高中物理 用油膜法估测分子的大小、温度和内能学案 新人教版选修3

用心 爱心 专心1 用油膜法估测分子的大小 温度和内能用油膜法估测分子的大小 温度和内能 学习目标学习目标 1 知道温度和温标的概念 2 学会用油膜法估测分子的大小 明确分子动能 分子势能和内能的含义 重点 知识要点知识要点 一 一 用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小 1 实验原理 实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子单分子油膜的方法估测分子的大 小 当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时 油酸就在水面上散开 其中的酒精溶于水 并很快挥发 在水面上形成如图所示形状的一层纯 油酸薄膜 如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积 即可算出油酸分子的大小 用 V 表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体 积 用 S 表示单分子油膜的面积 用 d 表示分子的直径 如下图 则 d 2 实验器材 实验器材 配制好的油酸酒精 溶液 浅盘 痱子粉 或石膏粉 注射器 或滴管 量筒 玻璃板 彩笔 坐标纸 3 实验步骤 实验步骤 1 取 1 毫升 1 cm3 的油酸溶于酒精中 制成 200 毫升的油酸酒精溶 液 2 用滴管 或注射器 向量筒中滴入 n 滴配制好的油酸酒精溶液 使这 些溶液的体积恰好为 1 mL 算出每滴油酸酒精溶液的体积 V0 mL 3 往边长约为 30 40 cm 的浅盘里倒入约 2 cm 深的水 然后将痱子粉 或石膏粉均匀地撒在水面上 4 用滴管 或注射器 向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液 油酸 就在水面上慢慢散开 形成单分子油膜 5 待油酸薄膜形状稳定后 将一块较大的玻璃板盖在浅盘上 用彩笔 将油酸薄膜的形状画在玻璃板上 6 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 算出油酸薄膜的面积 S 7 据油酸酒精溶液的浓度 算出一滴溶液中纯油酸的体积 V 代入公 式算出油酸薄膜的厚度即油酸分子的直径 比较算出的分子直径 S V d 看数量级 单位为 m 是否为 10 10 若不是 10 10需重做实验 4 4 注意事项注意事项 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 精和溶液的移液管要分别专用 不能混用 否则会增大实验误差 用心 爱心 专心2 2 痱子粉和油酸的用量都不可太大 在水面撒痱子粉后 再不要触动 盘中的水 3 浅盘中的水离盘口面的距离应较小 并要水平放置 等待一段时间 待油膜稳定后画出薄膜的形状 画线时视线应与板面垂直 4 利用坐标纸求油膜面积时 以边长 1 cm 的正方形为单位 计算轮 廓内正方形的个数 不足半格的舍去 多于半格的算一个 二 温度和温标二 温度和温标 1 1 温度 温度 温度在宏观上表示物体的冷热程度 在微观上表示分子的平均动能 2 2 两种温标 两种温标 1 1 比较摄氏温标和热力学温标 比较摄氏温标和热力学温标 两种温标温度的零点不同 同一温度两 种温标表示的数值不同 但它们表示的温度间隔是相同的 即每一度的 大小相同 t T 2 2 关系 关系 T t 273 15 K 热力学温度的零值是低温极限 永远达不到 即热力学温度无负值 温度是大量分子热运动的集体行为 对个别分子来说温度没有意义 三 物体的内能及其变化三 物体的内能及其变化 1 1 分子的平均动能 分子的平均动能 1 定义 物体内所有分子动能的 2 决定因素 仅与物体的 有关 而与其他任何量无关系 3 一个分子的热运动的动能是没有意义的 温度代表着大量分子热运动 的平均动能 但这并不意味着温度高每个分子热运动的动能都会大 温 度升高只说明大多数分子的动能增大了 有少数分子的动能会减少 4 同一温度下 不同物质分子的平均动能都相同 但由于不同物质的分 子质量不尽相同 所以分子运动的平均速率不尽相同 2 2 分子势能 分子势能 1 概念 由分子间的相互作用和决定的能量 2 分子势能大小的相关因素 微观上 分子势能的大小与 有关 宏观上 与物体的 有关 大多数物体是 越大 分子势能 越大 也有少数物体 如冰 铸铁等 变大 分子势能反而变 小 3 分子力做功与分子势能的关系 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 具 体与分子间距离的关系为 分子势能曲线如图所示 当r r0时 分子力表现为引力 随着r的增大 分子引力做负功 分子势能增大 当r r0时 分子力表现为斥力 随着r的减小 分子斥力做负功 分子势能增大 用心 爱心 专心3 当r r0时 分子势能最小 但不一定为零 若选两分子相距无穷 远时分子势能为零 则r r0处分子势能为负值 3 3 物体的内能 物体的内能 1 1 定义 定义 物体内所有分子的 和 的总和 2 2 决定因素决定因素 微观上 分子动能 分子势能 宏观上 物质的量 摩尔数 3 对内能的理解 