d＝eq\r(3,\f(6V0,π))(分子直徑)立方體模型(氣體)氣體分子間的空隙很大，把氣體分成若干個(gè)小立方體，氣體分子位于每個(gè)小立方體的中心，每個(gè)小立方體是每個(gè)分子占有的活動(dòng)空間，這時(shí)忽略氣體分子的大小d＝eq\r(3,V0)(分子間平均距離)立方體模型(固體)固體可看做是由一個(gè)緊挨著一個(gè)的立方體分子排列而成的，忽略分子間空隙r＝eq\r(3,V0)(分子大小)說(shuō)明(1)這里的分子是指構(gòu)成物質(zhì)的單元，可以是分子，也可以是原子、離子。在熱運(yùn)動(dòng)中它們遵循相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。(2)我們根據(jù)阿伏加德羅常數(shù)和摩爾體積估算出的“分子體積”，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是每個(gè)分子平均所占有的空間，由于固體和液體的分子是緊密排列的，分子間距小，我們可以認(rèn)為分子占有的空間和分子體積幾乎是一樣的。而由于氣體分子間距很大，氣體分子占有的空間比分子體積大得多，因此我們估算的僅僅是氣體分子平均占有的空間，由d＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))計(jì)算得到的d是氣體分子間的距離。〖例1〗已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3kg/m3和2.1kg/m3，空氣的摩爾質(zhì)量為0.029kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1。若潛水員呼吸一次吸入2L空氣，試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數(shù)。(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)〖解析〗設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M，在海底和岸上的密度分別為ρ海和ρ岸，一次吸入空氣的體積為V，在海底吸入的分子數(shù)N海＝eq\f(ρ海V,M)NA，在岸上吸入的分子數(shù)N岸＝eq\f(ρ岸V,M)NA，則有ΔN＝N海－N岸＝eq\f(（ρ海－ρ岸）V,M)NA，代入數(shù)據(jù)得ΔN＝3×1022?！即鸢浮?×1022個(gè)〖素養(yǎng)提升練1〗試估算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣分子的平均距離。(取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的摩爾體積22.4×10－3m3/moL)〖解析〗此題關(guān)鍵是建立氣體分子的立方體模型。將分子看做是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，并處在規(guī)則且均勻分布的正方體中心，小正方體的體積是分子平均占據(jù)空間的大小，如圖所示，設(shè)L為小正方體的邊長(zhǎng)，d為分子間距，若取1mol標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氫氣，則，d＝L＝eq\r(3,\f(V,NA))＝eq\r(3,\f(22.4×10－3m3/mol,6.02×1023mol－1))＝3.3×10－9m?！即鸢浮?.3×10－9m二、兩種曲線的比較——比較思維能力的培養(yǎng)分子力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中虛線所示。如果取兩個(gè)分子相距無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)(此時(shí)分子間作用力可忽略不計(jì))的分子勢(shì)能為零，分子勢(shì)能Ep與分子間距離r的關(guān)系可用如圖所示的實(shí)線表示。(1)當(dāng)r＝r0時(shí)分子處于平衡狀態(tài)，此時(shí)分子間的引力、斥力同時(shí)存在，分子力F為零，分子勢(shì)能Ep最小。(2)在r<r0范圍內(nèi)，分子力表現(xiàn)為斥力，其大小隨分子間距離r的減小而增大；隨著r減小，斥力做負(fù)功，分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r的減小而增大。(3)在r>r0的范圍內(nèi)，分子力表現(xiàn)為引力，其大小F隨著分子間距離r的增大先增大后減??；隨著分子間距離r的增大，引力做負(fù)功，所以分子勢(shì)能Ep一直增大?！祭?〗(多選)如圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子沿x軸運(yùn)動(dòng)，兩分子間的分子勢(shì)能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中曲線所示。圖中分子勢(shì)能的最小值為－E0。若兩分子所具有的總能量為0，則下列說(shuō)法中正確的是()A.乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)，加速度最大B.乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)，其動(dòng)能為E0C.乙分子在Q點(diǎn)(x＝x1)時(shí)，處于平衡狀態(tài)D.乙分子的運(yùn)動(dòng)范圍為x≥x1〖解析〗在兩分子由無(wú)窮遠(yuǎn)處相互靠近的過(guò)程中，分子力先表現(xiàn)為引力，后表現(xiàn)為斥力，所以在整個(gè)過(guò)程中，分子力先做正功，后做負(fù)功。