人教版(2019)高中物理选修性必修第三册 第一章 分子动理论 (课件+教案) (共8份打包)

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人教版(2019)高中物理选修性必修第三册 第一章 分子动理论 (课件+教案) (共8份打包)

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分子动理论的基本内容
【教学目标】
一、知识与技能
1.通过生活实例及其分析,知道什么是扩散现象,产生扩散现象的原因是什么。影响扩散快慢的因素有哪些,分别是什么关系。
2.通过实验,观察什么是布朗运动,通过分析、推理,理解布朗运动产生的原因。
3.通过对比,归纳扩散现象、布朗运动和分子的无规则运动之间的联系与区别。
4.知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律。
5.知道分子动理论的内容。
二、过程与方法
1.通过对概念及课本中关键词句、图片细节的观察、分析、理解,引导学生重视教材,学会研读教材,培养学生严谨的思维习惯。
2.通过布朗运动的实验、观察及成因的分析、推理,体会并归纳其中的科学研究方法。
3.在对所设情景及实验的观察、分析中和“情景+问题”的教学方式中培养学生善于观察、勤于思考、勇于探索的良好习惯。
三、情感、态度与价值观
1.物理源于生活,要善于观察、勤于思考、勇于探索。
2.通过科学家们对布朗运动成因的研究历程的介绍,培养相应科学精神。
【教学重难点】
1.理解扩散现象、布朗运动、热运动。
2.知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律。
【教学过程】
一、物体是由大量分子组成的
【演示】幻灯片:扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子结构照片。
由于碳原子被放大了几亿倍后才被观察到,表明分子是很小的。
我们在初中已经学过,物体是由大量分子组成的。需要指出的是:在研究物质的化学性质时,我们认为组成物质的微粒是分子、原子或者离子。但是,在研究物体的热运动性质和规律时,不必区分它们在化学变化中所起的不同作用,而把组成物体的微粒统称为分子。
我们知道,1mol水中含有水分子的数量就达6.02×1023个。这足以表明,组成物体的分子是大量的。人们用肉眼无法直接看到分子,就是用高倍的光学显微镜也看不到。
直至1982年,人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜,才观察到物质表面原子的排列。
二、分子热运动
1.扩散现象
【演示】将一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上,抽去中间玻璃板,过一段时间发现,上面瓶中气体变成了淡红棕色,下面气体的颜色变浅了,最后上下两瓶气体颜色一致。
(1)扩散:不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。
(2)扩散现象随温度的升高而日趋明显。
【演示】分别向冷水和热水中滴入一滴红墨水,可观察到热水很快变成红色,而冷水变成红色稍慢。
(3)扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。
(4)扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动。
(5)扩散现象的应用:在真空、高温条件下在半导体材料中掺入一些其他元素来制造各种元件等。
2.布朗运动
【演示】把墨汁用水稀释后取出一滴,用显微放大投影仪观察液体中的小碳粒的运动,可观察到小碳粒的运动无规则,颗粒越小,这种无规则运动越明显,而且永不停止。
(1)布朗运动:悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运动。它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的。
(2)布朗运动产生的原因:大量液体分子永不停息地做无规则运动时,对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。
简言之:液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。
(3)影响布朗运动激烈程度的因素:固体微粒的大小和液体的温度。
固体微粒越小,液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显;质量越小,它的惯性越小,越容易改变运动状态,所以运动越激烈;
液体的温度越高,固体微粒周围的流体分子运动越不规则,对微粒碰撞的不均匀性越强,布朗运动越激烈。
(4)布朗运动本身不是分子的无规则运动,但它反映了液体分子永不停息地做无规则运动。
【注意】
(1)任何固体微粒悬浮在液体内,在任何温度下都会做布朗运动。
(2)悬浮在气体中的微粒也存在布朗运动,它是由大量气体分子撞击微粒的不平衡性所造成的,反映了气体分子永不停息地做无规则运动。
(3)布朗运动中固体微粒的运动极不规则。实验得出的每隔一定时间微粒所处位置的连线,不是固体微粒的运动轨迹。
3.热运动
(1)扩散现象和布朗运动都随温度的升高而越明显。表明分子的无规则运动跟温度有关。
(2)热运动:分子的无规则运动叫做热运动。温度越高,分子的热运动越激烈。
【例1】下列关于布朗运动的说法中正确的是( )
A.布朗运动是液体的分子的无规则运动
B.布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动
C.布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力
D.观察布朗运动会看到,悬浮的颗粒越小,温度越高,布朗运动越剧烈
【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,小颗粒由许多分子组成,所以布朗运动不是分子运动,也不是指悬浮颗粒内固体分子的运动,故A、B均错,布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的,但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动,不是反映分子间的相互作用,故C错。观察布朗运动会看到固体颗粒越小,温度越高,布朗运动越明显。故D正确。正确答案是D。
【例2】在较暗的房间里,从射进来的阳光中,可看到悬浮在空气中的微粒在不停地的运动,这些微粒的运动是( )
A.布朗运动
B.不是布朗运动
C.自由落体运动
D.是由气流和重力引起的运动
【解析】这些肉眼可以看到的微粒是相当大的,某时刻它们所受到的各方向空气分子碰撞的合力几乎为零,这些微小的合力对相当大的微粒来说,是不能使它做布朗运动的,这时微粒的运动是气体对流和重力作用引起的,所以答案是BD。
【例3】如下图所示的是做布朗运动小颗粒的运动路线记录的放大图。以小颗粒在A点开始计时,每隔30s记下小颗粒的位置,得到B、C、D、E、F、G等点,则小颗粒在第75s末时位置,以下叙述中正确的是( )
A.一定在CD连线的中点
B.一定不在CD连线的中点
C.可能在CD连线上,但不一定在CD连线中点
D.可能在CD连线以外的某点上
【解析】图中的各点的连线不是微粒的运动轨迹,它是为了表明微粒在做极短促的无定向运动过程中的移动的顺序而做的连线。
由以上分析,在第75s末,小颗粒可能在CD连线上,但不一定在CD中点,也可能在CD连线外的位置。因此选CD,正确答案CD。
【小结】扩散现象是分子无规则运动的结果。布朗运动是分子无规则运动的反映,扩散现象和布朗运动,不但说明分子永不停息地做无规则运动。同时也说明分子间是有空隙的。
三、分子间的作用力
(一)分子间存在相互作用力
【演示】
(1)压紧两表面洁净的铅块,使它们合在一起,下面的铅块不下落。
(2)压缩一固体(如一铅块)很不容易,物体内要产生反抗的弹力。
1.分子间存在相互作用的引力(如:压紧的铅块结合在一起,它们不易被拉开)
2.分子间存在相互作用的斥力(如:固体和液体很难被压缩)
【注意】
压缩气体也需要力,不说明分子间存在斥力作用,压缩气体时需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁(活塞)时对容器壁(活塞)产生的压力。
3.分子间的引力和斥力同时存在,实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力(分子力)。
