物体是由大量分子组成的

1、第七章分子动理论单元透视本章内容是热学部分的基础，本章研究的就是热现象的基本理论和有关规律。研究热现象有两种不同的方法，一种是从宏观上总结热现象的规律，引入内能的概念，并使内能跟其他形式的能联系起来；另一种是从物质的微观结构出发，建立分子动理论，说明热现象是大量分子无规则运动的表现。这两种方法相辅相成，使人们对热现象的研究越来越深入。本章的学习不仅为后三章的学习打下良好的基础，而且对学好整个物理学都很重要。这一章主要讲三方面的知识，一是认识分子动理论的基本观点，知道其实验数据，知道阿伏加德罗常数的意义。了解分子运动所遵循的统计规律。二是平衡态和温标，三是有关分子能的概念，充分认识温度是分子平均

2、动能的标志。根据新课标的要求，要使学生了解分子动理论的基本内容：物质是有大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则的运动，分子之间存在着相互的引力和斥力。本章教材突出了分子动理论的实验基础，这也是进入微观世界的线索。分子动理论的内容，学生并不生疏，他们在初中学过这方面的知识。但与初中所学内容相比，现在的要求有所提高。一是加强了分子动理论的实验基础，这对于分子动理论的学习是很重要的。二是加深了对分子动理论的理解的要求。这不仅是后三章学习不可缺少的基础，也有利于发展学生的思维能力和空间想象能力，对于学好高中物理是十分重要的。本章还讲述了内能的概念，这也是热学中一个基本的概念，不仅对学好热学，而且对学

3、好整个物理学都很重要。希望学生能够对能量这个重要的物理概念的认识更全面、更深入一些。第1节物体是由大量分子组成的目标导航(1)知道物体是由大量分子组成的。(2)知道用油膜法测定分子大小的原理和方法。(3)知道物质结构的微观模型，知道分子大小、质量的数量级。(4)理解阿伏加德罗常数的含义，并记住这个常数的数值和单位；会用这一常数进行有关计算或估算；领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的纽带。(5)坚持求真务实、严谨认真的学习态度。诱思导学1 .分子的大小自然界中所有物质都是由大量的分子组成的。此处所提出的“分子”是个广义概念，指组成物质的原子、离子或分子。(1)分子模型首先，可以把单个

4、分子看做一个立方体，也可以看做是一个小球。通常情况下把分子看做小球，是对分子的简化模型。实际上，分子有着复杂的内部结构，并不真的都是小球。其次，不同的物质形态其分子的排布也有区别，任何物质的分子间都有空隙。对固体和液体而言，分子间空隙比较小，我们通常认为分子是一个挨着一个排列的，而忽略其空隙的大小。(2)用油膜法估测分子的大小估测分子的大小通常采用油膜法。具体方法课本上已经介绍，此处不再赘述。最后根据1滴油酸的体积v和油膜面积s就可以算出油膜的厚度(D=丫)，即油酸分子的尺寸。其线度的数量级为100m。我S们可以用不同的方法估测分子的大小。用不同的方法测出的分子大小并不完全相同，但是数量级是一

5、致的。1010除了一些高分子有机物之外，一般分子直径的数量级约为10m。10m是一个极小的数，同学们应该记住。2 .阿伏加德罗常数23''1阿伏加德罗常数用Na表示，NA=6.02X10mol。它是微观世界的一个重要常数，是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁，应该理解它的意义。(1)已知固体和液体(气体不适用)的摩尔体积Vmol和一个分子的体积V,则NA=vm°L；反之亦可估V算分子的大小。(2)已知物质(所有物质，无论液体、固体还是气体均适用)的摩尔质量M和一个分子的质量m,求MN-;反之亦可估算分子的质重。mv(3)已知固体和液体(气体不适用)的体积V和摩尔体积Vm