由分子力做功與分子勢(shì)能的關(guān)系可知，分子勢(shì)能先減小，后增大，結(jié)合圖線可知：乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)，分子力為零，加速度為零，A錯(cuò)誤；乙分子在P點(diǎn)(x＝x2)時(shí)的動(dòng)能與分子勢(shì)能之和為零，由兩分子所具有的總能量為零，知?jiǎng)幽転镋0，B正確；乙分子在Q點(diǎn)(x＝x1)時(shí)，分子勢(shì)能為零，動(dòng)能也為零，D正確；乙分子在Q點(diǎn)(x＝x1)時(shí)所受斥力不為零，C錯(cuò)誤?！即鸢浮紹D規(guī)律總結(jié)分子力做功是引起分子勢(shì)能變化的原因.分子力做正功，分子勢(shì)能減小，克服分子力做功，分子勢(shì)能增加，無(wú)論選何處為零勢(shì)能點(diǎn)，r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能都最小。〖素養(yǎng)提升練2〗(多選)如圖所示，分別表示兩個(gè)分子之間分子力和分子勢(shì)能隨分子間距離變化的圖像。由圖像判斷以下說(shuō)法中正確的是()A.當(dāng)分子間距離為r0時(shí)，分子力和分子勢(shì)能均最小且為零B.當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子力隨分子間距離的增大而增大C.當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增加D.當(dāng)分子間距離r<r0時(shí)，分子間距離逐漸減小，分子力逐漸增大，分子勢(shì)能逐漸增加〖解析〗由題圖可知，當(dāng)分子間距離為r0時(shí)，分子力和分子勢(shì)能均達(dá)到最小，但此時(shí)分子力為零，而分子勢(shì)能不為零，是一負(fù)值；當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子力隨分子間距離的增大先增大后減小，此時(shí)分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，當(dāng)分子間距離r<r0時(shí)，分子間距離逐漸減小，分子力逐漸增大，而此過(guò)程中分子力做負(fù)功、分子勢(shì)能增加?！即鸢浮紺D三、用油膜法估測(cè)分子的大小——科學(xué)探究能力培養(yǎng)1.一滴油酸酒精溶液中純油酸體積的計(jì)算方法(1)體積為V0mL的油酸滴入酒精中配制成油酸酒精溶液VmL，則油酸酒精溶液的濃度η＝eq\f(V0,V)。(2)1mL油酸酒精溶液有N滴，則一滴溶液的體積V′＝eq\f(1,N)mL。(3)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V1＝η×V′＝eq\f(V0,NV)mL。2.油膜面積的估算單分子油膜形狀不規(guī)則，不能直接測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)數(shù)玻璃板上薄膜包圍的方格個(gè)數(shù)，算出油酸薄膜的面積S。這是“微積分”思想。(1)將描有油膜形狀的玻璃板放到方格紙上，這就相當(dāng)于將不規(guī)則面積微分成很多個(gè)小方格，只要知道每一個(gè)小方格的面積S0，并數(shù)出不規(guī)則薄膜所包圍的小方格的個(gè)數(shù)n，則不規(guī)則的面積S＝nS0。(2)計(jì)算方格數(shù)時(shí)，邊界內(nèi)有一格算一格，而邊界上不完整方格采用“互補(bǔ)法”計(jì)算，即壓邊界的方格，界內(nèi)所圍面積不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一格。這樣兩部分格數(shù)累加為不規(guī)則邊界所包圍方格的數(shù)目。(3)理論上小方格劃分得越小，誤差越小。因?yàn)榉礁裨叫。诓灰?guī)則邊界上定位越準(zhǔn)確。(4)這給我們提供了一種計(jì)算不規(guī)則面積的方法?！祭?〗在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：①往邊長(zhǎng)約為40cm的淺盤(pán)里倒入約2cm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(huà)有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小。④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積。⑤將玻璃板放在淺盤(pán)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________(填步驟前面的數(shù)字)(2)將1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；測(cè)得1cm3的油酸酒精溶液有50滴?，F(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測(cè)得所形成的油膜的面積是0.13m2。由此估算出油酸分子的直徑為_(kāi)_______m。(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)〖解析〗本題考查用油膜法估測(cè)分子直徑的方法，熟練掌握實(shí)驗(yàn)的操作步驟是關(guān)鍵。(1)步驟的正確順序?yàn)棰堍佗冖茛邸?2)每滴油酸酒精