(二)分子间相互作用力的特点
1.分子间的引力和斥力同时存在。
2.分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关,与分子的运动状态无关。
3.分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小,且斥力总比引力随r的增大衰减得快。
(三)分子力与距离的关系示意图(可用课件展示)
如下图所示,F>0为斥力,F<0为引力,横轴上方的虚线表示分子间斥力随r的变化图线,横轴下方的虚线表示分子间引力随r的变化图线,实线为分子间引力和斥力的合力F(分子力)随r的变化图线。
1.当r=r0时,分子间引力和斥力相平衡,F引=F斥,分子处于平衡位置,其中r0为分子直径的数量级,约为10-10m。
2.当r<r0时,F引3.当r>r0时,F引>F斥,对外表现的分子力F为引力。
4.当r>10r0时,分子间相互作用力变得十分微弱,可认为分子力F为零(如气体分子间可认为作用力为零)。
(四)引起分子间相互作用力的原因
分子间相互作用力是由原子内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用而引起的。
【例4】分子间的相互作用力由引力F引和斥力F斥两部分组成,则( )
A.F引和F斥是同时存在的
B.F引总是大于F斥,其合力总是表现为引力
C.分子之间的距离越小,F引越小,F斥越大
D.分子之间的距离越小,F引越大,F斥越小
【解析】分子间的引力和斥力是同时存在的,它们的大小和合力都与分子间距离有关,当分子间距离减小时,引力和斥力都增大,且斥力的增大更快。r<r0时,合力表现为斥力,r>r0时,合力表现为引力。
根据上述分析,该题正确的答案为A。
【例5】当两个分子间距离为r0时,分子力为零,下列关于分子力说法中正确的是( )
A.当分子间的距离为r0时,分子力为零,也就是说分子间既无引力又无斥力
B.分子间距离小于r0时,分子力增大,分子间表现出是斥力
C.当分子间相互作用力表现为斥力时,分子距离变大时,斥力变大
D.在分子力作用范围内,不管r>r0,还是r<r0,斥力总比引力变化快
【解析】本题考查分子力随分子间距离变化规律
分子间同时存在引力和斥力,当r=r0时是引力和斥力相等,所以A错。分子间引力和斥力都随分子间距离减小而增大,但斥力比引力变化的快,当r<r0时,引力和斥力都增大,但斥力增加比引力快,故B、D正确,C错。
对分子力认识,应掌握分子力随分子距离的增大而减小的关系。
【例6】有甲、乙两个分子,甲分子固定不动,乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近,直到不再靠近为止,在这整个过程中( )
A.分子力总对乙做正功
B.乙总是克服分子力做功
C.先是分子力对乙做正功,然后乙克服分子力做功
D.乙先克服分子力做功,然后分子力对乙做正功
【解析】当分子间距r>r0时,分子力表现为引力,因此当乙分子从无穷近逐渐向甲集近过程中,当甲、乙两分子间距大于r0时,分子间作用力对乙做正功;当分子间距小于r0时,分子力表现为斥力,分子力对乙做负功。所以本题正确答案是C。
【例7】试从分子动理论的观点,说明物体的三态(固态、液态、气态)为什么有不同的宏观特征?
【解析】固体分子间的距离非常小,分子间的作用力很大,其分子只能在平衡位置附近做小范围的无规则运动。因此,固体不但具有一定的体积,还具有一定的形状。
液体分子间的距离比较小,分子间的作用力也相当大,但与固体分子相比,液体分子可在平衡位置附近做范围较大的无规则运动,而且液体分子的平衡位置是不固定的,是在不断地移动,因而液体虽然具有一定的体积,却没有固定的形状。
气体分子间距离很大,由于分子力是短程力,所以,彼此间的作用力极为微小,其分子除了在与其他分子或器壁碰撞时有相互作用力外是不受其他作用力的。因而气体分子总是做匀速直线运动,直到碰撞时,才改变方向,所以,气体没有体积,也没有一定的形状,总是充满整个容器的。
【小结】分子间同时存在相互作用的引力和斥力,它们都随距离r增大而减小,当r=r0(r0约为10-10m)时,分子力F=0;r>r0时分子力F为引力,r<r0时分子力F为斥力。
四、分子动理论
总结本节课的所有内容,引出分子动理论:
1.物体是有大量分子组成。
2.分子在做永不停息的无规则热运动。
3.分子间存在着相互作用的引力和斥力。
从总体来看,大量分子的运动却有一定的规律,这种规律叫做统计规律。
【练习巩固】
1.下列现象中,能说明分子是不断运动着的是( )
A.将香水瓶打开后能闻到香味
B.汽车开过后,公路上尘土飞扬
C.洒在地上的水,过一段时间就干了
D.悬浮在水中的花粉做无规则运动
答案:ACD
2.关于布朗运动的下列说法中正确的是( )
A.布朗运动就是分子运动
B.布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映
C.布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映
D.观察时间越长,布朗运动就越显著
E.阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动
答案:C
3.关于布朗运动,以下说法正确的是( )
A.布朗运动是指液体分子的无规则运动
B.布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒的吸引力不平衡引起的
C.布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒碰撞时产生冲力不平衡引起的
D.在悬浮微粒大小不变情况下,温度越高,液体分子无规则运动越激烈
答案:CD
4.在显微镜下观察布朗运动时,布朗运动的激烈程度( )
A.与悬浮颗粒大小有关,微粒越小,布朗运动越激烈
B.与悬浮颗粒的分子大小有关,分子越小,布朗运动越激烈
C.与温度有关,温度越高布朗运动越激烈
D.与观察的时间长短有关,观察时间越长布朗运动越趋于平缓
答案:AD
5.较大的颗粒不做布朗运动原因是( )
A.液体分子停止运动
B.液体温度太低
C.跟颗粒碰撞的分子数较多,各方向的撞击作用相互平衡
D.分子冲击力很难改变大颗粒的运动状态
答案:CD
6.关于布朗运动和扩散现象的说法正确的是( )
A.布朗运动和扩散现象都能在气体、液体、固体中发生
B.布朗运动和扩散现象都是分子的运动
C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显
D.布朗运动和扩散现象都是永不停息的
答案:CD
7.在长期放着煤的墙角处,地面和墙角相当厚的一层染上黑色,这说明( )
A.分子是在不停的运动着
B.煤是由大量分子组成的
C.分子之间是有空隙的
D.物体之间有相互作用力
答案:AC
8.当两个分子间距离为r0时,正好处于平衡状态,下面关于分子间的引力和斥力的各种说法中,正确的应是( )
A.两分子间的距离rB.两分子间的距离rC.两分子间的距离rD.两分子间的距离等于2r0时,它们之间既有引力又有斥力作用,而且引力大于斥力
答案:CD
9.下列现象可以说明分子间存在引力的是( )
A.打湿了的两张纸很难分开
B.磁铁吸引附近的小铁钉
C.用斧子劈柴,要用很大的力才能把柴劈开
D.用电焊把两块铁焊在一起
答案:ACD
10.玻璃打碎后,不能把它们再拼在一起,其原因是( )
A.玻璃分子间的斥力比引力大
B.玻璃分子间不存在分子力的作用
C.一块玻璃内部分子间的引力大于斥力;而两块碎玻璃之间,分子引力和斥力大小相等合力为零
D.两块碎玻璃之间绝大多数玻璃分子间距离太大,分子引力和斥力都可忽略,总的分子作用力为零
答案:D
11.甲、乙两分子相距较远(分子力为零),固定甲、乙逐渐靠近甲,直到不能再靠近的过程中( )
A.分子力总是对乙做正功
B.乙总是克服分子力做功
C.先是乙克服分子力做功,后分子力对乙做正功
D.先是分子力对乙做正功,后乙克服分子力做功
答案:D(共35张PPT)
分子动理论的基本内容
一片叶子 放大6倍 放大700倍
放大4000倍 放大20000倍 放大50000000倍
两千多年前,古希腊的著名思想家德谟克利特说:万物都是由极小的微粒组成的。
科学技术发展到现在,这种猜想已被证实。构成物质的单元多种多样,如:原子、离子和分子等,热学中统称为分子。
物体是由大量分子组成的。
一、物体是由大量分子组成的
组成物质的分子是很小的,不但用肉眼不能直接看到它们,就是用光学显微镜也看不到它们。那怎么才能看到分子呢?