6、ol,则物质的分子数n=N1vmolM/：-NA其中P是物质的密度，M是物质的质量。vmol(4)已知物质(所有物质，无论液体、固体还是气体均适用)的质量和摩尔质量，则物质的分子数Mn=.NAm典例探究333.例1将1cm的油酸溶于酒精，制成200cm的油酸酒精溶披，已知1cm的溶披有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积2为0.2m,由此可估测油酸分子的直径为多少？.一一3一.,.一一、一,一.，一.1-63一一.,解析：1cm油酸酒精溶披中油酸的体积V=X10m,1滴油酸酒精溶披中油酸体积V油酸=V/50200=10&qu

7、ot;m3,则油酸分子的直径d=V油膜=101m=5X1010m=20050S200500.2友情提示：本题关键是知道分子的球形模型，理解用油膜法测分子直径的原理，运用公式d=V/S进行计算，注意单位的统一。除油膜法计算分子大小外，如果在已知分子的体积V的情况下，对固体、液体还有方法：当分子视为球体时，有V=42L（d/2）3=无d3/6,d=3；6；当分子视为立方体时，d=3/V。3；二对气体，因分子的间距很大，不考虑气体分子的大小。例2水的分子量是18,水的密度P=1.0x103kg/m3,阿伏加德罗常数23.111,Na=6.02黑10mol,则（1）水的摩尔质量mgmol或Mkkgmo

8、l；（2）水的摩尔体积V=m3，mol,；（3）一个水分子的质量m=kg;（4）一个水分子的体积V3=m;（5）将水分子看做是个球体，水分子的直径d=m,一般分子直径的数量级都是1解析：（1）某种物质的摩尔质量用“gmol”做单位时，其数值与该物质的原子量相同，所以水的摩尔质量M=18gmol1o如果摩尔质量用国际单位制的单位“kg，mol,”，就要换算成M=1810kgmol水的摩尔体积V/=M=1.8'10m3/mol=1.8M10，m3mol:1.0103(3) 一个水分子的质量m=-=1°kg=3X1。“6kgNa6.021023V1.8103293(4) 一个水分子

9、的体积V'=-m3=3父10m3Na6.021023、一.一一n0，一，一.将水分子视为理想球体就有：一，d3=V',水分子直径为6d=31”二J6乂3，10"巾=3.9父1d0m这里的“10“0”称为数量级，一般分子直径的数量级二.3.14就是这个值。友情提示：解答此类问题时，一定要理清各物理量间的关系。例3已知金刚石的密度为p=3.5X103kg/m3,现有一块体积为4.0X108m3的一小块金刚石，它含有多少个碳原子？假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直径？（保留两位有效数字）解析：先求这块金刚石的质量m=pV=3.5X103X4.0X108k

10、g=1.4X104kg这块金刚石的物质的量4m1.4父102n=3-mol=1.17X10molM1210与这块金刚石所含的碳原子数n=nNA=1.17X102X6.02X1023个=7.0X1021个一个碳原子的体积为VVo=Fn4.0 10 '2T7.0 10m3= 5.7X 10 30 m3。把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式二 3 V0= d3可得碳原子直径为66 5,7 10加3.14m= 2.2X10 10 m友情提示：（1）由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系。所以说，阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁。（2）在计算金刚石含

11、有的碳原子数时，也可先由Vmol=M求出Vmol,再由丫0=翟求出一个碳原子的体积V。，然后由n=V求出金刚石含有的碳原子数n。V。例4在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是22.4父10二m3/mol,则水蒸气分子的平均间距约是水分子直径的（）倍。A.1倍B.10倍C. 100倍D. 1000倍解析：水蒸气是气体，在标准状况下的摩尔体积是22.4m10学m3/mol,每个水分子所占体积（包括水分子和它的周围空间的体积）为Vmol 224 1 0Jm3/molNA - 6.02 1(23moF=372 1026 m3把每个分子和它所占空间看成一个小立方体，分子间距等于每个立方体的边长，即径为d =3

