《高中物理 第1章 用統(tǒng)計思想研究分子運動 1_1 一種新的研究方法 1_2 走進分子世界教師用書 滬科版選修3-3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第1章 用統(tǒng)計思想研究分子運動 1_1 一種新的研究方法 1_2 走進分子世界教師用書 滬科版選修3-3（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1．1　一種新的研究方法 1．2　走進分子世界 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.理解統(tǒng)計規(guī)律對于研究問題的意義．(重點、難點) 2．知道油酸分子模型及大小的計算方法．(重點) 3．掌握油膜法測分子大小的方法并熟悉實驗操作． 4．掌握從實驗中獲取數(shù)據(jù)的方法，并會進行誤差分析．(難點) 一種新的研究方法，分子何其小 1．概率 (1)定義：在數(shù)學上，把發(fā)生某一隨機事件的可能性的定量描述叫概率． (2)意義：概率反映的不是一種必然結果，它是在大量資料的基礎上，對不確定事件做出的一種估計． 2．統(tǒng)計規(guī)律 (1)定義：在大量的隨機(偶然)事件的集合中起作用的規(guī)律． (2)特點：①揭示的是大量事件在整體上的性質(zhì)及必然聯(lián)系． ②其可靠性跟統(tǒng)計事件的數(shù)量有關，事件數(shù)量越多，統(tǒng)計規(guī)律就顯示的越明顯． ③被統(tǒng)計的事件數(shù)量越多，漲落的現(xiàn)象越不顯著． 3．實驗探究 用油膜法估測分子直徑． 4．設計思路 當把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水中并很快揮發(fā)，在水面上形成一層純油酸的單分子層薄膜，如圖111所示．如果把分子看成球形，單分子油膜的厚度就可以認為等于油酸分子的直徑． 圖111 實驗中如果算出一定體積V的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積S，即可算出油酸分子直徑的大小，即d＝. 5．進行實驗 (1)配制油酸酒精溶液，體積比已知． (2)用注射器或滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)增加一定體積(如1 mL)時的滴數(shù)，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均體積. (3)向淺水盤中倒入清水，在水面上輕輕而均勻地撒一層痱子粉，在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液．當油層不再擴散形狀穩(wěn)定時，就近似形成了單分子油膜． (4)將玻璃板蓋在淺水盤上，用彩筆將油膜的形狀描繪在玻璃板上． (5)將描有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位，數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)． 6．實驗結論 根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，根據(jù)油酸的體積V和油膜的面積S算出油酸分子的直徑．一般分子直徑的數(shù)量級為10－10 m. 1．單分子油膜的厚度可認為與油酸分子的直徑大小相等．(√) 2．為了便于研究，我們通常把固體和液體分子看作球形．(√) 3．在做用油膜法估測分子大小的實驗時，直接用純油酸溶液更精確些．() 對固體、液體、氣體的分子大小估算時，其模型有何不同？ 【提示】　估算分子大小時，既可以把分子占據(jù)的空間看做立方體，也可以看做球體．對于固體、液體分子，一般視為球體，分子直徑的數(shù)量級為10－10 m .而對于氣體只能看成立方體，計算其占有體積的大?。? 一、實驗數(shù)據(jù)處理 計算方法：(1)一滴油酸溶液的平均體積 ＝ (2)一滴溶液中含純油酸的體積V V＝油酸溶液的體積比(體積比＝) (3)油膜的面積S＝n1 cm2(n為有效格數(shù)，小方格的邊長為1 cm) (4)分子直徑d＝(代入數(shù)據(jù)時注意單位的統(tǒng)一) 二、實驗誤差分析 用油膜法估測分子直徑的實驗誤差可有以下幾種情況： 1．