分子的热运动对应内能 由于分子在做永不停息的无规则运动 故 物体的内能永远不等于零 气体分子间的作用力为零 故气体无分子势 能 机械运动对应机械能 机械能可以为零 机械能和内能完全无关 因为它们的决定因素不同 不能说机械能或速度越大 内能就越大等 典型例题典型例题 例例 1 在做用油膜法估测分子大小的实验中 将油酸溶于酒精 其浓度为 每 104 mL 溶液中有 6 mL 油酸 用注射器测得 1 mL 上述溶液有 75 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 用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓 再把玻璃板放在坐标纸上 其形状和 尺寸如上图所示 坐标中正方形方格的边长为 1 cm 试求 1 油酸膜的面积是多少 cm2 2 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 是多少 3 按以上实验数据估测出油酸分子的直径 例例 2 2 气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和 其大小与气体 的状态有关 分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的 A 温度和体积 B 体积和压强 C 温度和压强 D 压强和温度 例例 3 3 分子甲固定 分子乙从无穷远处以动能 EK向分子甲运动 直到不 能再靠近为止 其分子势能 EP随距离 r 变化如图所示 则两分子在逐渐 靠近至 d 的过程中 分子乙的动能 选填 先增大后减 小 先减小后增大 或 保持不变 在 d 点时 两分子间的作用力为 选填 引力 斥 力 或 零 针对训练针对训练 1 利用单分子油膜法估测分子的直径 需要测量的物理量是 A 一滴油的体积和它的密度 B 一滴油的体积和它散成油膜的最大面积 C 一滴油的质量和它的密度 D 一滴油形成油膜的厚度和它的密 用心 爱心 专心4 度 2 相同质量的 0 的水与 0 的冰相比较 A 它们的分子平均动能相等 B 水的分子势能比冰的分子势能 大 C 水的分子势能比冰的分子势能小 D 水的内能比冰的内能多 3 若已知分子势能增大 则在这个过程中 A 一定克服分子力做功 B 分子力一定减少 C 分子间距离的变化情况无法确定 D 以上说法都不正确 4 如图 甲分子固定在坐标原点O 乙分子沿x轴运动 两分子间的分 子势能Ep 与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示 图中分子势能的 最小值为 E0 若两分子所具有的总能量为 0 则下列说法中正确的是 A 乙分子在P点 x x2 时 加速度最大 B 乙分子在P点 x x2 时 其动能为E0 C 乙分子在Q点 x x1 时 处于平衡状态 D 乙分子的运动范围为x x1 5 关于分子力和分子势能 下列说法正确的是 A 当分子力表现为引力时 分子力随分子间距离的增大而减小 B 当分子力表现为引力时 分子势能随分子间距离的减小而减小 C 当分子力表现为引力时 分子势能随分子间距离的减小而增大 D 用打气筒给自行车打气时 越下压越费力 说明分子间斥力越来 越大 分子间势能越来越大 6 下列说法正确的是 A 熔融的铁块化成铁水的过程中 温度不变 内能也不变 B 物体运动的速度增大 则物体中分子热运动的平均动能增大 物体的内能增 大 C A B 两物体接触时有热量从物体 A 传到物体 B 这说明物体 A 的内能大于物体 B 的内能 D A B 两物体的温度相同时 A B 两物体的内能可能不同 分子 的平均速率也可能不同 7 将质量 温度均相等的一杯水和一个钢球比较 下列说法正确的是 A 它们的内能一定相等 B 它们的分子平均动能一定相等 C 它们的分子平均速率一定相等 D 把钢球浸没在水中 它们的内能一定不改变 8 用油膜法估测油酸分子的大小 实验器材有 浓度为 0 05 体积分数 的 油酸酒精溶液 最小刻度为 0 1 mL 的量筒 盛有适量清水的 45 50 cm2 浅盘 痱子粉 橡皮头滴管 玻璃板 彩笔 坐标纸 1 下面是实验步骤 请填写所缺的步骤 C A 用滴管将浓度为 0 05 油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下滴 入 1mL 油酸酒精溶液时的滴数N B 将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上 用滴管吸取浓度为 0 05 的油酸 酒精溶液 从低处向水面中央一滴一滴地滴入 直到油酸薄膜有足够大 的面积又不与器壁接触为止 记下滴入的滴数n C D 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 以坐标纸上边长为 1cm 的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 算出油酸薄膜的面积 S 用心 爱心 专心5 2 用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子直径大小 单位 cm 9 在 用油膜法估测分子的大小 实验中 已知一滴溶液中油酸的体积 为 V油酸 配