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第3单元：分子动理论一、教法建议抛砖引玉本单元内容是研究微观的现象，这是一个全新的领域，其研究方法与研究机械运动是全然不同的。它的研究对象就不能像机械运动只研究某个物体或是由少数物体组成的物体系统，而是研究数目庞大的分子；研究的内容也不能像机械运动那样简单，只研究物体受力后其运动的规律，而是研究分子间复杂的相互作用、分子运动与热现象的关系、物体三种状态的性质及物体三态变化的规律等；研究方法也不同，因为是研究大量分子运动的表征，所以研究方法采用统计学的方法，以物体中分子集体运动的统计规律去描述物体分子运动的规律。这些可以在本单元开始研究前就做好铺垫，本单元研究完后，再做一个对比性的分析，使学生初步了解统计物理学的研究方法。因为我们研究的都是一些微观的现象，学生理解起来比较困难，所以在讲解的过程中，最好多通过一些实验和生活中的实例去引导学生理解，有条件的学校还可开发一些计算机软件辅助教学。在介绍油膜去测阿伏加德罗常数时，可做一个演示实验，使学生知道实验的方法，最后引导学生课下去做。这里关键是使学生明白油滴靠重力的作用，它在水平面上缓慢摊开，为了减小摊开的面积，用油的体积要尽量的小，为达此目的，可将一滴油溶入一较大体积的溶剂中，然后以这样的溶液一滴滴滴在水面上，可得一较小面积的油面，即可测量其面积。实验可按以下方法做：（1）用有刻度的移液管吸取1ml油酸，令其一滴滴地滴出，看共有多少滴。若为a滴。（2）将一滴油酸溶入酒精，制成20ml的油酸酒精溶液。再用移液管吸取1ml该溶液、看能滴几滴。若为b滴。（3）取1滴该溶液滴在水面上，静置一天后测出油面的面积。一滴该溶液含油酸的体积：320/1cmbav最后要向学生交待，这个实验测出的结果只是表示了分子的一个粗略的数量观念，反映了分子所占有的空间。在做酒精和水混合的实验时，先把加点红色的水灌下去，而后将酒精沿管壁缓慢注入，混合前酒精与水的体积比为52:48，实验效果较好。实验完毕分析时要注意强调：是分子重新分布的结果，一部分分子空隙被其他分子占据了，不能简单地认为水分子和酒精分子互相插入。布朗运动可以用仪器模拟或计算机软件模拟，但都不如实际做一下布朗运动的实验。这个实验虽有一定的难度，但只要细心点还是能比较容易地做出。选用好的松烟墨在砚台中细磨，静置后取一滴（用小细棍蘸一滴即可），溶入100ml水中，取一滴该溶液置于载玻片上，放在显微镜下观看，或用电视显微镜观看。除了用墨做实验外，还可用花粉或藤黄粉来做花粉可用棉花棍蘸花的雄蕊，然后弹到水中，可看到很细的花粉飞到水中，即可。而藤黄粉最好用研钵多研磨一下再用。指点迷津本单元是从微观角度出发来研究物体的热现象，即根据分子动理论来解释宏观观察的微观本质，分子动理论的基本内容我们要弄懂以下知识：1.物体是由大量分子组成的，分子间存在着空隙。同学们应弄懂油膜实验测油膜分子直径的道理，及阿伏加德罗常数的计算。能找到摩尔质量、密度、分子质量、阿伏加德罗常数等物理量的关系。2.组成物体的大量分子都在不停地做无规则的运动。扩散和布朗运动是上述内容的实验基础。要清楚布朗运动指是是悬浮在液体（如水）内的物质微粒（如碳粒）的无规则的运动。从观察到的微粒的无规则的布朗运动，反映了观察不到的液体分子的无规则运动。不要误认为分子的无规则运动叫布朗运动。这里还要注意：物体中大量分子的永不停息的无规则运动叫做分子热运动，这是因为大量分子无规则运动的激列程度与物体的温度有关。对于单个分子来说，是无所谓温度的，单个分子的无规则运动也不能称为热运动。3.分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的力是分子间引力和斥力的合力。图6-1所示实线部分即为二力的合力。图6-1二、学海导航思维基础1.知道什么是分子例：物质是由的分子组成的，分子是具有各种物质的的最小粒子。分析：这道题就是让你知道物质是由大量的分子组成，分子是具有各种物质的化学性质的最小粒子。