12、 V| -3 3.72 10 26水的摩尔体积m = 3.35 10、Vmol =1810-6m3/mo1 , 一个水分子的体积为 Vmol/NA,把水分子看成球形，其直6VmolDFa 6 18 10 一10323m =3.85 10 m d/D-10. 3.14 6.02 10答案：B。友情提示:固体和液体分子是紧密排列的，分子间距可看成分子直径;距离远大于分子直径， 在标准状况下，用摩尔体积除以阿伏伽德罗常数,而气体分子间的 得到的是一个分子和它的周围空间的总体积，而不是一个分子的体积。 分割气体空间体积时必须分割成紧密相连的立方体，而不应该是球体。这一点同学们一定要弄清楚。课后问题与练

13、习点击1 .解析：因为薄膜恰能在盐水中悬浮，说明薄膜的密度与盐水密度相等，所以薄膜密度为 p=1。2X 103kg/m3= 1. 2g/cm3,质量 m=3 6 g,薄膜体积 V= m/p= 3 6 + 1 . 2 = 30cm3, 薄膜面积S=1 0 X 2 0 = 2 0 0 cm,因此薄膜的厚度为 d=V/S=30+200=0. 15cm。2 .解析：（1 ） 一滴油酸酒精容易中含有纯油酸的体积是V= 1 x x 675100008.0 10，L)(2 )油膜的面积 S= 1 X 1 1 5 = 1 1 52 cm（3 ）油膜的厚度即认为是油酸分子的直径V 8.0 10上d,则有：d =

14、 =m= 7.0X10S 11510m。3 .解析：铜的摩尔体积Vmol=M=7.2X10一个铜原子的体积为V0=VmoL=1.2x10-29m3Na把铜原子看成球体，则由公式V）=-d3可得铜原子直径为:66 1.2 10&3.14-10m= 2. 8X 10 m4 .解析：在标准状况下氧气的摩尔体积是Woi=22.4M10与m3,每个氧气分子所占立方体空间的体积为：= 372 1026 m3224103m3/mol6.021(23molJ每个分子处在所占立方体空间的中心，相邻两个分子间距离等于每个立方体空间的边长，即d=3V=33.721026m=3.3510，m基础训练一、选择题

15、1.分子直径和分子的质量都很小，它们的数量级分别为（）10'26,A. d=10m,m=10kgB. d=10,（cm,m=10kgC. d=10，°m,m=10"gD. d=10"8m,m=10“6kg2.构成物质的单元是多种多样的，它们不可能是（）A.分子（如有机物）B.原子（如金属）C.基本粒子（如电子、中子、原子）D.离子（如盐类）3.已知铜的密度为8.9x103kg/m3,原子量为64,通过估算可知铜中的每个铜原子所占的体积为（）A.7x10-6m3b.1x10-29m3C.1x106m3D.8x104m34 .从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗

16、常数（）A.水的密度和水的摩尔质量B.水的摩尔质量和水分子的体积C.水分子的体积和水分子的质量D.水分子的质量和水的摩尔质量5 .某固体物质的摩尔质量为M,密度为p,阿伏加德罗常数为Na,则每个分子的质量和单位体积内所含的分子数分别是（）A. Na/MPNa/MB. M/NaMNa/pC. Na/MM/PNaD. M/NapNa/M6,阿伏加德罗常数是Na,铜的摩尔质量是M,铜的密度是p,则下列说法中错误的是（）A. 1m3铜所含的原子数目是pNa/MB. 1kg铜所含的原子数目是pNaC. 1个铜原子的原子质量是M/NaD. 1个铜原子占有体积是M/（Nap）7,体积为104cm3的油滴，滴

17、在水面上展开成单分子油膜，则油膜面积的数量级为（）A. 108cm2B. 106cm2C. 104cm2D. 102cm28.只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离A.阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量B.阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度C.阿伏加德罗常数，该气体的质量和体积D.该气体的密度、体积和摩尔质量二、填空题33一一39.冰的摩尔质量为18M10kg/mol,冰的密度为0.9x10kg/m,那么冰分子的直径大约为。I 0.水的摩尔质量为0.018kgmol,，则1cm3水中含有的水分子的个数是,1个水分子的质量是。II .由油滴实验测得油酸分子的直径为1.

