人教版(新教材)高中物理选择性必修3第一章 分子动理论网络构建与学科素养提升

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1网络构建与学科素养提升一、分子微观量估算问题中的分子模型——模型构建能力培养分子模型分子模型意义分子大小或分子间的平均距离图例球形模型固体和液体可看成是由一个个紧挨着的球形分子排列而成的，忽略分子间的空隙d＝eq\r(3,\f(6V0,π))(分子直径)立方体模型(气体)气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个分子占有的活动空间，这时忽略气体分子的大小d＝eq\r(3,V0)(分子间平均距离)立方体模型(固体)固体可看做是由一个紧挨着一个的立方体分子排列而成的，忽略分子间空隙r＝eq\r(3,V0)(分子大小)说明(1)这里的分子是指构成物质的单元，可以是分子，也可以是原子、离子。在热运动中它们遵循相同的规律，所以统称为分子。(2)我们根据阿伏加德罗常数和摩尔体积估算出的“分子体积”，严格来说是每个分子平均所占有的空间，由于固体和液体的分子是紧密排列的，分子间距小，我们可以认为分子占有的空间和分子体积几乎是一样的。而由于气体分子间距很大，气体分子占有的空间比分子体积大得多，因此我们估算的仅仅是气体分子平均占有的空间，由d＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))计算得到的d是气体分子间的距离。〖例1〗已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数。(结果保留1位有效数字)〖解析〗设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸，一次吸入空气的体积为V，在海底吸入的分子数N海＝eq\f(ρ海V,M)NA，在岸上吸入的分子数N岸＝eq\f(ρ岸V,M)NA，则有ΔN＝N海－N岸＝eq\f(（ρ海－ρ岸）V,M)NA，代入数据得ΔN＝3×1022。〖答案〗3×1022个〖素养提升练1〗试估算在标准状态下空气分子的平均距离。(取标准状态下气体的摩尔体积22.4×10－3m3/moL)〖解析〗此题关键是建立气体分子的立方体模型。将分子看做是一个质点，并处在规则且均匀分布的正方体中心，小正方体的体积是分子平均占据空间的大小，如图所示，设L为小正方体的边长，d为分子间距，若取1mol标准状态下的氢气，则，d＝L＝eq\r(3,\f(V,NA))＝eq\r(3,\f(22.4×10－3m3/mol,6.02×1023mol－1))＝3.3×10－9m。〖答案〗3.3×10－9m二、两种曲线的比较——比较思维能力的培养分子力F与分子间距离r的关系如图中虚线所示。如果取两个分子相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的实线表示。(1)当r＝r0时分子处于平衡状态，此时分子间的引力、斥力同时存在，分子力F为零，分子势能Ep最小。(2)在r<r0范围内，分子力表现为斥力，其大小随分子间距离r的减小而增大；随着r减小，斥力做负功，分子势能Ep随分子间距离r的减小而增大。(3)在r>r0的范围内，分子力表现为引力，其大小F随着分子间距离r的增大先增大后减小；随着分子间距离r的增大，引力做负功，所以分子势能Ep一直增大。〖例2〗(多选)如图所示，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E0C.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〖解析〗在两分子由无穷远处相互靠近的过程中，分子力先表现为引力，后表现为斥力，所以在整个过程中，分子力先做正功，后做负功。由分子力做功与分子势能的关系可知，分子势能先减小，后增大，结合图线可知：乙分子在P点(x＝x2)时，分子力为零，加速度为零，A错误；乙分子在P点(x＝x2)时的动能与分子势能之和为零，由两分子所具有的总能量为零，知动能为E0，B正确；乙分子在Q点(x＝x1)时，分子势能为零，动能也为零，D正确；乙分子在Q点(x＝x1)时所受斥力不为零，C错误。〖答案〗BD规律总结分子力做功是引起分子势能变化的原因.分子力做正功，分子势能减小，克服分子力做功，分子势能增加，无论选何处为零势能点，r＝r0时，分子势能都最小。〖素养提升练2〗(多选)如图所示，分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法中正确的是()A.当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零B.当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大C.当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而增加D.当分子间距离r<r0时，分子间距离逐渐减小，分子力逐渐增大，分子势能逐渐增加〖解析〗由题图可知，当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均达到最小，但此时分子力为零，而分子势能不为零，是一负值；当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，此时分子力做负功，分子势能增加，当分子间距离r<r0时，分子间距离逐渐减小，分子力逐渐增大，而此过程中分子力做负功、分子势能增加。〖答案〗CD三、用油膜法估测分子的大小——科学探究能力培养1.一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积的计算方法(1)体积为V0mL的油酸滴入酒精中配制成油酸酒精溶液VmL，则油酸酒精溶液的浓度η＝eq\f(V0,V)。(2)1mL油酸酒精溶液有N滴，则一滴溶液的体积V′＝eq\f(1,N)mL。(3)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V1＝η×V′＝eq\f(V0,NV)mL。2.油膜面积的估算单分子油膜形状不规则，不能直接测量，实验中通过数玻璃板上薄膜包围的方格个数，算出油酸薄膜的面积S。这是“微积分”思想。(1)将描有油膜形状的玻璃板放到方格纸上，这就相当于将不规则面积微分成很多个小方格，只要知道每一个小方格的面积S0，并数出不规则薄膜所包围的小方格的个数n，则不规则的面积S＝nS0。(2)计算方格数时，边界内有一格算一格，而边界上不完整方格采用“互补法”计算，即压边界的方格，界内所围面积不足半个的舍去，多于半个的算一格。这样两部分格数累加为不规则边界所包围方格的数目。(3)理论上小方格划分得越小，误差越小。因为方格越小，在不规则边界上定位越准确。(4)这给我们提供了一种计算不规则面积的方法。〖例3〗在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是________(填步骤前面的数字)(2)将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13m2。由此估算出油酸分子的直径为________m。(结果保留1位有效数字)〖解析〗本题考查用油膜法估测分子直径的方法，熟练掌握实验的操作步骤是关键。(1)步骤的正确顺序为④①②⑤③。(2)每滴油酸酒精