也正因为是由大量分子组成，所以研究的方法就与机械运动研究方法不同，这是我们思维的基础。2.分子很小，那么究竟小成什么样例：一般分子直径的数量为，分子质量的数量级为。分析：利用油膜法测分子直径的数量级为10-10m，利用摩尔质量与阿伏加德罗常数即可求出，一般约在10-27～10-25kg之间。3.要熟记阿伏加德罗常数例：下列叙述中正确的是：（1）1cm3的氧气中所含有的氧分子数为6.02×1023个（2）1克氧气中所含有的氧分子数为6×1023个；（3）1升氧气中含氧分子数是6×1023个；（4）1摩氧气中所含有的氧分子数是6×1023分析：阿伏加德罗常数表述的是1mol某种物质的分子个数，它是一个基本常数，是必须牢记的，一般计算时记作6.02×1023mol-1,粗略的计算可用6×1023mol-1。4.知道用“油膜法”测定分子大小的实验例：将一颗已知其体积的小油滴，滴在水面上，形成一层极薄的油膜，因为把油膜的厚度看成是，所以只要再测定出这层油膜的，就可标出油分子直径的大小。用“油膜法”可粗略地测定分子的大小，是因为：（1）油比水轻；（2）油分子比水分子大；（3）油分子与水分子间不发生作用；（4）把油分子看成一个个小球，油膜视为是一层单分子排列的薄膜。分析：油膜实验是分子动理论的一个最基本的实验，该理论是从这里展开的，油膜实验的理论基础是把分子看成一个个小球，当在水面上散开时，形成单分子油膜。5.要知道分子间是有间隙的（1）气体比液体或固体容易压缩；（2）沙土比黏土容易渗透水；（3）蓝墨水滴入一杯清水中，水会被染成蓝色；（4）打足了气的车胎，气会慢慢地“漏掉”。分析：要抓住通过水与酒精混合后体积变小的事例，说明由于分子重新分布，原来的分子间的空隙有一部分占据了的缘故，从而认清分子间存在着间隙。用此可解释（3）。由于分子间有间隙，所以气体才能被压缩，所以（1）也是正确的。6.能清楚地表述布朗运动实验的现象例：在显微微镜下观察花粉悬浮在水中，将会看到：（1）水分子的运动情况；（2）花粉分子的运动情况；（3）水分子对花粉微粒的作用；（4）花粉微粒的无规则运动。分析：课本177页图6-4记录的是每隔30秒观察到的微粒位置，而后用直线把它们依次连接起来的，根本看不到水分子。7.能叙述分子热运动例：分子在永不停息地做运动，这种运动的剧烈程度与有关，所以我们把这种运动叫做运动。分析：分子的永不停息的运动是建立在实验事实的基础上的，我们可以自己通过实验和观察日常生活中的实例，得到启示。8.会利用布朗运动实验现象，推论分子是在做无规则的运动例：在下列说法中正确的是：（1）布朗运动说明了物体分子是在做无规则的运动；（2）布朗运动表示了物体的分子间是有相互作用的；（3）布朗运动又证实了物体内部分子之间是有间隙的；（4）布朗运动的剧烈程度仅由布朗颗粒的大小来决定；分析：这一例题实验上是让你总结出我们能从布朗运动的实验中知道些什么。首先，人们必须搞清楚悬浮微粒为什么能发生布朗运动，布朗运动是不是就是分子运动，怎样从中得出分子做无规则运动的结论。这个问题解决了，分子间相互作用，分子间有空隙的问题就都迎刃而解了。其次，我们要通过实验弄清布朗运动的激烈与否与哪些因素有关，了解了以上问题，我们对布朗运动的全貌就清楚了。9.应掌握分子间是同时存在着引力和斥力的例：坚硬的固做我们很难使它伸长，这是因为物质分子间存在着力；我们也很难使固体压缩，这是因为物体分子间存在着力。这两种力是同时存在的，它们的合力就是表现出来的力。分析：这例就是要求我们掌握表现出来的分子间的作用力实质是分子相互作用的合力，分子之间是同时存在着引力和斥力的。10.能分析分子力随分子距离改变而变化的情形例：分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小跟物体间分子的距离有关。当分子的距离r=r0时，（r0的数量级为10-10m），分子间的引力和斥力，分子力为；当分子间的距离rr0时，不是斥力在增大，引力在减小，而是都在增大，只不过斥力要增大的快；而rr0时，不是斥力在减小，引力在增大，而是二者都在减小，只不过要减小的快罢了。