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2019-2020年高中物理《物體是由大量分子組成的》教案4 新人教版選修3-3 目標(biāo)導(dǎo)航 （1）知道物體是由大量分子組成的。 （2）知道用油膜法測(cè)定分子大小的原理和方法。 （3）知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀模型，知道分子大小、質(zhì)量的數(shù)量級(jí)。 （4）理解阿伏加德羅常數(shù)的含義，并記住這個(gè)常數(shù)的數(shù)值和單位；會(huì)用這一常數(shù)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算或估算；領(lǐng)會(huì)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的紐帶。 （５）堅(jiān)持求真務(wù)實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。 誘思導(dǎo)學(xué) 1．分子的大小 自然界中所有物質(zhì)都是由大量的分子組成的。此處所提出的“分子”是個(gè)廣義概念，指組成物質(zhì)的原子、離子或分子。 (1)分子模型 首先，可以把單個(gè)分子看做一個(gè)立方體，也可以看做是一個(gè)小球。通常情況下把分子看做小球，是對(duì)分子的簡(jiǎn)化模型。實(shí)際上，分子有著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并不真的都是小球。 其次，不同的物質(zhì)形態(tài)其分子的排布也有區(qū)別，任何物質(zhì)的分子間都有空隙。對(duì)固體和液體而言，分子間空隙比較小，我們通常認(rèn)為分子是一個(gè)挨著一個(gè)排列的，而忽略其空隙的大小。 (2)用油膜法估測(cè)分子的大小 估測(cè)分子的大小通常采用油膜法。具體方法課本上已經(jīng)介紹，此處不再贅述。最后根據(jù)1滴油酸的體積V和油膜面積S就可以算出油膜的厚度()，即油酸分子的尺寸。其線度的數(shù)量級(jí)為。我們可以用不同的方法估測(cè)分子的大小。用不同的方法測(cè)出的分子大小并不完全相同，但是數(shù)量級(jí)是一致的。除了一些高分子有機(jī)物之外，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)約為。是一個(gè)極小的數(shù)，同學(xué)們應(yīng)該記住。 2．阿伏加德羅常數(shù) 阿伏加德羅常數(shù)用表示，。它是微觀世界的—個(gè)重要常數(shù)，是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的橋梁，應(yīng)該理解它的意義。 （1）已知固體和液體（氣體不適用）的摩爾體積vmol和一個(gè)分子的體積v，則NA=；反之亦可估算分子的大小。 (2）已知物質(zhì)（所有物質(zhì)，無(wú)論液體、固體還是氣體均適用）的摩爾質(zhì)量M和一個(gè)分子的質(zhì)量m，求NA＝；反之亦可估算分子的質(zhì)量。 （3）已知固體和液體（氣體不適用）的體積V和摩爾體積vmol，則物質(zhì)的分子數(shù)n＝NA＝NA．其中ρ是物質(zhì)的密度，M是物質(zhì)的質(zhì)量。 （4）已知物質(zhì)（所有物質(zhì)，無(wú)論液體、固體還是氣體均適用）的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量，則物質(zhì)的分子數(shù) n=NA． 典例探究 例１　將的油酸溶于酒精，制成的油酸酒精溶液，已知的溶液有50滴，現(xiàn)取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，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，由此可估測(cè)油酸分子的直徑為多少？ 解析：1 cm3油酸酒精溶液中油酸的體積V＝10－6 m3，1滴油酸酒精溶液中油酸體積V油酸＝V/50＝m3，則油酸分子的直徑d＝m＝510－10 m。 友情提示：本題關(guān)鍵是知道分子的球形模型，理解用油膜法測(cè)分子直徑的原理，運(yùn)用公式d=V/S進(jìn)行計(jì)算，注意單位的統(tǒng)一。除油膜法計(jì)算分子大小外，如果在已知分子的體積V的情況下，對(duì)固體、液體還有方法：①當(dāng)分子視為球體時(shí)，有V＝ (d/2)3＝πd3/6，d＝；②當(dāng)分子視為立方體時(shí)，d＝。對(duì)氣體，因分子的間距很大，不考慮氣體分子的大小。 例２　水的分子量是18，水的密度，阿伏加德羅常數(shù)，則(1)水的摩爾質(zhì)量M＝________或M＝______；(2)水的摩爾體積V＝________；(3)一個(gè)水分子的質(zhì)量m＝_________kg；(4)一個(gè)水分子的體積V′＝__________；(5)將水分子看做是個(gè)球體，水分子的直徑d＝________m，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)都是___________m。 