分子动理论1.ppt

物理选修3 3 第1章分子动理论 第1节分子动理论 古希腊的著名思想家德谟克利特说过 万物都是由极小的微粒构成的 一 物体由大量分子组成 1 分子的大小 1 物理中所说的分子与化学中所说分子的不同 问题与讨论 化学中讲的分子是具有各种物质的化学性质的最小粒子 物理中所说的分子指的是做热运动时遵从相同规律的微粒 组成物质的原子 离子或分子 在研究热现象时统称为分子 2 构成物质的分子是非常小的 那么如何才能知道分子的大小呢 实验用油膜法估测分子的大小 实验的原理 把一滴油酸滴到水面上 油酸在水面上散开形成单分子油膜 如果把分子看成球形 单分子油膜的厚度就可认为等于油膜分子的直径 3 实验在哪些地方做了理想化处理 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 把分子看成球形 把分子看成是一个挨一个紧密排列的 如何就能求出单分子油膜层的厚度呢 1 先测出油酸滴的体积V 2 测出水面上漂浮的油膜的面积S 3 则单分子油膜中的厚度d等于油滴体积与油膜面积的比值 d V S 1 用注射器或滴管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 如1mL 时的滴数 由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积 然后再按油酸酒精溶液的浓度计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 实验步骤 2 往边长约为30 40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 待水稳定后 将适量痱子粉均匀地洒在水面上 3 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 形成如图所示的形状 待油酸薄膜的性状稳定后 将准备好的玻璃板放在浅盘上 注意玻璃板不能与油膜接触 然后将油膜的形状用彩笔描在玻璃板上 4 将画有油膜轮廓的玻璃板正确的放在坐标纸上 计算出油膜的面积S 求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位 计算出正方形的个数 不足半个的舍去 多于半个的算一个 5 根据纯油酸的体积V和油酸的面积S可计算出油酸薄膜的厚度 即油酸分子的大小 知识归纳 物理学中测定分子大小的方法有多种 油膜法只是其中的一种 用不同方法测出的分子大小并不完全相同 但数量级是一定的 一般分子直径的数量级为10 10m 注 把分子看成小球 是分子的简化模型 实际上 分子有着复杂的内部结构 并不是小球 注意事项 计算油膜面积时 以坐标纸上方格的数目来计算 边长1cm 不足半个的舍去 多于半个的算1个 训练 将1cm3的油酸溶于酒精 制成500cm3的酒精油酸溶液 该酒精油酸溶液40滴的体积为1cm3 现取1滴溶液滴在水面上 随着酒精溶于水 油酸在水面上形成单分子油膜层 油膜面积0 4m2 由此估算油酸分子直径 1 25X10 10m 将培养皿水平放在边长1cm的方格纸上 水面上散开的油膜轮廓如图所示 该油膜面积为 cm 由此可以估算油酸分子直径约 82S0 82 4 9X10 10 训练 用 油膜法 可以估测分子的大小 滴入盛水培养皿中的油酸溶液所含纯油酸体积为4 0 10 6 2 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 这个数就叫阿伏加德罗常数 例 已知水的摩尔体积是1 8 10 5m3 mol 每个水分子的直径是4 10 10m 设想水分子是一个挨一个排列的 求1mol水中所含的水分子数 通常情况下 NA 6 02 1023mol 1 粗略计算时 NA 6 0 1023mol 1 1 一般物体中的分子数目是很大的 2 一个分子质量是很小的 3 阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁 通过该常数把摩尔质量 摩尔体积跟分子质量 分子大小等微观物理量联系起来了 1 物质是由大量分子组成的分子 做热运动时遵从相同规律的微粒2 油膜法测分子的大小 测出油滴的体积V 油膜的面积S 即可求出分子的直径d 分子直径的数量级10 10m3 阿伏加德罗常数 1mol任何物质所含的微粒数 NA 6 02 1023mol 1 m 适于固体和液体 N nNAm v为分子质量和体积 M V为物质的摩尔质量和摩尔体积 N为物质所含的微粒数 n为物质的摩尔数 NA为阿伏加德罗常数 小结 强化训练 1 设分子的体积为V0 分子直径为d 分子质量为m 物体的质量为M 物体的体积为V 摩尔体积为Vmol 摩尔质量为Mmol 物质的密度为 你能找到哪些有联系的关系式 