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第一节 物质是由大量分子组成的
粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册
第一章 分子动理论
@HY
新课引入
分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
在热学中，由于原子、离子、分子这些微粒做热运动时遵从相同的规律，为了简化，通常统称为分子。
金属原子
双螺旋结构的DNA分子
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
1、物质是由大量分子组成的，分子是构成物质并保持物质化学性质的最小微粒。
2、分子大小的数量级通常是10-10 m
扫描隧道显微镜
石墨表面原子的排布图
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
分子
乒乓球
硅晶体表面原子排列
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
问题：分子直径这么小——10-10m，用普通的光学显微镜和电子显微镜都观察不到分子，分子直径是如何测出来的？
分子大小的估测——单分子油膜法
在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理：
(1)把分子看成一个个小球；
(2)认为油酸分子一个紧挨一个整齐排列；
(3)认为油膜厚度等于分子直径。
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
方法：
通过测量较大量来研究较小量。
二、用油膜法估测油酸分子的大小
实验目的
（1）估测油酸分子大小的数量级。
（2）体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。
实验器材
油酸、酒精、清水、滴管（或注射器）、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、
浅水盘、坐标纸。
实验原理
油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸分子油膜。若把油酸分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴油酸的体积 V 和油膜的面积 S，就可估算出油酸分子的直径d=V/S 。
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
实验过程
1．用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液(1:200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(如1 mL)时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的________，然后再按油酸酒精溶液的浓度计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的________．
体积
体积V
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
2．往边长约为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水稳定后，将适量痱子粉均匀地洒在水面上．
3．用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液滴在水面上一滴，形成如上图所示的形状，待油酸薄膜的形状稳定后，将准备好的玻璃板放在浅盘上，(注意玻璃板不能与油膜接触)然后将油膜的形状用彩笔描在玻璃板上．
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
实验过程
4．将画有油膜轮廓的玻璃板正确的放在坐标纸上，计算出油膜的面积S，求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
实验过程
5．根据纯油酸的体积V和油酸的面积S可计算出油酸薄膜的厚度d＝ V/S ，即油酸分子的大小．
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
数据处理
计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积方法：
设n滴油酸酒精溶液是1 mL，
则每1滴的油酸酒精溶液的体积是 mL，
事先知道配制溶液的比例是 ，
则1滴溶液中的纯油酸体积V＝
求面积时
以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，
计算出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
测量出这一滴油酸的体积 V 和油膜的面积 S，
就可估算出油酸分子的直径d=V/S 。
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
误差分析1．由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径，实验室中配制的油酸酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度．
2．虽然分子大小的数量级应在10-10 m．但中学阶段，对于本实验只要能测出油酸分子大小的数量级在10-9 m以内即可认为是成功的．
注意事项1．痱子粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可．
2．滴入油酸酒精溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大．
3．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．
1、在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的体积分数为0.05%，用小量筒测得180滴该溶液约为3 mL。现把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将带有网格线的透明塑料盖板放在浅盘上，用彩笔在塑料盖板上描出油膜的轮廓，其形状和尺寸如图所示，塑料盖板上的小方格边长为1 cm，试求：
（1）油酸膜的面积。
（2）1滴油酸酒精溶液中含有
纯油酸的体积。
（3）按以上实验数据估测出
油酸分子的直径。
2、在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL，用注射器测得1 mL 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1 cm，试求：
(1)油酸薄膜的面积是___________________cm2；
114(113～115都对)
(2)实验测出油酸分子的直径是__________m
(结果保留两位有效数字)。
6.6×10-10
1．阿伏伽德罗常量NA：1摩尔（mol）任何物质所含的微粒数
2．阿伏伽德罗常量是联系微观世界和宏观世界的桥梁．
微观 宏观
NA
桥梁
微观量：
（分子直径d、
分子体积V0、
分子质量m0、
分子个数N ）
宏观量：
（物体的体积V、
摩尔体积Vmol、
物体的质量m、
摩尔质量M、
物体的密度ρ ）
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
微观 宏观
NA
桥梁
微观量：
分子直径d、
分子体积V0、
分子质量m0、
分子个数N
宏观量：
物体的体积V、
摩尔体积Vmol、
物体的质量m、
摩尔质量M、
物体的密度ρ
关系
①分子的质量：
②分子的体积：
(对于气体，V0指一个气体分子所占据的平均体积)
③物体所含的分子数：
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
分子模型
固体、液体
球体模型
d
d
d
d
固体和液体可看作是由一个紧挨着一个的球形分子排列而成的,忽略分子间空隙,如图甲所示。
设分子体积为V,则分子直径d=
固体、液体
球体模型
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阿伏伽德罗常量
油 膜 法
气体
气体分子间的空隙很大,把气体分成若干个小立方体,每个气体分子位于一个小立方体的中心,每个小立方体是一个气体分子平均占有的活动空间,忽略气体分子的大小,如图乙所示.
d
d
立方体模型
d
分子模型
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分子的大小
阿伏伽德罗常量
油 膜 法
例题:已知水分子的直径约为4.0x10-10m，请尝试设计一个案例能让人直观地感受到水分子数目的巨大。如果要数出这些分子，需要多少年才能数完
解:假设我们喝下一口水，这口水的体积约为20mL，需要估算这口水中水分子的数目.
这口水的水分子的数目约为6×1023
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油 膜 法
1年的时间为t=365×24×60×60s≈3.15×107s
若每秒钟数2个，不停歇地数，数完这些水分子所需的时间为
若全球70亿人一起数，数完这些水分子所需的时间为
解:假设我们喝下一口水，这口水的体积约为20mL，需要估算这口水中水分子的数目.
这口水的水分子的数目约为6×1023
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油 膜 法
雨后，湖中荷叶上有一滴约为0.1cm 的水珠，已知水的密度p=1.0×10 kg/m ，
水的摩尔质量kg/mol，试估算：
（1）这滴水珠中约含有多少个水分子？
（2）一个水分子的直径多大？（以上计算结果保留两位有效数字）

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