我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排布图,图中的每个亮斑都是一个碳原子。
扫描隧道显微镜(能有放大几亿倍)
一、物体是由大量分子组成的
二、分子热运动
1.扩散:不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。
固体、液体、气体都存在这样的现象。
例题1:下列四种现象中属于扩散现象的有( )
A.雨后的天空中悬浮着很多的小水滴
B.海绵吸水
C.在一杯吸水中放几粒盐,整杯水很快就会变咸
D.把一块煤贴在白墙上,几年后铲下煤后发现墙中有煤
CD
二、分子热运动
1.扩散:不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。
固体、液体、气体都存在这样的现象。
2.布朗运动:悬浮微粒的无规则运动叫作布朗运动。
1827年,英国的一位植物学家布朗用显微镜观察植物的花粉微粒悬浮在静止水面上的形态时,却惊奇地发现这些花粉微粒都在不停地的运动中,布朗发现了花粉微粒在水中的这种运动后,人们对运动的产生原因进行了种种猜测。一颗小小的花粉颗粒,顿时掀起了一场轩然大波,面对植物学家的发现,当时的所有物理学家们显得束手无策,无法解释这一奇怪现象。整整过了半个世纪,直到1905年爱因斯坦和波兰物理学家佩兰发表了他们对布朗运动的理论研究结果,对布朗运动做出了理论上解释。
二、分子热运动
三颗微粒每隔30秒位置的连线图
现象:微粒在做无规则运动。
二、分子热运动
思考:为什么花粉微粒的运动是无规则的?
(2)不同瞬间、不同方向的撞击作用的强弱不同→无规则性运动
(1)撞击力不平衡→运动状态改变
二、分子热运动
思考:为什么微粒越小,布朗运动越明显?
颗粒小,瞬间与微粒撞击的分子数越少,撞击作用的的不平衡性越明显,布朗运动越明显。
二、分子热运动
思考:为什么温度高,布朗运动越明显?
温度高,液体分子运动越激烈,对布朗微粒撞击频率和强度越高,布朗运动越明显。
思考:某学习兴趣小组在学习完布朗运动后,对分子的运动有了很多新的认识,他们在交流学习过程中产生了不少新的观点,你对他们的部分观点有着怎样的理解?
观点1:布朗运动是布朗微粒内部分子的无规则运动。
观点2:布朗运动是液体分子的无规则运动。
观点3:布朗运动反映了布朗微粒内部分子的无规则运动。
观点4:布朗运动反映了液体分子的无规则运动。
布朗运动是颗粒运动,不是分子运动,但布朗颗粒的无规则性运动间接反映了(液体)分子无规则的运动。
例题2:“布朗运动”是说明分子运动的重要实验事实。则布朗运动是指( )
A.液体分子的运动
B.悬浮在液体中的固体分子的运动
C.悬浮在液体中的固体颗粒的运动
D.液体分子和固体分子的共同运动
C
二、分子热运动
1.扩散:不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。
固体、液体、气体都存在这样的现象。
2.布朗运动:悬浮微粒的无规则运动叫作布朗运动。
3.热运动:分子永不停息的无规则运动叫作热运动。
温度是分子热运动剧烈程度的标志。
分子的无规则运动与温度有关系,温度越高,这种运动越剧烈。
例题3:关于分子的热运动,以下叙述正确的是( )
A.布朗运动就是分子的热运动
B.布朗运动是分子的无规则运动,同种物质的分子的热运动激烈程度相同
C.气体分子的热运动不一定比液体分子激烈
D.物体运动的速度越大,其内部的分子热运动就越激烈
C
三、分子间的作用力
1.分子间有空隙。
固体、液体、气体分子间都存在空隙。
空气容易被压缩
酒精和水混合
气体分子间有空隙!
液体分子间有空隙!
固体的扩散现象
固体分子间有空隙!