分子质量的求解 分子体积的求解 物质内所含的分子数 2 由油滴实验测得油酸分子的直径为1 12 10 9m 已知油酸的密度为6 37 102kg m3 已知油酸的摩尔质量为282g mol 试求阿伏加德罗常数 解 设想油酸分子一个挨一个排列 1mol油酸分子的质量为M 密度为 油酸分子的直径为d 把每个油酸分子当作弹性小球 则其体积为 1mol油酸的体积 1mol油酸所含的微粒数 即阿伏加德罗常数为NA 1mol油酸体积 设阿伏加德罗常数为NA 则 NA 6 1023mol 1 二 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象 实验 把一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上 中间用玻璃板隔开 演示 抽去玻璃板 过一段时间发现 红棕色的二氧化氮气体运动到上面的瓶中去了 使上面的瓶中的气体变成了淡红棕色 上面的无色气体运动到下面去了 使下面红棕色的气体颜色变淡 可以发现最后两种气体混合在一起 上下两瓶气体的颜色变得均匀一致 证明 气体分子不是静止的 而是运动的 正是由于气体分子运动的无规则性 使两瓶中气体分子都重新分布混合在一起 并变得均匀而无差异了 注 不仅气体分子在不停地运动着 液体分子 固体分子也在运动着 扩散现象在固体之间和液体之间也会发生 例 向清水中滴入几滴红墨水 过一会儿整杯水都变红 在墙角堆放煤 当煤用完后 墙角变黑 扩散现象可以发生在气体之间 液体之间或固体之间 那么扩散的快慢是不同的 到底扩散快慢与什么有关呢 2 问题与思考 实验探究 取二个杯子 一只放入冷水 另一只倒入热水 分别用滴管向两杯中滴入一滴红墨水 观察哪杯水先变红 现象 装有热水的那只杯子先变红 结论 扩散的快慢与温度有关 温度越高 扩散进行的越快 1 扩散现象的本质是分子运动 2 扩散现象的产生条件是两物质相接触 3 影响扩散快慢的因素是 温度高低 3 布朗运动 实验 把墨汁用水稀释后取出一滴放在显微镜下观察 现象 看到悬浮在液体中的小碳粒在不停地做无规则运动 且炭粒越小 这些运动越明显 定义 悬浮微粒不停地做无规则运动的现象 是1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的 后来把悬浮微粒的这种运动叫做布朗运动 课本P6图1 9分析 图中展示的是在显微镜下追踪一个小碳粒运动的情形 图中是每隔30s把观察到的炭粒的位置 然后用直线把这些位置依次连接起来得到的 分析结论 微粒的运动是无规则的 问题与讨论 图中的每一小段直线是颗粒在这30s内的运动轨迹吗 总结 图中的每一段直线是做布朗运动的颗粒30s内的位移 并不是颗粒运动的轨迹 也就是说颗粒在两个位置之间并不是做直线运动 如果时间间隔更短 那么每一小段直线将被几段折线所代替 从图中可知 各个颗粒的运动情况是不相同的 同一颗粒在相等时间内经过的位移也是不同的 说明布朗运动是无规则的 阅读与思考 1 为什么颗粒在液体中不停地改变运动方向 悬浮在液体中的颗粒被液体分子包围着 液体分子不停地做无规则运动 使颗粒受到来自各个方向的液体分子的碰撞 由于颗粒体积很小 任一瞬时 来自各个方向的对颗粒碰撞的分子数不均衡 形成对颗粒某一方向的合力 但由于分子运动的不规则性 产生某一合力是偶然的 因此 合力是时刻改变的 并且毫无规则 颗粒在不规则变化的合力作用下就做无规则运动 课本P7图1 10 2 为什么颗粒越小 布朗运动越显著 悬浮颗粒越小 包围它的分子数就越少 来自各个方向的分子对它的碰撞就越不平衡 合力就越大 同时悬浮颗粒越小 它的质量就越小 在相同的力作用下 速度越容易改变 所以悬浮颗粒越小 布朗运动就越激烈 3 小颗粒的布朗运动能间接说明什么问题 4 布朗运动是分子运动吗 5 布朗运动的产生为什么不是由外界因素产生的 布朗运动不是由外界因素引起的 这是因为 第一 不管观察多长时间 布朗运动总不会停止 第二 如果外界影响引起 那么在同一条件下 观察到的不同颗粒的运动情况应该是相同的 但实验结果并不是这样 小结 扩散现象布朗运动 本质 是分子运动 产生条件 两物质相接触影响快慢因素 温度高低 本质 是固体颗粒的运动 是液 气体分子运动的反映产生条件 固体颗粒悬浮在液体或气体中影响快慢因素 温度高低 颗粒大小 分子热运动 强化训练 1 关于布朗运动的下列说法中 正确的是A 布朗运动就是分子的运动B 布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映C 布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映D 观察时间越长 布朗运动就越显著E 阳光从缝隙射入教室 从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动 