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

1、用油膜法估测分子的大小、温度和内能【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】一、用油膜法估测分子的大小1实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层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：配制好的油酸酒精溶液、

2、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：（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3040 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

3、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，看数量级（单位为m）是否为10-10，若不是10-10需重做实验。4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（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

4、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1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2两种温标(1)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，tT.(2)关系：Tt273.15 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1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

5、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

6、：（分子势能曲线如图所示）当rr0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rr0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；当rr0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rr0处分子势能为负值3物体的内能(1)定义：物体内所有分子的 和 的总和(2)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

7、，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】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，

8、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】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度2相同质量的0的水与0的冰相比较 ()A

9、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(xx2)时，加速度最大B乙分子在P点(xx2)时，其动能为E0C乙分子在Q点(xx1)时，处于平衡状态D乙分子的运动范围为xx15关于分子力和分子势能，下列说

10、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CA、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DA、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

11、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4550 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CA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NB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nC_ _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(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)次数S/cm2Leq f(V,S)/cmL平均值1533249335639