解析：(1)某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量用“”做單位時(shí)，其數(shù)值與該物質(zhì)的原子量相同，所以水的摩爾質(zhì)量。如果摩爾質(zhì)量用國(guó)際單位制的單位“”，就要換算成。 (2)水的摩爾體積V。 (3)一個(gè)水分子的質(zhì)量。 (4)一個(gè)水分子的體積。 (5)將水分子視為理想球體就有：，水分子直徑為這里的“”稱為數(shù)量級(jí)，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)就是這個(gè)值。 友情提示：解答此類問(wèn)題時(shí)，一定要理清各物理量間的關(guān)系。 例3　已知金剛石的密度為ρ＝3.5103 kg/m3，現(xiàn)有一塊體積為4.010－8m3的一小塊金剛石，它含有多少個(gè)碳原子?假如金剛石中的碳原子是緊密地挨在一起，試估算碳原子的直徑?(保留兩位有效數(shù)字) 解析：先求這塊金剛石的質(zhì)量 m＝ρV＝3.51034.010－8 kg＝1.410－4 kg 這塊金剛石的物質(zhì)的量 n＝ mol＝1.1710－2 mol 這塊金剛石所含的碳原子數(shù) n′＝nNA＝1.1710－26.021023個(gè)＝7.01021個(gè) 一個(gè)碳原子的體積為 V0＝ m3＝5.710－30 m3。 把金剛石中的碳原子看成球體，則由公式V0＝d3可得碳原子直徑為 d＝m＝2.210－10 m 友情提示：(1)由宏觀量去計(jì)算微觀量，或由微觀量去計(jì)算宏觀量，都要通過(guò)阿伏加德羅常數(shù)建立聯(lián)系。所以說(shuō)，阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁。 (2)在計(jì)算金剛石含有的碳原子數(shù)時(shí)，也可先由Vmol＝求出Vmol，再由V0＝求出一個(gè)碳原子的體積V0，然后由n＝求出金剛石含有的碳原子數(shù)n。 例４　在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，水蒸氣的摩爾體積是，則水蒸氣分子的平均間距約是水分子直徑的( )倍。 A．1倍 　　　B．10倍 C．100倍 　 　D．1000倍 解析：水蒸氣是氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的摩爾體積是，每個(gè)水分子所占體積(包括水分子和它的周圍空間的體積)為 把每個(gè)分子和它所占空間看成一個(gè)小立方體，分子間距等于每個(gè)立方體的邊長(zhǎng)，即 水的摩爾體積 ，一個(gè)水分子的體積為，把水分子看成球形，其直徑為 答案：B。 友情提示：固體和液體分子是緊密排列的，分子間距可看成分子直徑；而氣體分子間的距離遠(yuǎn)大于分子直徑，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，用摩爾體積除以阿伏伽德羅常數(shù)，得到的是一個(gè)分子和它的周圍空間的總體積，而不是一個(gè)分子的體積。分割氣體空間體積時(shí)必須分割成緊密相連的立方體，而不應(yīng)該是球體。這一點(diǎn)同學(xué)們一定要弄清楚。 課后問(wèn)題與練習(xí)點(diǎn)擊 1．解析：因?yàn)楸∧で∧茉邴}水中懸浮，說(shuō)明薄膜的密度與鹽水密度相等，所以薄膜密度為ρ=1。2103kg/m3＝1.2g/cm3，質(zhì)量m=３６g，薄膜體積V＝m/ρ=３６１.２＝30cm3，薄膜面積S=１０２０＝２００cm2，因此薄膜的厚度為d=V/S=30200=0.15cm。 ２．解析：（１）一滴油酸酒精容易中含有純油酸的體積是V＝１＝ （２）油膜的面積S＝１１１５＝１１５cm2 （３）油膜的厚度即認(rèn)為是油酸分子的直徑d，則有：d＝m＝７.０10－10 m。 3．解析：銅的摩爾體積==７.210－6m3 一個(gè)銅原子的體積為V0==１.２10－２９m3 把銅原子看成球體，則由公式V0＝d3可得銅原子直徑為： d＝m＝2.810－10 m 4．解析：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的摩爾體積是Vmol=，每個(gè)氧氣分子所占立方體空間的體積為： 每個(gè)分子處在所占立方體空間的中心，相鄰兩個(gè)分子間距離等于每個(gè)立方體空間的邊長(zhǎng)，即 基礎(chǔ)訓(xùn)練 一、選擇題 1．分子直徑和分子的質(zhì)量都很小，它們的數(shù)量級(jí)分別為（?。? A． B． C． D． 2．構(gòu)成物質(zhì)的單元是多種多樣的，它們不可能是（　 ） A．分子（如有機(jī)物） B．原子（如金屬） C．基本粒子（如電子、中子、原子） D．離子（如鹽類） 3．已知銅的密度為，原子量為64，通過(guò)估算可知銅中的每個(gè)銅原子所占的體積為( ) A．　　B． C．　　D． 4．從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏加德羅常數(shù) ( ) A．水的密度和水的摩爾質(zhì)量 B．水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積 C．水分子的體積和水分子的質(zhì)量 D．水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量 5．