高考物理 第一课时 分子动理论与统计观点 实验：用油膜法估测分子的大小导与练复习课件.ppt

2012高三物理复习课件 导与练福建 第13章第一课时分子动理论与统计观点实验 用油膜法估测分子的大小 1 知道分子动理论的基本观点和实验依据 知道阿伏伽德罗常数 并能运用它作为联系宏观与微观的桥梁 进行微观估算 2 知道温度 分子平均动能 分子势能和物体内能等概念 3 知道气体分子运动速率的统计分布规律 4 知道用油膜法估测分子大小的原理 学会间接测量微观量的方法 能正确处理实验数据 能够分析误差 1 分子动理论 1 物体由大量分子组成 分子的大小a 分子直径 数量级是10 10 b 测量方法 油膜法 阿伏伽德罗常数a 1mol任何物质含有分子的数目都相同 通常取na 6 02 1023mol 1 b 阿伏伽德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁 2 分子永不停息地做无规则运动 分子的热运动 分子的无规则运动叫热运动 扩散现象 a 定义 相互接触的不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散 b 实质 物质分子的无规则运动 布朗运动和分子热运动的比较 1 布朗运动不是固体分子的运动 也不是液体分子的运动 而是小颗粒的运动 是液体分子无规则运动的反映 2 布朗运动中的颗粒很小 肉眼看不见 需用显微镜才能观察 3 分子间存在着相互作用力 概念 分子间同时存在相互作用的引力和斥力 实际表现出来的分子力是分子间引力和斥力的合力 特点 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 随分子距离的减小而增大 但斥力比引力变化快 a r r0时 约几个埃 1埃 10 10m f引 f斥 合力f 0 b rf斥 合力f表现为引力 且随r增大 f先增大 后减小 d r 10r0后 f引 f斥迅速减弱 几乎为零 分子力f 0 分子间作用力与分子间距离关系图线如图所示 2 统计规律气体分子的速率分布具有统计规律 在任意温度下都呈现中间多 两头少的分布规律 即一定温度下 中等速率的分子所占比例最大 温度升高 分子平均速率增大 但仍遵循统计规律 如图所示 3 温度和温标 1 热力学温度与摄氏温度的关系热力学温度 t 的单位 开尔文 符号 k摄氏温度 t 的单位 摄氏度 符号 换算关系 t t 273 15温度变化关系 t t 2 温度的物理意义从宏观来说 温度是表示物体的冷热程度的物理量 从微观上看 温度是分子热运动的平均动能的标志 热力学温度的零度是低温的极限 不可能达到 即热力学温度无负值 温度是大量分子热运动的集体表现 对单个分子来说温度无意义 4 内能 1 分子动能 分子动能是分子热运动所具有的动能 分子热运动的平均动能是大量分子的动能的平均值 物体温度越高 分子的平均动能就越大 2 分子势能 定义 相互作用的分子之间由相对位置决定的能 叫做分子势能 分子势能的决定因素微观上 决定于分子间距离和分子排列情况 宏观上 决定于体积和物质形态 分子势能与分子力做功关系 分子势能具有相对性 若取无穷远处为势能零点 则分子势能与分子间距离的关系如图所示 由图线可知 r r0时 分子势能最小 为负值 r r0时 分子势能随分子间距离的增大而增大 r r0时 分子势能随分子间距离的减小而增大 分子力做正功 分子势能减小 减小的分子势能等于分子力所做的功 分子力做负功 分子势能增加 增加的分子势能等于分子克服分子力所做的功 3 物体的内能 物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和 叫做物体的内能 物体的内能大小由物体的质量 温度和体积共同决定 同时与物态相关 物体的内能与物体的高度 运动速度无关 它是描述宏观物体的物理量 不存在某个分子内能的说法 2 实验器材注射器 或胶头滴管 量筒 痱子粉 或滑石粉 盛水浅盘 试剂瓶 油酸酒精溶液 坐标纸 玻璃板 彩笔 3 实验步骤 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1ml时的滴数 往盛水浅盘里倒入约2cm深的水 然后将痱子粉均匀地撒在水面上 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 油酸就在水面上散开 形成一层纯油酸薄膜 待油酸薄膜的形状稳定后 将玻璃板放在盛水浅盘上 然后在玻璃板上用彩笔画下油酸薄膜的形状 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 