三、分子间的作用力
2.分子间存在相互作用的引力。
1.分子间有空隙。
固体、液体、气体分子间都存在空隙。
三、分子间的作用力
2.分子间存在相互作用的引力。
1.分子间有空隙。
固体、液体、气体分子间都存在空隙。
3.分子间存在相互作用的斥力。
分子间的引力和斥力同时存在,实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力(分子力)。
注意:压缩气体也需要力,不说明分子间存在斥力作用,压缩气体时需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁(活塞)时对容器壁(活塞)产生的压力。
三、分子间的作用力
分子间相互作用力的特点
1.分子间的引力和斥力同时存在。
2.分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关,与分子的运动状态无关。
3.分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小,且斥力总比引力随r的增大衰减得快。
三、分子间的作用力
1.当r=r0时,分子间引力和斥力相平衡,F引=F斥,分子处于平衡位置,其中r0为分子直径的数量级,约为10-10m。
2.当r<r0时,F引<F斥,对外表现的分子力F为斥力。
分子间相互作用力的特点
三、分子间的作用力
1.当r>r0时,F引>F斥,对外表现的分子力F为引力。
2.当r>10r0时,分子间相互作用力变得十分微弱,可认为分子力F为零(如气体分子间可认为作用力为零)。
分子间的作用力就是由带电粒子的相互作用引起的。
分子间相互作用力的特点
四、分子动理论
1.物体是有大量分子组成。
2.分子在做永不停息的无规则热运动。
3.分子间存在着相互作用的引力和斥力。
从总体来看,大量分子的运动却有一定的规律,这种规律叫做统计规律。
1.下列现象中,能说明分子是不断运动着的是( )
A.将香水瓶打开后能闻到香味
B.汽车开过后,公路上尘土飞扬
C.洒在地上的水,过一段时间就干了
D.悬浮在水中的花粉做无规则运动
ACD
2.如图所示的是做布朗运动小颗粒的运动路线记录的放大图。以小颗粒在A点开始计时,每隔30s记下小颗粒的位置,得到B、C、D、E、F、G等点,则小颗粒在第75s末时位置,以下叙述中正确的是( )
A.一定在CD连线的中点
B.一定不在CD连线的中点
C.可能在CD连线上,但不一定在CD连线中点
D.可能在CD连线以外的某点上
CD
3.关于布朗运动的下列说法中正确的是( )
A.布朗运动就是分子运动
B.布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映
C.布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映
D.观察时间越长,布朗运动就越显著
E.阳光从缝隙射入教室, 从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动
C
4.关于布朗运动,以下说法正确的是( )
A.布朗运动是指液体分子的无规则运动
B.布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒的吸引力不平衡引起的
C.布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒碰撞时产生冲力不平衡引起的
D.在悬浮微粒大小不变情况下,温度越高,液体分子无规则运动越激烈
CD
5.在显微镜下观察布朗运动时,布朗运动的激烈程度( )
A.与悬浮颗粒大小有关,微粒越小,布朗运动越激烈
B.与悬浮颗粒的分子大小有关,分子越小,布朗运动越激烈
C.与温度有关,温度越高布朗运动越激烈
D.与观察的时间长短有关,观察时间越长布朗运动越趋于平缓
AC
6.较大的颗粒不做布朗运动原因是( )
A.液体分子停止运动
B.液体温度太低
C.跟颗粒碰撞的分子数较多,各方向的撞击作用相互平衡
D.分子冲击力很难改变大颗粒的运动状态
CD
7.关于布朗运动和扩散现象的说法正确的是( )
A.布朗运动和扩散现象都能在气体、液体、固体中发生
B.布朗运动和扩散现象都是分子的运动
C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显
D.布朗运动和扩散现象都是永不停息的
CD
8.在长期放着煤的墙角处,地面和墙角相当厚的一层染上黑色,这说明( )
A.分子是在不停的运动着
B.煤是由大量分子组成的
C.分子之间是有空隙的
D.物体之间有相互作用力
AC
9.当两个分子间距离为r0时,正好处于平衡状态,下面关于分子间的引力和斥力的各种说法中,正确的应是( )
A.两分子间的距离rB.两分子间的距离rC.两分子间的距离rD.两分子间的距离等于2r0时,它们之间既有引力又有斥力作用,而且引力大于斥力
CD
10.下列现象可以说明分子间存在引力的是( )
A.打湿了的两张纸很难分开
B.磁铁吸引附近的小铁钉
C.用斧子劈柴,要用很大的力才能把柴劈开
D.用电焊把两块铁焊在一起
ACD
11.玻璃打碎后,不能把它们再拼在一起,其原因是( )
A.玻璃分子间的斥力比引力大
B.玻璃分子间不存在分子力的作用
C.一块玻璃内部分子间的引力大于斥力;而两块碎玻璃之间,分子引力和斥力大小相等合力为零
D.两块碎玻璃之间绝大多数玻璃分子间距离太大,分子引力和斥力都可忽略,总的分子作用力为零
D
12.甲、乙两分子相距较远(分子力为零),固定甲、乙逐渐靠近甲,直到不能再靠近的过程中( )
A.分子力总是对乙做正功
B.乙总是克服分子力做功
C.先是乙克服分子力做功,后分子力对乙做正功
D.先是分子力对乙做正功,后乙克服分子力做功
D(共18张PPT)
实验:用油膜法估测油酸分子的大小
分子十分微小。以水为例,一个直径为10-3 mm 左右的水珠,它的大小与细菌差不多,用肉眼无法观察,就是在这样小的水珠里,分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍!
思考:通过什么途径可以知道分子的大小呢?
问题1:曹冲怎么称象?
化整为零
问题2:怎样估测绿豆的直径?
方法一:将绿豆排成一行,测出总长,数出个数。
方法二:测出总体积,数出个数。
方法三:量出单层铺开的面积,测出总体积。
问题3:怎么估算鞋底的大小?
一、实验思路
为了估测油酸分子的大小,我们把1滴油酸滴在水面上,水面上会形成一层油膜。
尽管油酸分子有着复杂的结构和形状,分子间也存在着间隙,但在估测其大小时,可以把它简化为球形处理,并认为它们紧密排布。测出油膜的厚度d,它就相当于分子的直径。
为了使油酸充分展开,获得一块单分子油膜,我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面,溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,从而获得纯油酸形成的油膜。
二、实验过程
1.配制油酸溶液:
用2ml注射器抽取1.5ml油酸,将其中1.0ml油酸注入500ml的量筒中,加入无水酒精至500ml刻度线,充分搅匀后得到体积比为1:500的油酸酒精溶液。
2.测量一滴油酸溶液的体积:
用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液,记下液滴的总滴数n和它们的总体积V,则一滴油酸酒精溶液的体积为,所以油酸溶液的体积为。
3.向浅盘里倒入约2cm深的水,并将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上。
4.用注射器或滴管将酒精油酸溶液滴在水面上一滴。
5.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上,并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
二、实验过程
6.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个)。
7.根据酒精油酸溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,算出油酸薄膜的厚度。
1.形成的油膜不是单分子油膜
让油膜尽可能散开,等收缩到稳定状态再进行测量。要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜等。
2.纯油酸体积的计算误差
要用累积法测油滴的体积。先测出1mL的酒精油酸溶液的滴数,从而计算出一滴酒精油酸溶液的体积。再由油酸的浓度算出油酸的体积。
3.油膜的面积S测算产生的误差
(1)油膜形状画线误差:用浅盘使玻璃尽量靠近液面,画线尽量和油膜边缘对应。
(2)数格子法,带来的误差
用坐标纸,测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的方格数,计算方格数时,不足半格的舍去,多于半格的算一个,方格边长的单位越小,用这种方法求出的面积越精确。
三、误差分析
1.测1滴酒精油酸溶液的体积时,滴入量筒中的酒精油酸溶液的体积应为整毫升数,应多滴几毫升,数出对应的滴数,这样求平均值误差较小。
2.浅盘里水离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。
3.痱子粉不要撒得太多,只要能够帮助看清油膜边界即可。
4.在水面撒痱子粉后,不要再触动盘中的水。
5.滴入油酸溶液时,一定要细心,不要一下滴得太多,使油膜的面积过大。
6.待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因:第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复;第二是酒精挥发后液面收缩。
7.利用坐标纸求油膜面积时,以边长1cm的正方形为单位,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。
四、注意事项
思考:在用油膜法测定分子的直径时,实际上做了理想化处理,请问:有哪些地方做了理想化处理?
1.把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层。
2.把分子看成球形。
3.油分子一个紧挨一个整齐排列。
数量级:
一些数据太大或很小,为了书写方便,习惯上用科学记数法写成10的乘方数,如 3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级,1×10-10m和 9×10-10m,数量级都是10-10m。
一般分子直径的数量级为10-10m(除少数有机物大分子以外)。
1.“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40 cm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________________(填写步骤前面的数字)。
(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)。
④①②⑤③
5×10-10
2.下面哪些措施可以减小“用油膜法估测分子的大小”的实验的误差( )
A.装在浅盘中的水用蒸馏水
B.向水中滴油酸酒精溶液液滴时,只要注射器针尖离水面近一些就可以,没有其他要求
C.在描绘油膜形状时,透明盖板要离水面近些
D.在油膜稳定后再描绘油膜的形状
ACD
3.在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1000mL溶液中有纯油酸0.6mL,用注射器测得1mL上述溶液为80滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中每一小方格的边长为1cm,试求:
(1)油酸薄膜的面积是________cm2;
(2)实验测出油酸分子的直径是______________m(结果保留两位有效数字);
(3)实验中为什么要让油膜尽可能散开?