某固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則每個(gè)分子的質(zhì)量和單位體積內(nèi)所含的分子數(shù)分別是( ) A．NA／M ρNA／M B．M／NA MNA／ρ C．NA／M M／ρNA D．M／NA ρNA／M 6．阿伏加德羅常數(shù)是NA，銅的摩爾質(zhì)量是M，銅的密度是ρ，則下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( ) A．1 m3銅所含的原子數(shù)目是ρNA/M B．1 kg銅所含的原子數(shù)目是ρNA C．1個(gè)銅原子的原子質(zhì)量是M/NA D．1個(gè)銅原子占有體積是M/(NAρ) 7．體積為10－4 cm3的油滴，滴在水面上展開成單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級(jí)為 ( ) A．108 cm2 B．106 cm2 C．104 cm2 D．102 cm2 8．只要知道下列哪一組物理量，就可以估算出氣體分子間的平均距離( ) A．阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的摩爾質(zhì)量和質(zhì)量 B．阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的摩爾質(zhì)量和密度 C．阿伏加德羅常數(shù)，該氣體的質(zhì)量和體積 D．該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量 二、填空題 ９．冰的摩爾質(zhì)量為，冰的密度為，那么冰分子的直徑大約為　　　 ?！　? １０．水的摩爾質(zhì)量為，則水中含有的水分子的個(gè)數(shù)是　　　 ，1個(gè)水分子的質(zhì)量是　　　 。 １１． 由油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得油酸分子的直徑為1.1210-9m，已知油酸的密度為6.37102kg/m3。油酸的摩爾質(zhì)量為282g/mol，由此求得阿伏加德羅常數(shù)為　　　 ?！? １２． 鐵的密度是7。8103kg/m3，有一小塊鐵的體積是5.710-8m3，這塊鐵中含有　　　 個(gè)原子?！　? １３．某種氣體摩爾質(zhì)量用M表示，氣體體積用V表示，分子數(shù)用n表示，分子體積用V0表示，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，現(xiàn)除了已知該氣體的密度為ρ，還告訴了下列四組數(shù)據(jù)： A．M 　　　B．M，　NA 　C．V，　n 　D．V，　V0 要估算該氣體分子間的平均距離，只要再知道一組數(shù)據(jù)即可，可行的辦法是選　　　組數(shù)據(jù)（填字母代號(hào)）。 １４．氣體分子的直徑為d＝210-10m，試估算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，相鄰氣體分子的平均距離L0與分子直徑的比值為　　　　(取兩位有效數(shù)字)。 三、計(jì)算題 １５．黃金的密度為19。3 g/cm3，摩爾質(zhì)量為197 g/mol。求： (1)黃金分子的質(zhì)量； (2)黃金分子的體積； (3) 黃金分子的半徑。 7．1–1 １６．在做“用油膜法測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每104ml溶液中有純油酸6mL，用注射器測(cè)得1mL上述溶液有液滴75滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖7．1–1所示，坐標(biāo)中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1cm，問(wèn)： (1)油酸膜的面積是多少cm2?(此問(wèn)可直接寫出答案) (2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少? (3)按以上數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是多少? １７．課題研究 [課題] 納米技術(shù) [目的] 通過(guò)收集、查詢、討論有關(guān)納米技術(shù)的資料，了解納米技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的作用以及對(duì)未來(lái)社會(huì)發(fā)展的影響，激發(fā)學(xué)生對(duì)新技術(shù)的興趣和熱情。 [問(wèn)題] 1．知道納米是長(zhǎng)度單位，知道什么是納米技術(shù)，納米技術(shù)的研究對(duì)象是什么？ 2．納米技術(shù)與掃描隧道顯微鏡。 3．納米技術(shù)在電子和通信方面的應(yīng)用。 4．納米技術(shù)在醫(yī)療和生命科學(xué)方面的應(yīng)用與展望。 5．我國(guó)在納米技術(shù)領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展前景。 [方法] 到圖書館查資料；上相關(guān)的網(wǎng)站查詢；收集資料信息討論交流。