数出轮廓所围正方形的个数 算出油膜的面积 根据油酸酒精溶液的浓度 算出一滴溶液中纯油酸的体积v 由d 求出油酸分子的直径d 2 关于分子的热运动 下列说法正确的是 b a 分子的热运动就是布朗运动b 布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动 它反映液体分子的无规则运动c 温度越高 悬浮微粒越大 布朗运动越激烈d 物体的速度越大 内部分子的热运动越激烈解析 分子的热运动是分子的无规则运动 布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动 它是由液体分子的无规则运动引起的 温度越高 布朗运动越激烈 微粒越小 液体分子撞击的不平衡性越明显 布朗运动越激烈 分子热运动的激烈程度由温度决定 与物体的宏观速度无关 综上所述 只有b正确 3 下面证明分子间存在引力和斥力的实验 哪个是错误的 d a 两块铅块压紧以后连在一起 说明分子间存在引力b 一般固体 液体难压缩 说明分子间存在相互排斥力c 拉断一根绳子需要一定大小的力说明分子间存在引力d 碎玻璃不能拼在一起 是由于分子间存在斥力解析 d错 碎玻璃不能拼在一起 是因为玻璃分子间距离大于10r0 还未达到引力范围内 而不是斥力作用的结果 例1 要估算气体分子间的平均距离 需选用 组物理量 a 阿伏伽德罗常数 气体的摩尔质量和质量b 阿伏伽德罗常数 气体的摩尔质量和密度c 阿伏伽德罗常数 气体的质量和体积d 气体的密度 体积和摩尔质量 答案 b 微观量的估算问题的关键是 1 牢牢抓住阿伏伽德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 2 找出相关物理量之间的关系 针对训练11 纳米材料具有很多优越性能 有着广阔的应用前景 已知1nm 纳米 10 9m 边长为1nm的立方体内可容纳的液态氢分子的个数最接近下面的 a 103b 102c 101d 100 答案 a 分子动理论及内能的理解 例2 2010年福建省厦门市模拟 下列关于分子动理论说法中正确的是 a 分子势能随着分子间距离的增大 可能先减小后增大b 分子间的相互作用力随着分子间距离的增大 一定先减小后增大c 物体温度越高 该物体内所有分子运动的速率都一定越大d 显微镜下观察到墨水中的小颗粒在不停地做无规则运动 这就是液体分子的运动 解析 逐项分析如下 答案 a 分子势能与物体体积密切相关 但并不是物体的体积增大 分子势能就一定增大 例如 水变成冰 体积增大 分子势能却减小 针对训练21 2010年上海十三校高三联考改编 关于温度和内能的说法中正确的是 a 一个分子的运动速度越大 它的温度越高b 物体的内能发生变化时 它的温度可以不变c 物体的内能等于物体的动能和势能的总和d 温度是分子热运动剧烈程度的反映 当温度升高时物体内部的分子的动能都增加解析 温度是分子热运动的集体表现 对单个分子无意义 a错误 有些物质如水结成冰时内能变化但温度保持不变 b正确 物体的内能是所有分子动能与分子势能的总和 与机械能是不同概念 c错误 温度升高物体内分子平均动能增大 但不表示每个分子动能都增加 d错误 答案 b 用油膜法估测分子的大小1 注意事项 1 实验前 必须将所有的实验用具擦洗干净 实验时 吸取油酸 酒精和溶液的仪器要分别专用 不能混用 否则会增大实验误差 2 痱子粉和油酸的用量都不可太大 否则不易成功 3 油酸酒精溶液的浓度以小于0 1 为宜 不宜长时间放置 4 浅盘中的水离盘口面的距离应较小 并要水平放置 以便准确地画出薄膜的形状 画线时视线应与板面垂直 5 在水面撒痱子粉后 再不要触动盘中的水 6 利用坐标纸求油膜面积时 以边长1cm 或其他合理长度 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 例3 在做 用油膜法估测分子的大小 的实验中 油酸酒精溶液的浓度为每104ml溶液中有纯油酸6ml 用注射器测得1ml上述溶液中有液滴50滴 把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里 待水面稳定后 将玻璃板放在浅盘上 在玻璃板上描出油膜的轮廓 随后把玻璃板放在坐标纸上 其形状如图所示 坐标纸中正方形方格的边长为20mm 求 根据上述数据估测出油酸分子的直径是 m a 1 10 9b 2 10 10c 5 5 10 10d 8 10 11 答案 c 本题常见的错误是格子数目数错 纯油酸体积运算错误 没有注意到各物理量的单位等 为避免失误 应认真审题 弄清溶质和溶剂的关系 