学法指要本单元在高中只是对分子动理论的一个初步介绍，同学们要通过上述的例题把以上10个基本要点研究透，在此基础上可以分析、解决一些实际问题。例1：已知氢气的摩尔质量是2×10-3kg/mol，计算1个氢原子的质量。分析：这是一个利用阿伏加德罗常数和有关化学知识的计算问题。这里就要求同学们对摩尔、摩尔质量及阿伏加德罗常数的概念要清楚，同时还要清楚它们的内在联系，这样在解题时就不会困难了。MH=2×10-3kg·mol-1NA=6.02×1023mol-1∴)(103.31002.610223233kgNMmAHH例2：已知阿伏加德罗常数为NA，设某种固体物质的摩尔质量为M，密度为ρ，此物质样品质量为m，体积为V，总分子数为n，则下列表达式中能表示一个分子质量的是：（1）NA/M；（2）M/NAρ；（3）m/n；（4）M/ρV。分析：此题是把有关描述物质质量、体积及它们关系的物理量都提出来，让你能与阿伏加德罗常数结合起来，进行宏观量与微观量之间的计算。首先，要指导各量的物理意义弄清。NA是表示1mol某物质的分子个数。M表示1mol某物质的质量ρ表示单位体积某物质的质量m表示物体的质量，V表示其体积，n表示它含的分子数。用上述知识去分析备选答案，可看出只有（3）最后能得出质量单位，进一步分析可看出是物体质量被物体含分子数去除，与题意相符。三、智能显示心中有数分子动理论的知识：定义：构成物质，并且具有这种物质的性质的最小微粒。1.分子：大小：通常近似把分子视为球形，直径只有几个埃（Å）（1埃=10-10m）。数目：1摩尔（mol）各种物质中含有的分子数目是相同的，都等于6.02×1023个，这个数称为阿伏加德甸常数，一般用NA表示。2.分子的热运动：任何物质的分子都在做着永不停息的无规则运动，且该运动随着温度的升高而愈加剧烈，这种杂乱无章的运动，叫分子的热运动。3.分子间的相互作用力：分子间存在着相互作用力，这种力有时显斥力，有时显引力，具体显何种力，取决于分子间的距离。这种现象产生的原因是分子之间同时存在着引力和斥力，当分子间距为几个埃时，其引力和斥力相等，此时对外则显示分子处于平衡态，两个分子间距离我们用r0表示。当分子间距离小于r0时，分子间的引力大于斥力，因此分子间显引力；当分子间距离超过其直径10倍以上时，分子间的作用力微弱得可以忽略不计。图6-2动脑动手1.在标准状况下，体积为1cm3的任何气体所含的分子数是否都一样？2.标准状况下1gCO与1gCO2所含的分子个数分别为多少？3.设分子处于平衡状态时的距离为r，那么：（1）当分子间距离rr0时，分子间只有引力；（2）当分子间距离rr0时，分子间只有斥惫；（3）不论rr0还是rr0,分子间同时存在着引力和斥力。（4）当r=r0时，分子处于平衡状态是由于分子间既不存在引力，又不存在斥力，造成分子间相作用为零。4.下列说法中正确的是：（1）物体内每个分子都在做无规则的热运动；（2）因为物体内大量分子的运动是无规则的，所以叫做分子热运动；（3）分子热运动是对大量分子而言的。（4）由于大量分子的无规则运动的激烈程度跟温度有关，所以我们把大量分子的无规则运动叫做分子热运动。5.从以下哪组物理量可以算出阿伏加德罗常数：（1）水的密度和水的摩尔质量；（2）水的摩尔质量和水分子的体积；（3）水分子的体积和水分子的质量；（4）水分子的质量和水的摩尔质量。6.下列说法中正确的是：（1）用油膜法可精确地测定分子的直径；（2）布朗运动和扩散现象都证实了分子在做热运动；（3）分子间的引力和斥力是同时存在的；（4）分子是紧密排列而有空隙的。7.当两个分子从靠得不能再靠近起距离逐渐增大，直到它们间的相互作用力可忽略为止，在这一过程中，下列说法中正确的是：（1）分子间斥力逐渐减小引力逐渐增大；（2）分子间作用力一直在减小，直到零为止；（3）分子间斥力在逐渐减小，引力也逐渐减小。（4）分子间作用力先减小，然后增大到某一值，