18、12X10-9m,已知油酸的密度为6.37X102kg/m3。油酸的摩尔质量为282g/mol,由此求得阿伏加德罗常数为。12.铁的密度是7。8X103kg/m3,有一小块铁的体积是5.7X10-8m3,这块铁中含有个原子。13.某种气体摩尔质量用M表示，气体体积用V表示，分子数用n表示，分子体积用V。表示，阿伏加彳罗常数用Na表示，现除了已知该气体的密度为p,还告诉了下列四组数据：A.MB.M,NaC.V,nD.V,V0要估算该气体分子间的平均距离，只要再知道一组数据即可，可行的办法是选组数据（填字母代号）。14.气体分子的直径为d=2X10-1°m,试估算标准状态下，相邻气体分子

19、的平均距离L0与分子直径的比值为（取两位有效数字）。三、计算题15.黄金的密度为19。3g/cm3,摩尔质量为197g/mol。求：（1）黄金分子的质量；（2）黄金分子的体积；（3）黄金分子的半径。16.在做“用油膜法测分子的大小”实验时，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上述溶液有液滴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，在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图7.1-1所示，坐标中正方形小方格的边长为1cm,问：7.1-1(1)油酸膜的面积是多少cm2?(此问可直接写出答案)(2)每一滴油

20、酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)按以上数据，估测出油酸分子的直径是多少？17.课题研究课题纳米技术目的通过收集、查询、讨论有关纳米技术的资料，了解纳米技术在现实生活中的作用以及对未来社会发展的影响，激发学生对新技术的兴趣和热情。问题1 .知道纳米是长度单位，知道什么是纳米技术，纳米技术的研究对象是什么？2 .纳米技术与扫描隧道显微镜。3 .纳米技术在电子和通信方面的应用。4 .纳米技术在医疗和生命科学方面的应用与展望。5 .我国在纳米技术领域的研究状况和发展前景。方法到图书馆查资料；上相关的网站查询；收集资料信息讨论交流。多维链接1 .阿伏加德罗(17761856)意大利化学家、物理

21、学家。1776年8月9日生于都灵市，出自于律师家庭。20岁时获得法学博士学位,做过多年律师。24岁起兴趣转到物理学和数学方面，后来成为都灵大学的物理学教授。阿伏加德罗的主要贡献是他于1811年提出了著名的阿伏加德罗假说，即在同一温度、同一压强下，相同体积的任何气体所包含的分子个数相同。根据这一假说可以得到下面的结果：在相同温度相同压强之下，任何两种气体的相对分子质量都与其气体密度成正比。这样相对分子质量(或化学式量)就可以被直接测定了。但是由于当时阿伏加德罗没有对他的假说提出实验证明，以致其假说不易被人接受。直到1860年康尼扎罗用实验论证并在卡尔斯鲁厄化学会议上予以阐述后，该假说才获公认，成

22、为现在的阿伏加德罗定律。2 .热学中的分子模型在化学课中我们知道分子是保持物质化学性质的最小微粒，而在热学研究中，分子、原子、离子遵循相同的热运动规律，这与它们自身的内部结构无关。这样我们将它们视为"小球"，并统称为分子3 .分子大小的估算用油膜法可以估算分子的大小，但问题是怎样计算油膜的体积。为此，可采用以下方法：在水盘内的水面上，先均匀撒上一层萍子粉，然后，再滴入油酸液滴，这样油酸扩展开的边缘形状，就非常明显了。在水盘上方，放上玻璃板，用彩笔在其上画下油酸膜的轮廓。4 将油酸膜轮廓放在坐标纸上，就可算出其面积S。注意：(1)坐标纸上的小正方格边长要测出；(2)计算轮廓内的正方格个数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。5 .纳米技术纳米是一个长度单位，符号是nmi,1nm=109m.一般分子的直径大约为0.3nm0.4nm,蛋白质分子比较大，可达几