114
6.6×10-10
这样做的目的是让油膜在水面上形成单分子油膜。实验:用油膜法估测油酸分子的大小
【教学目标】
1.知道用单分子油膜方法估算分子的直径。通过测量分子的直径和质量,教给学生研究物理问题的方法。运用理想化方法,建立物质分子是球形体的模型。
2.培养学生在物理学中的估算能力。
3.体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法。
【教学重难点】
用油膜法估测分子的大小。
【教学过程】
一、新课导入
分子十分微小。以水为例,一个直径为10-3mm左右的水珠,它的大小与细菌差不多,用肉眼无法观察,就是在这样小的水珠里,分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍!
思考:通过什么途径可以知道分子的大小呢?
问题1:曹冲怎么称象?
化整为零
出示一堆绿豆。
问题2:怎样估测绿豆的直径?
化零为整
学生思考发言,教师总结方法。
方法一:将绿豆排成一行,测出总长,数出个数。则
方法二:测出总体积,数出个数。则,再由球体体积公式计算出直径。
方法三:量出单层铺开的面积,测出总体积。则
继续发问:问题3:怎么估算鞋底的大小?
教师展示方格纸,将鞋底印在方格纸上,数出格数即可得知鞋底的大小。
能否用同样的方法测算分子的直径呢?有什么困难?
同学们思考并发言,师生一起总结测算的方法。
二、新课教学
(一)实验思路
为了估测油酸分子的大小,我们把1滴油酸滴在水面上,水面上会形成一层油膜。
尽管油酸分子有着复杂的结构和形状,分子间也存在着间隙,但在估测其大小时,可以把它简化为球形处理,并认为它们紧密排布。测出油膜的厚度d,它就相当于分子的直径。
教师提醒:为了使油酸充分展开,获得一块单分子油膜,我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面,溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,从而获得纯油酸形成的油膜。
(二)实验器材
用酒精稀释过的油酸、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔、量筒、坐标纸。
教师讲解一下实验步骤,学生进行分组实验。
(三)实验步骤
1.配制油酸酒精溶液,取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液。
2.用滴管或注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积(例如1mL)时的滴数,算出一滴油酸酒精溶液的体积。
3.实验时先向边长为30~40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面上散开,形成一块薄膜。
4.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
5.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S。求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位。数出轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。
6.根据配制的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V。根据一滴纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度d=V/S,即油酸分子的大小。
(四)数据处理
根据上面记录的数据,完成以下表格:
实验次数 量筒内增加1mL 溶液时的滴数 一滴纯油酸 的体积V 轮廓内的小格子数 轮廓面积S 分子的直径(m) 平均值
1
2
实验完成后,各组对实验过程及实验结果做汇报,成功的小组分享成功的经验,失败的小组分析失败的原因。
教师根据各小组的分享总结实验的注意事项。
(五)注意事项
1.油酸酒精溶液的浓度应小于0.1%。
2.痱子粉的用量不要太多,否则不易成功。
3.测1滴油酸酒精溶液的体积时,滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数,应多滴几滴,数出对应的毫升数,这样求平均值时误差较小。
4.浅盘里水离盘口面的距离应小些,并要水平放置,以便准确地画出油膜的形状,画线时视线应与板面垂直。
5.要待油膜形状稳定后,再画轮廓。
6.利用坐标纸求油膜面积时,以边长1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,大于半个的算一个。
7.做完实验后,把水从盘的一侧边缘倒出,并用少量酒精清洗,然后用脱脂棉擦去,最后用水冲洗,以保持盘的清洁。
各小组根据实验注意事项再次进行实验。
师生在实验过后一起分析误差来源。
(六)误差分析
用油膜法估测分子的直径,通常可以测得比较准,实验误差通常来自三个方面:
1.形成单分子油膜
只有形成单分子油膜,才能用油膜的厚度代表分子的直径,即d=V/S。要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜。
2.油滴的体积V
用累积法测油滴的体积。先测出1mL的油酸酒精溶液的滴数,从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积。
3.油膜的面积S
用坐标纸测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的方格数,计算方格数时,不足半格的舍去,多于半格的算一个,方格边长的单位越小,这种方法求出的面积越精确。
根据本次实验,师生一起对实验进行反思,如何可以对实验进行改进。
(七)实验改进
在做本实验时,把痱子粉均匀撒在水面上是很关键的一步。在实际操作时常撒的不均匀或撒得过多,因痱子粉不溶于水又不能搅拌,只好重做。可用印刷碳粉代替痱子粉,因为印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上,若撒得太多,可将水和碳粉一起倒出,然后用玻璃棒搅拌,直至碳粉在水面薄且均匀,若撒得不均匀,可直接用玻璃棒搅拌均匀。
【练习巩固】
1.(1)如图所示的四幅图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤,将它们按正确操作顺序排列应是________(用符号表示)。
(2)用“油膜法”来粗略估测分子的大小,利用了一些科学的近似处理,这些处理有:
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
答案:(1)dacb
(2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜,把形成油膜的分子看成紧密排列的球形分子,认为油酸分子是一个挨一个排列的。
2.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,某同学的操作步骤如下:
①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;
②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;
③在盛水浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
④在盛水浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。
改正其中的错误:______________________________________________________
_______________________________________________________________________。
答案:②在量筒中滴入N滴溶液;③在水面上先撒上痱子粉
3.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液,再用滴管取1mL油酸酒精溶液,让其自然滴出,共n滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内,待油膜充分展开后,测得油膜的面积为Scm2,则:
(1)估算出油酸分子的直径大小是________cm。
(2)用油膜法测出油酸分子的直径后,要测定阿伏加德罗常数,还需要知道油酸的________。
A.摩尔质量 B.摩尔体积 C.质量 D.体积
答案:(1)a/bSn (2)B
4.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,现有油酸和酒精按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中,还有一个盛有约2cm深水的浅盘,一支滴管,一个量筒。
请补充下述实验步骤:
(1)___________________________________________________________________。
(需测量的物理量用字母表示)
(2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图所示,则油膜面积为________(已知坐标纸上每个小方格面积为S,求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去)。
(3)估算油酸分子直径的表达式为d=________(用测量量及已知量字母表示)。
答案:(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,读出其体积V
(2)115S
(3)
5.“用油膜法估测分子的大小”实验的方法及步骤如下:
①向体积V油=1mL的油酸中加入酒精,直至总量达到V总=500mL;
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1mL;