答案是C 点拨 布朗运动的激烈程度与固体微粒的大小 液体的温度有关 1 固体微粒越小 液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显 质量越小 它的惯性越小 越容易改变运动状态 所以运动越激烈 2 液体的温度越高 固体微粒周围的液体分子运动越不规则 对微粒碰撞的不均匀性更甚 布朗运动越激烈 由于扩散现象和布朗运动都说明分子在不停在做无规则运动 且都和温度有关 所以我们把分子的无规则运动叫热运动 三 分子间存在着相互用力 1 什么叫扩散现象 什么叫布朗运动 1 知识与回顾 不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象叫扩散 扩散现象证明了气体 液体和固体的分子都是永不停息地做无规则运动 2 扩散现象和布朗运动说明了什么问题 布朗运动是指悬浮在液体中的颗粒的无规则运动 布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映 布朗运动和扩散现象都说明分子间存在空隙 2 问题与思考 物体都是由一个个分子组成的 而且分子之间还有空隙 可是要把固体的一部分跟另一部分分开却是很困难的 为什么会出现这种现象呢 1 分子间有空隙 实验研究 在长约 m一端开口的玻璃管里装上一半水 再沿管壁慢慢地把染色的酒精注满 这时可清楚地看到水和酒精的分界面 把管口封闭 上下颠倒几次 使水和酒精混合在一起 观察总体积的变化 现象 发现水和酒精的总体积变小 说明的问题 这种现象进一步说明了分子间存在空隙 2 分子间的作用力 问题 用力拉伸物体 比较困难 为什么 用力拉伸物体时 物体内要产生反抗拉抻的弹力 是因为分子间存在着引力 实验及现象分析 1 把两块纯净的铅压紧 由于分子间的引力 两块铅就合在一起 甚至下面吊一个重物也不能把它们拉开 2 把两块光学玻璃的表面磨得既光滑又相吻合 并把表面处理干净 施加一定的压力就可以使它们粘合在一起 这也是利用了分子间的引力 问题与思考 分子间有引力 那么分子间为什么紧紧吸在一起 分子间却有空隙呢 说明 分子间存在斥力 举例 用力压缩物体比较困难 物体内要产生反抗压缩的弹力 就是物体内大量分子间斥力的宏观表现 说明 分子之间同时存在着相互的引力和斥力 这两个力的合力即为表现出的分子之间的作用力 3 分子间作用力的变化规律 分子间的作用力与分子间的距离有关 分子间的作用力跟距离的关系示意图 图中横轴表示分子间距 纵轴表示分子间作用力 斥力用正值表示 引力用负值表示 F为斥力与引力的合力 即分子力 F为正值时 表示合力为斥力 F为负值时 表示合力为引力 问题与讨论 从图中可得到哪些信息 1 从图中可看出 引力线比斥力线平缓些 由此可知 分子间引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小 且斥力比引力减小得快 2 如果过r轴上任一点作一条跟F轴平行的直线与两虚线分别相交 这两个交点的纵坐标分别代表当分子间距离为这一特定值r时的斥力和引力的大小 它们的代数和即为平行线与实线交点的纵坐标的数值 也就代表两个分子间斥力和引力的合力大小 即分子力的大小 3 当分子间距离r r0时 r0为10 10m 引力和斥力相等 此二力的合力为零 即分子间呈现没有作用力 此时分子所处的位置为平衡位置 4 当分子间距离r r0时 分子间的引力和斥力同时增大 但斥力增大得更多一些 故斥力大于引力 此时分子间呈现出有相互的斥力作用 此时引力仍然存在 5 当分子间距离r r0时 分子间的引力和斥力同时减小 但斥力减小得更多一些 故引力大于斥力 此时分子之间呈现有相互的引力作用 但此时斥力仍然存在 6 分子间可以发生相互作用力的时间很短 一般当分子之间的距离超过分子直径的10倍时 可认为分子之间的作用力为零 当r r0引力 斥力当r r0引力 斥力当r10r0无作用力 注 由于物体是由数量极多的分子组成的 这些分子单独来看 运动是不规则的 带有偶然性的 但从总体上看 大量分子的运动遵守一定的规律 这种规律叫做统计规律 一段小铅柱 用力切成两段 然后把两个新面对接 稍用压力就能使两段铅柱结合起来 一端挂几千克的重物 也不会把铅柱拉开 而玻璃碎了却不能重新接合 为什么 强化训练 这是因为 1 分子间有力的作用 2 分子间的作用力与分子间的距离有关 1 分子间有空隙 2 分子间有相互作用的引力和斥力 它们的合力就是分子力 分子力大小与分子间距有关 3 当r r0 数量级为10 10m 时 斥力等于引力 分子间作用力为零 当r等于分子直径的10倍以上时 分子间作用力也近似为零 此时是因为F引 0 F斥 0 4 当分子间距离r增大时 F引力和F斥力均减小 但F斥减小的快 当分子间距r减小时 引力和