同时分子直径的数量级为10 10 也是检测运算结果的一种重要方法 针对训练31 2010年山东省济南市模拟 为保证环境和生态平衡 在生产活动中严禁污染水源 在某一水库中 一艘快艇在水面上匀速行驶 速度为8m s 油箱突然破裂 柴油迅速流入水中 从漏油开始到船员堵住漏油共用1 5分钟 漏出的油在水面上形成宽约为100m的长方形油层 漏出油的体积为1 44 10 3m3 则该油层的厚度约为分子直径的 倍 油分子的直径约为10 10m a 100b 150c 200d 250 答案 c 考点 分子动理论 例题 基础题 做布朗运动实验时 得到某个观测记录如图所示 图中记录的是 a 分子无规则运动的情况b 某个微粒做布朗运动的轨迹c 某个微粒做布朗运动的速度 时间图线d 按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线解析 结合布朗运动的特点来回答问题 图中的折线记录的是某个做布朗运动的微粒按相等时间间隔依次记录的位置连线 不是分子无规则运动的情况 也不是微粒做布朗运动的轨迹 更不是微粒运动的vt图线 故d对 a b c错 故正确答案为d 答案 d 测控导航 1 2010年四川卷 下列现象中不能说明分子间存在分子力的是 d a 两铅块能被压合在一起b 钢绳不易被拉断c 水不容易被压缩d 空气容易被压缩解析 两铅块能被压合在一起 是靠分子间的引力 钢绳不易被拉断 说明分子间存在着相互作用的引力 水不容易被压缩 说明分子间存在着相互作用的斥力 空气容易被压缩 说明空气分子间距比较大 d符合题意 2 2010年全国卷 改编 如图为两分子系统的势能ep与两分子间距离r的关系曲线 下列说法错误的是 a a 当r大于r1时 分子间的作用力表现为引力b 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力c 当r等于r2时 分子间的作用力为零d 当r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做正功解析 由题图知r2 r0 当r r0时 分子力表现为引力 r r0时 分子力表现为斥力 r1 r0 所以 当r r1时 分子力可能表现为引力 可能表现为斥力 a错误 b c都正确 在r由r1变到r2的过程中 分子力表现为斥力 分子力做正功 d正确 3 分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质 据此可判断下列说法中错误的是 b a 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动 这反映了液体分子运动的无规则性b 分子间的相互作用力随着分子间距离的增大 一定先减小后增大c 分子势能随着分子间距离的增大 可能先减小后增大d 在真空 高温条件下 可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素解析 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动 这是布朗运动 它间接反映了液体分子运动的无规则性 a正确 在rr0时 r增大 分子间的相互作用力是先变到最大 然后开始变小 最后为零 故b错误 分子间距离从小于r0变到大于r0的过程中 分子势能就是先减小后增大 c正确 利用分子扩散可以向半导体材料掺入其他元素 d正确 4 2010年福建卷 1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律 后来有许多实验验证了这一规律 若以横坐标v表示分子速率 纵坐标f v 表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比 下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 d 填选项下的字母 5 某同学在实验室做 用油膜法估测分子的大小 实验中 已知油酸酒精溶液的浓度为每104ml溶液中有纯油酸6ml 用注射器抽得上述溶液2ml 现缓慢地滴出1ml溶液 共有液滴数为50滴 把1滴该溶液滴入盛水的浅盘上 在刻有小正方形坐标的玻璃板上描出油膜的轮廓 如图所示 若图中油膜面积为22400mm2 每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是1 2 10 5ml 根据上述数据 估测出油酸分子的直径是 c m a 1 10 9b 2 10 10c 5 10 10d 8 10 11 6 拓展探究题 要落实好国家