③先往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水,然后将__________均匀地撒在水面上;
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状;
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长l=20mm。
根据以上信息,回答下列问题:
(1)步骤③中应填写:____________。
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′是________mL。
(3)油酸分子直径是__________m。
答案:(1)痱子粉或细石膏粉
(2)2×10-5
(3)4.5×10-10分子动能和分子势能
【教学目标】
1.知道分子的动能,知道物体的温度是分子平均动能大小的标准。
2.知道分子的势能跟物体的体积有关,知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。
3.知道什么是物体的内能,物体的内能与哪个宏观量有关,能区别物体的内能和机械能。
【教学重难点】
掌握三个概念(分子动能、分子势能、物体内能)。
【教学过程】
一、复习导入
1.分子动理论
(1)物体是有大量分子组成。
(2)分子在做永不停息的无规则热运动。
(3)分子间存在着相互作用的引力和斥力。
2.气体压强的微观解释
气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。
我们知道做机械运动的物体具有机械能,那么热现象发生过程中,也有相应的能量变化。另一方面,我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢?这是今天学习的问题。
二、新课教学
(一)分子动能
物体内大量分子不停息地做无规则热运动,对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同,因此,各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果,所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能,需要将所有分子热运动动能的平均值求出来,这个平均值叫做分子热运动的平均动能。
1.分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能。
2.平均动能:物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
实验:扩散快慢与温度的关系
结论:扩散的快慢受温度影响。温度越高,分子运动越快。
布朗运动和扩散现象都与温度有关系,温度越高,布朗运动越激烈,扩散也加快。
依照分子动理论,这说明温度升高后,分子无规则运动加剧。用上述分子热运动的平均动能来说明,就是温度升高,分子热运动的平均动能增大。如果温度降低,说明分子热运动的平均动能减小。因此从分子动理论观点来看,温度是物体分子热运动的平均动能的标志。“标志”的含义是指物体温度升高或降低,表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。温度不变,就表示了分子热运动的平均动能不变。其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志。但是,温度不是直接等于分子的平均动能。
另一方面,温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应,对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。
我们知道,温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度,而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志,这是温度的微观含义。
3.温度:
(1)宏观含义:温度是表示物体的冷热程度。
(2)微观含义(即从分子动理论的观点来看):温度是物体分子热运动的平均动能的标志,温度越高,物体分子热运动的平均动能越大。
需要注意:
1.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一定相同。所以分子热运动的平均速率也不一定相同。
2.温度反映的是大量分子平均动能的大小,不能反映个别分子的动能大小,同一温度下,各个分子的动能不尽相同。
例题1:有甲、乙两种气体,如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大,则( C )
A.甲气体温度一定高于乙气体的温度
B.甲气体温度一定低于乙气体的温度
C.甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度
D.甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快
(二)分子势能
回顾我们学习的势能:
地面上的物体,由于与地球相互作用:重力势能
发生弹性形变的弹簧,相互作用:弹性势能
分子间存在着相互作用力,因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能,这就是分子势能。
1.分子势能:分子间存在着相互作用力,因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能。
重力势能与弹性势能都跟位置(距离)有关,那么分子势能与分子间距离有什么关系呢?
2.分子势能与分子间距离的关系
出示模型(类似弹簧与小球)
如果分子间距离约为10-10m数量级时,分子的作用力的合力为零,此距离为r0。
当分子距离小于r0时,分子间的作用力表现为斥力,要减小分子间的距离必须克服斥力做功,因此,分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。如弹簧压缩,弹性势能Ep增大。
如果分子间距离大于r0时,分子间的相互作用表现为引力,要增大分子间的距离必须克服引力做功,因此,分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。如弹簧拉伸,Ep增大。
从以上两种情况综合分析,分子间距离以r0为数值基准,r不论减小或增大,分子势能都增大。所以说,分子在平衡位置处是分子势能最低点。
如果分子间距离是无限远时,取分子势能为零值,分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程,分子间的作用力表现为引力,而且距离减少,分子引力做正功,分子势能不断减小,其数值将比零还小为负值。
当分子间距离到达r0以后再减小,分子作用力表现为斥力,在分子间距离减小过程中,克服斥力做功,使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零,甚至为正值。
分子势能随分子间距离r的变化情况可以在图的图象中表现出来。
既然分子势能的大小与分子间距离有关,那么在宏观上什么物理量能反映分子势能的大小变化情况呢?如果对于确定的物体,它的体积变化,直接反映了分子间的距离,也就反映了分子间的势能变化。所以分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。
例题2:如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。F>0为斥力,F<0为力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放,则( BC )
A.乙分子由a到b做加速运动,由b到c做减速运动
B.乙分子由a到c做加速运动,到达c时速度最大
C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能一直减小
D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能一直增大
(三)物体的内能
1.物体的内能:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。也叫做物体的热力学能。
2.任何物体都具有内能。因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成。
提问学生:宏观量中哪些物理量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志?
根据学生的回答,引导到一个确定的物体,分子总数是固定的,那么这物体的内能大小是由宏观量——温度和体积决定的。如果不是确定的物体,那么物体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。
3.决定物体内能的因素
(1)从宏观上看:物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。
(2)从微观上看:物体内能的大小由组成物体的分子总数,分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
课堂讨论:下列各个实例中,比较物体的内能大小,并说明理由。
①一块铁由15℃升高到55℃,比较内能。
②质量是1kg 50℃的铁块与质量是0.1kg 50℃的铁块,比较内能。
③质量是1kg 100℃的水与质量是1kg 100℃的水蒸气,比较内能。
物体机械运动对应着机械能,热运动对应着内能。任何物体都具有内能,同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹,除了具有内能,还具有机械能——动能和重力势能。
提问学生:一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气,当汽车以60km/h行驶起来后,气瓶内氧气的内能是否增加?