未形成單分子油膜 由于痱子粉在水面上撒得不均勻，油酸酒精溶液滴到水面上之后未能形成單分子油膜． 2．油酸的體積V不夠準確 在配制油酸酒精溶液時濃度不準確或用累積法測油滴的體積時計數(shù)不準確． 3．油膜的面積S不夠準確 在坐標紙上關于不足一個方格的取舍不符合要求． 三、實驗注意事項 1．油酸酒精溶液配制好后，不要長時間放置，以免濃度改變，產(chǎn)生誤差．油酸酒精溶液的濃度以小于為宜． 2．注射器針頭高出水面的高度應在1 cm之內(nèi)，當針頭離水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是由于針頭中的酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果． 3．待測油酸液面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓．擴散后又收縮有兩個原因：第一，水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復；第二，酒精揮發(fā)后液面收縮． 4．當重做實驗時，水從盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦拭，再用清水沖洗，這樣做可保持盤的清潔． 5．從盤的中央加痱子粉，粉自動擴散至均勻，這是由于以下兩種因素所致：第一，加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開；第二，粉粒之間的排斥．這樣做比將粉撒在水面上的效果好． 6．本實驗只要求估算分子的大小，實驗結果的數(shù)量級符合要求即可． 四、分子大小的兩種模型 實際分子的結構是很復雜的，可以把單個分子看做一個立方體，也可以看做一個小球，一般與物體的物質(zhì)形態(tài)有關． 1．球形模型 固體和液體可以看做一個緊挨著一個的球形分子排列而成的，忽略分子間空隙，如圖112甲所示． 圖112 2．立方體模型 氣體分子的空隙很大，把氣體分成若干個小立方體，氣體分子位于每個小立方體的中心，每個小立方體是每個分子平均占有的活動空間，忽略氣體分子的大小，如圖112乙所示． 3．分子大小的估算 (1)對于固體和液體，分子間距離比較小，可以認為分子是一個個緊挨著的，設分子體積為V0，則分子直徑d＝(球形模型)或d＝(立方體模型)． (2)對于氣體，分子間距離比較大，處理方法是建立立方體模型，從而可計算出兩氣體分子間的平均間距d＝. 1．為了減小“油膜法估測分子的大小”的實驗誤差，下列方法可行的是(　　) 【導學號：35500001】 A．用注射器向量筒中滴入(100滴)油酸酒精溶液，并讀出量筒里這些溶液的體積恰為整數(shù)V1，則每滴溶液的體積為V2＝ B．把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小些 C．先在淺盤內(nèi)的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴1滴在水面上 D．用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成規(guī)則形狀 E．計算油膜面積時舍去所有不足一個的方格 【解析】　測量多滴溶液的體積和溶液的滴數(shù)，以減小讀數(shù)誤差，A正確；水面離盤口距離小些，可減小畫油膜輪廓時的誤差，B正確；滴入1滴液滴形成單分子油膜，C正確；用牙簽撥弄油膜，會使油膜間有空隙，還會帶走一部分油酸，D錯誤；舍去所有不足一個的方格，結果偏大，E錯誤． 【答案】　ABC 2．在做用油膜法估測分子大小的實驗中，油酸酒精溶液的濃度約為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器測得1 mL上述溶液為75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆在玻璃板上描出油酸的輪廓，再把玻璃板放在坐標紙上，其形狀和尺寸如圖113所示，坐標紙中正方形方格的邊長為1 cm.試求： 圖113 (1)油酸膜的面積是多少？ (2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積？ (3)按以上實驗數(shù)據(jù)估測出油酸分子的直徑． 【解析】　(1)根據(jù)圖中的輪廓可知，油膜面積S＝1061 cm2＝106 cm2. (2)由1 mL溶液為75滴可知1滴溶液的體積為 mL，又已知每104 mL溶液中有純油酸6 mL. 則1滴溶液中含純油酸的體積為 V＝ mL＝810－6 mL＝810－6 cm3. (3)油酸分子直徑 d＝＝ cm≈7.510－8 cm＝7.510－10 m. 【答案】　(1)106 cm2　(2)810－6 cm3 (3)7.510－10 m 誤差分析 (1)油酸酒精溶液的實際濃度和理論值間存在偏差； (2)一滴油酸酒精溶液的實際體積和理論值間存在偏差； (3)油酸在水面上的實際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差； (4)采用“互補法(即不足半個舍去，大于半個的算一個)”計算獲得的油膜面積與實際的油膜面積間存在偏差． 分子何其多 1．阿伏伽德羅常量 1 mol任何物質(zhì)所包含粒子的數(shù)目都相等，這個數(shù)目叫做阿伏伽德羅常量．符號NA. 2．數(shù)值 阿伏伽德羅常量通常取NA＝6.021023 mol－1，粗略計算中可取NA＝6.01023 mol－1. 3．意義 阿伏伽德羅常量是一個重要的常數(shù)，是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁，它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積這些宏觀物理量與分子質(zhì)量、分子體積等微觀物理量聯(lián)系起來． 1．1 mol任何物質(zhì)都含有NA個粒子．(√) 2．阿伏伽德羅常量可以把微觀量與宏觀量聯(lián)系在一起．(√) 3．知道氧氣的摩爾質(zhì)量、氧氣的密度及氧氣分子的直徑可以算出阿伏伽德羅常量．() Vmol＝NA分子體積，對任何物質(zhì)都成立嗎？ 【提示】　不都成立．固體和液體分子排列比較緊密，分子間距可以忽略，但氣體分子間距較大，分子間距不能忽略，故公式只對固體和液體近似成立，對氣體不成立．對氣體而言應為摩爾體積＝NA分子平均占據(jù)的體積． 阿伏伽德羅常量NA的應用 若用M表示摩爾質(zhì)量，V表示摩爾體積，ρ表示密度．m、V0、d分別表示每個分子的質(zhì)量、體積和直徑，則： (1)一個分子的質(zhì)量：m＝. (2)一個分子的體積：V0＝(適用于固體和液體)． (3)單位質(zhì)量所含有的分子數(shù)：N＝. (4)單位體積所含有的分子數(shù)：N＝. (5)摩爾質(zhì)量M、摩爾體積V和密度ρ的關系：M＝ρV. 3．若以μ表示水的摩爾質(zhì)量，V表示在標準狀態(tài)下水蒸汽的摩爾體積，ρ為標準狀態(tài)下水蒸汽的密度，NA為阿伏伽德羅常量，m、Δ分別表示每個水分子的質(zhì)量和體積，下面四個關系式表示正確的是(　　) A．NA＝　　　　　　 B．ρ＝ C．m＝ D．Δ＝ E．V＝ 【解析】　NA＝，A對；NA＝，所以m＝，C對； 而對于氣體分子來說，由于其兩鄰近分子間距離太大，求出的是一個氣體分子占據(jù)的空間，而不是單個氣體分子的體積(其體積遠小于該值)，所以D錯；而B式是將D式代入A式和C式得出的，故B錯；由于ρ＝，故E正確． 【答案】　ACE 4．很多轎車中設有安全氣囊以保障駕乘人員的安全．轎車在發(fā)生一定強度的碰撞時，利用疊氮化鈉(NaN3)爆炸產(chǎn)生氣體(假設都是N2)充入氣囊．若氮氣充入后安全氣囊的容積V＝56 L，囊中氮氣密度ρ＝2.5 kg/m3，已知氮氣摩爾質(zhì)量M＝0.028 kg/mol，阿伏伽德羅常量NA＝61023 mol－1.試估算： (1)囊中氮氣分子的總個數(shù)N； (2)囊中氮氣分子間的平均距離．(結果保留一位有效數(shù)字) 【解析】　(1)設N2的物質(zhì)的量為n，則n＝ 氮氣的分子總數(shù)N＝NA 代入數(shù)據(jù)得N＝31024. (2)每個分子所占的空間為V0＝ 設分子間平均距離為a，則有V0＝a3，即a＝＝ 代入數(shù)據(jù)得a≈310－9 m. 【答案】　(1)31024　(2)310－9 m 1．求解與阿伏伽德羅常量有關問題的思路 2．V0＝對固體、液體指分子體積，對氣體則指平均每個分子所占據(jù)空間的體積，即無法求解氣體分子的大小．