通过此问题,让学生认识内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和,而不是分子定向移动的动能。另一方面,物体机械能增加,内能不一定增加。
4.物体的内能跟机械能的区别
内能 机械能
对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动
常见的能量形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能或弹性势能
影响因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、相对于零势能面的高度或弹性形变量
大小 永远不等于零 一定条件下可以等于零
联系 在一定条件下可以相互转化
【练习巩固】
1.有甲、乙两个分子,甲分子固定不动,乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近,直到不再靠近为止,在这整个过程中,分子势能的变化情况是( D )
A.不断增大
B.不断减小
C.先增大后减小
D.先减小后增大
2.下列说法正确的是( D )
A.分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B.物体内分子势能由物体的温度和体积决定
C.物体的速度增大时,物体的内能增大
D.物体的动能减小时,物体的温度可能增加
3.氢气和氧气的质量、温度都相同,在不计分子势能的情况下,下列说法正确的是( BD )
A.氧气的内能较大 B.氢气的内能较大
C.两者的内能相等 D.氢气分子的平均速率较大
4.关于分子动能,正确的说法是( C )
A.某种物体的温度是0℃说明物体中分子的平均动能为零
B.物体温度升高时,每个分子的动能都增大
C.物体温度升高时,分子的平均动能增大
D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高
5.对于20℃的水和20℃的水银,下列说法正确的是( AD )
A.两者的分子平均动能相同
B.水银的分子平均动能比水的大
C.两者的分子平均速率相同
D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小
6.下列关于物体内能的说法中正确的是( D )
A.0℃的水比0℃的冰的内能大
B.物体运动的速度越大,则内能越大
C.水分子的内能比冰分子的内能大
D.100g 0℃的冰比100g 0℃的水的内能小(共19张PPT)
分子动能和分子势能
一、分子动理论
1.物体是有大量分子组成。
2.分子在做永不停息的无规则热运动。
3.分子间存在着相互作用的引力和斥力。
气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。
二、气体压强的微观解释
一、分子动能
1.分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能。
2.平均动能:物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
影响气体压强的因素
1.分子的平均动能
温度
体积
微观角度
宏观角度
2.分子密集程度
一、分子动能
扩散的快慢受温度影响。
温度越高,分子运动越快。
一、分子动能
1.分子动能:组成物体的分子由于热运动而具有的能叫做分子动能。
2.平均动能:物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
3.温度:
(1)宏观含义:温度是表示物体的冷热程度。
(2)微观含义(即从分子动理论的观点来看):温度是物体分子热运动的平均动能的标志,温度越高,物体分子热运动的平均动能越大。
一、分子动能
1.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一定相同。所以分子热运动的平均速率也不一定相同。
2.温度反映的是大量分子平均动能的大小,不能反映个别分子的动能大小,同一温度下,各个分子的动能不尽相同。
需要注意:
例题1:有甲、乙两种气体,如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大,则( )
A.甲气体温度一定高于乙气体的温度
B.甲气体温度一定低于乙气体的温度
C.甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度
D.甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快
C
二、分子势能
1.分子势能:分子间存在着相互作用力,因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能。
地面上的物体,由于与地球相互作用
重力势能
发生弹性形变的弹簧,相互作用
分子间相互作用
弹性势能
分子势能
二、分子势能
2.分子势能与分子间距离的关系
1.分子势能:分子间存在着相互作用力,因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能。
当r≈10-10m数量级时,分子的作用力的合力为零,此距离为r0。




当r<r0时,分子间的作用力表现为斥力,要减小分子间的距离必须克服斥力做功,因此,分子势能随分子间距离的减小而增大。
当r>r0时,分子间的相互作用表现为引力,要增大分子间的距离必须克服引力做功,因此,分子势能随分子间的距离增大而增大。
二、分子势能
3.决定分子势能的因素
(1)从宏观上看:分子势能跟物体的体积有关。
(2)从微观上看:分子势能跟分子间距离r有关。
①一般选取两分子间距离很大(r>10r0)时,分子势能为零。
②在r>r0的条件下,分子力为引力,当两分子逐渐靠近至r0过程中,分子力做正功,分子势能减小。
③在r<r0的条件下,分子力为斥力,当两分子间距离增大至r0过程中,分子力也做正功,分子势能也减小。
④当两分子间距离r=r0时,分子势能最小。
例题2:如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。F>0为斥力,F<0为力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放,则( )
A.乙分子由a到b做加速运动,由b到c做减速运动
B.乙分子由a到c做加速运动,到达c时速度最大
C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能一直减小
D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能一直增大
BC
三、物体的内能
1.物体的内能:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。也叫做物体的热力学能。
2.任何物体都具有内能。因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成。
3.决定物体内能的因素
 (1)从宏观上看:物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。
 (2)从微观上看:物体内能的大小由组成物体的分子总数,分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
内能 机械能
对应的运动形式
常见的能量形式
影响因素
大小
联系
三、物体的内能
4.物体的内能跟机械能的区别
物质的量、物体的温度和体积及物态
永远不等于零
微观分子热运动
分子动能、分子势能
在一定条件下可以相互转化
一定条件下可以等于零
物体的机械运动的速度、相对于零势能面的高度或弹性形变量
物体动能、重力势能或弹性势能
宏观物体机械运动
例题3:下列说法中正确的是( )
A.温度低的物体内能小
B.温度低的物体分子运动的平均速率小
C.物体做加速运动时速度越来越大,物体内分子的平均动能也越来越大
D.物体体积改变,内能可能不变
D
1.关于分子动能,正确的说法是( )
A.某种物体的温度是0℃说明物体中分子的平均动能为零
B.物体温度升高时,每个分子的动能都增大
C.物体温度升高时分子的平均动能增大
D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高
C
2.对于20℃的水和20℃的水银,下列说法正确的是( )
A.两者的分子平均动能相同
B.水银的分子平均动能比水的大
C.两者的分子平均速率相同
D.水银分子的平均速率比水分子的平均速率小
AD
3.分子间距增大时,分子势能将( )
A.增大 B.减小
C.不变 D.不能确定
D
4.下列关于物体内能的说法中正确的是( )
A.0℃的水比0℃的冰的内能大
B.物体运动的速度越大,则内能越大
C.水分子的内能比冰分子的内能大
D.100g 0℃的冰比100g 0℃的水的内能小
D(共15张PPT)
分子运动速率分布规律
1.个别事件的出现有其偶然性
2.大量随机事件的整体会表现出一定的规律——统计规律
分子的运动是无规则的,每个分子的运动都具有不确定性。但物体是由大量分子组成的,因而物体的热现象的宏观特性是由大量分子的集体行为决定的。
所以看起来无规则的分子热运动,也必定是有一定的规律的——统计规律。
伽尔顿板实验演示
一、气体分子运动的特点
(1)气体间的距离较大,分子间相互作用力十分微弱,可认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用而做匀速直线运动,所以一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。
(2)气体分子的运动杂乱无章,在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有,从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等,因此对大量分子而言,在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
一、气体分子运动的特点
尽管大量分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却按一定的规律分布。
一、气体分子运动的特点
尽管大量分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却按一定的规律分布。
1.氧气分子的速率分布图象特点:
“中间多、两头少”
2.温度升高时,速率大的分子数增加,
速率小的分子数减少
3.微观意义:温度是分子平均动能的标志。
为比例常数
例题1:对于气体分子的运动,下列说法正确的是( )
A.一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁但同一时刻,每个分子的速率都相等
B.一定温度下某理想气体的分子速率一般不等,但速率很大和速率很小的分子数目相对较少
C.一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况
D.一定温度下某理想气体,当温度升高时,其中某10个分子的平均动能可能减少
BD
三、气体压强的微观解释
从分子动理论的观点来看,气体对容器的压强源于气体分子的热运动,当它们飞到器壁时,就会跟器壁发生碰撞(可视为弹性碰撞),就是这个撞击对器壁产生了作用力,从而产生了压强。
气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。
三、气体压强的微观解释
大量分子频繁地碰撞器壁,对器壁产生持续、均匀的压力,产生压强。
三、气体压强的微观解释
影响气体压强的因素
1.分子的平均动能
温度
体积
微观角度
宏观角度
2.分子密集程度
从宏观上如何改变?
例题2:对于一定质量的理想气体,下列四个叙述中正确的是( )
A.当分子热运动变剧烈时,压强必变大
B.当分子热运动变剧烈时,压强可以不变
C.当分子间的平均距离变大时,压强必变小
D.当分子间的平均距离变大时,压强必变大
B
一、气体分子运动的特点
1.气体分子可以充满任何容器
2.从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等,因此对大量分子而言,在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
“中间多、两头少”
二、分子运动速率分布
1.气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。
2.影响气体压强的两个因素:
——温度
——体积
三、气体压强的微观解释
气体分子的平均动能
气体分子的密集程度
1.大量气体分子运动的特点是( )
A.分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外,可在空间里自由移动
B.分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动
C.分子沿各方向运动的机会相等
D.分子的速率分布毫无规律
ABC
2.一定质量的气体,下列叙述中正确的是( )
A.如果体积减小,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
B.如果压强增大,气体分子对单位面积器壁的压力一定增大
C.如果温度升高,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
D.如果分子密度增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
B
3.封闭在汽缸内一定质量的气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,下列说法正确的是( )
A.气体的密度变大
B.气体的压强增大
C.分子的平均动能减小
D.气体在单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增多
BD分子运动速率分布规律
【教学目标】
一、知识与技能
1.知道气体分子运动的特点。
2.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义。
二、过程与方法
通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象,培养学生的微观想象能力和逻辑思维。
三、情感、态度与价值观
通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析,对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思维方法。
【教学重点】
气体分子运动的特点和气体压强的微观意义。
【教学难点】
气体压强的微观意义。
【教学过程】
一、复习提问、新课导入
教师:(复习提问)分子动理论的基本内容是什么?
待学生回答后,指出课题:气体分子的运动是怎样的?气体所遵循的宏观规律和气体的微观结构有何关系?本节我们就研究气体分子微观模型,研究分子运动速率分布的规律。
实验演示:伽尔顿板实验
教师:通过对分子动理论的学习,我们知道,由于物体是由数量极多的分子组成的,这些分子单独来看,运动是不规则的,带有偶然性的,但从总体上看,大量分子的运动遵守一定的规律,这种规律叫做统计规律。
教师:实验表明:个别事物的出现具有偶然的因素,但大量事物出现的机会,却遵从一定的统计规律。
教师:请大家列举生活中你所观察到的符合统计规律的现象。
学生:讨论,列举实例。如考试时,得高分的人数和低分的人数占总人数的比例相对较少,接近平均分的人数相对较多。全班同学的身高分布,也有类似的规律。
二、新课教学
(一)气体分子运动的特点
先设问:气体分子运动的特点有哪些?
师生总结:气体分子运动的特点是:
1.气体间的距离较大,分子间相互作用力十分微弱,可认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用而做匀速直线运动,所以一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。
2.气体分子的运动杂乱无章,在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有,从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等,因此对大量分子而言,在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。
(二)分子运动速率分布图像
教师展示分子速率分布图。
教师:尽管大量分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却按一定的规律分布。
1.大量气体分子的速率是按一定规律分布,呈“中间多,两头少”的分布规律,且这个分布状态与温度有关,温度升高时,平均速率会增大。
2.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比,即T=a,式中a是比例常数。此式说明,温度是分子平均动能的标志(微观意义)。
例题1:对于气体分子的运动,下列说法正确的是( BD )
A.一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁但同一时刻,每个分子的速率都相等
B.一定温度下某理想气体的分子速率一般不等,但速率很大和速率很小的分子数目相对较少
C.一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况
D.一定温度下某理想气体,当温度升高时,其中某10个分子的平均动能可能减少
教师:知道了气体分子运动的这些特点和规律,我们就可以来解释气体压强的产生和气体实验定律了。
(三)气体压强的微观解释
教师:从微观的角度看,气体的压强是大量气体分子频繁撞击器壁而产生的。
类比:雨滴打在伞面上使伞面受到冲击力,雨滴动能越大,雨滴越密集,产生的压力就越大。
实验演示:滚珠撞击电子秤实验
得出结论:从微观角度来看,气体压强的大小与两个因素有关,一是气体分子的平均动能,二是分子的密集程度。前者决定温度,后者决定体积。所以:气体压强与温度和体积有关。
问题:气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢?从气体对容器器壁压强产生的机制来分析,显示出如图所示的图形:
如图所示是一个一端用活塞(此时表示活塞部分的线条闪烁3~5次)封闭的气缸,活塞用一弹簧与一固定物相连,活塞与气缸壁摩擦不计,当气缸内为真空时,弹簧长为原长。如果在气缸内密封了一定质量的理想气体。由于在任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等,为简化问题,我们仅讨论向活塞方向运动的分子。
进一步分析:若每个分子的质量为m,平均速率为v,分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞,则在这一分子与活塞碰撞中,该分子的动量变化为2mv,即受的冲量为2mv,根据牛顿第三定律,该分子对活塞的冲量也是2mv,那么在一段时间内大量分子与活塞碰撞多少次,活塞受到的总冲量就是2mv的多少倍。单位时间内受到的总冲量就是压力,而单位面积上受到的压力就是压强。由此可推出:气体压强一方面与每次碰撞的平均冲量2mv有关,另一方面与单位时间内单位面积受到的碰撞次数有关。对确定的一定质量的理想气体而言,每次碰撞的平均冲量,2mv由平均速率v有关,v越大则平均冲量就越大,而单位时间内单位面积上碰撞的次数既与分子密度n有关,又与分子的平均速率有关,分子密度n越大,v也越大,则碰撞次数就越多,因此从气体分子动理论的观点看,气体压强的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同决定,n越大,v也越大,则压强就越大。
例题2:对于一定质量的理想气体,下列四个叙述中正确的是( B )
A.当分子热运动变剧烈时,压强必变大
B.当分子热运动变剧烈时,压强可以不变
C.当分子间的平均距离变大时,压强必变小
D.当分子间的平均距离变大时,压强必变大
【练习巩固】
1.有关气体的压强,下列说法正确的是( )
A.气体分子的平均速率增大,则气体的压强一定增大
B.气体分子的密集程度增大,则气体的压强一定增大
C.气体分子的平均动能增大,则气体的压强一定增大
D.气体分子的平均动能增大,气体的压强有可能减小
2.下列哪些量是由大量分子热运动的整体表现所决定的( )
A.压强 B.温度 C.分子密度 D.分子的平均速率
3.分子运动的特点是( )
A.分子除相互碰撞或跟容器碰撞外,可在空间里自由移动
B.分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动
C.分子沿各个方向运动的机会均等
D.分子的速率分布毫无规律
4.下面关于温度的叙述正确的是( )
A.温度是表示物体冷热程度的物理量
B.两个系统处于热平衡时,它们具有一个共同的性质——温度相同
C.温度是分子热运动平均动能的标志
D.温度的高低决定了分子热运动的剧烈程度
5.下面关于气体压强的说法正确的是( )
A.气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的
B.气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力
C.从微观角度看,气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关
D.从宏观角度看,气体压强的大小跟气体的温度和体积有关
参考答案:
1.D
2.ABD
3.ABC
4.ABCD
5.ABCD

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