高中物理第1章用统计思想研究分子运动1_1一种新的研究方法1_2走进分子世界教师用书沪科版选修3-3.pdf

精品教案可编辑11 一种新的研究方法12 走进分子世界学 习 目 标知 识 脉 络1.理解统计规律对于研究问题的意义(重点、难点)2知道油酸分子模型及大小的计算方法(重点)3掌握油膜法测分子大小的方法并熟悉实验操作4掌握从实验中获取数据的方法，并会进行误差分析(难点)一种新的研究方法，分子何其小先填空 1概率(1)定义：在数学上，把发生某一随机事件的可能性的定量描述叫概率(2)意义：概率反映的不是一种必然结果，它是在大量资料的基础上，对不确定事件做出的一种估计2统计规律(1)定义：在大量的随机(偶然)事件的集合中起作用的规律(2)特点：揭示的是大量事件在整体上的性质及必然联系其可靠性跟统计事件的数量有关，事件数量越多，统计规律就显示的越明显被统计的事件数量越多，涨落的现象越不显著精品教案可编辑3实验探究用油膜法估测分子直径4设计思路当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸的单分子层薄膜，如图1-1-1所示如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径图 1-1-1实验中如果算出一定体积V的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可算出油酸分子直径的大小，即dVS.5进行实验(1)配制油酸酒精溶液，体积比已知(2)用注射器或滴管将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，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积V.(3)向浅水盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层痱子粉，在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液当油层不再扩散形状稳定时，就近似形成了单分子油膜(4)将玻璃板盖在浅水盘上，用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上(5)将描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，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实验结论根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径一般分子直径的数量级为1010 m.再判断 精品教案可编辑1单分子油膜的厚度可认为与油酸分子的直径大小相等()2为了便于研究，我们通常把固体和液体分子看作球形()3在做用油膜法估测分子大小的实验时，直接用纯油酸溶液更精确些()后思考 对固体、液体、气体的分子大小估算时，其模型有何不同？【提示】估算分子大小时，既可以把分子占据的空间看做立方体，也可以看做球体 对于固体、液体分子，一般视为球体，分子直径的数量级为1010 m.而对于气体只能看成立方体，计算其占有体积的大小一、实验数据处理计算方法：(1)一滴油酸溶液的平均体积VVN滴油酸溶液的体积N(2)一滴溶液中含纯油酸的体积VVV油酸溶液的体积比(体积比纯油酸体积溶液的体积)(3)油膜的面积Sn 1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)(4)分子直径dVS(代入数据时注意单位的统一)二、实验误差分析用油膜法估测分子直径的实验误差可有以下几种情况：1未形成单分子油膜由于痱子粉在水面上撒得不均匀，油酸酒精溶液滴到水面上之后未能形成单分子油膜2油酸的体积V不够准确在配制油酸酒精溶液时浓度不准确或用累积法测油滴的体积时计数不准确3油膜的面积S不够准确精品教案可编辑在坐标纸上关于不足一个方格的取舍不符合要求三、实验注意事项1油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差油酸酒精溶液的浓度以小于11 000为宜2注射器针头高出水面的高度应在1 cm 之内，当针头离水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中的酒精挥发所致，不影响实验效果3待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩4当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁5从盘的中央加痱子粉，粉自动扩散至均匀，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥这样做比将粉撒在水面上的效果好6本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可四、分子大小的两种模型实际分子的结构是很复杂的，可以把单个分子看做一个立方体，也可以看做一个小球，一般与物体的物质形态有关1球形模型固体和液体可以看做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1-1-2甲所示图 1-1-2精品教案可编辑2立方体模型气体分子的空隙很大，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平均占有的活动空间，忽略气体分子的大小，如图1-1-2乙所示3分子大小的估算(1)对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着的，设分子体积为V0，则分子直径d36V0(球形模型)或d3V0(立方体模型)(2)对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型，从而可计算出两气体分子间的平均间距d3V0.1为了减小“油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是()【导学号：35500001】A用注射器向量筒中滴入(100 滴)油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积恰为整数V1，则每滴溶液的体积为V2V1100B把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小些C先在浅盘内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用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状E计算油膜面积时舍去所有不足一个的方格【解析】测量多滴溶液的体积和溶液的滴数，以减小读数误差，A 正确；水面离盘口距离小些，可减小画油膜轮廓时的误差，B 正确；滴入1 滴液滴形成单分子油膜，C 正确；用牙签拨弄油膜，会使油膜间有空隙，还会带走一部分油酸，D 错误；舍去所有不足一个的方格，结果偏大，E错误【答案】ABC2在做用油膜法估测分子大小的实验中，油酸酒精溶液的浓度约为每104mL 溶液中精品教案可编辑有纯油酸 6 mL.用注射器测得1 mL 上述溶液为75 滴，把 1 滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图1-1-3所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm.试求：图 1-1-3(1)油酸膜的面积是多少？(2)每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【解析】(1)根据图中的轮廓可知，油膜面积S 106 1 cm2106 cm2.(2)由 1 mL 溶液为 75 滴可知 1 滴溶液的体积为175mL，又已知每104 mL 溶液中有纯油酸 6 mL.则 1 滴溶液中含纯油酸的体积为V1756104mL 8 10 6 mL 8 106 cm3.(3)油酸分子直径dVS8 106106cm 7.5 10 8 cm 7.5 1010 m.【答案】(1)106 cm2(2)8 106 cm3(3)7.5 10 10 m误差分析(1)油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差；(2)一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差；(3)油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏精品教案可编辑差；(4)采用“互补法(即不足半个舍去，大于半个的算一个)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差分子何其多先填空 1阿伏伽德罗常量1 mol任何物质所包含粒子的数目都相等，这个数目叫做阿伏伽德罗常量符号NA.2数值阿伏伽德罗常量通常取NA 6.02 1023mol 1，粗略计算中可取NA 6.0 1023mol1.3意义阿伏伽德罗常量是一个重要的常数，是联系宏观量与微观量的桥梁，它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子体积等微观物理量联系起来再判断 11 mol任何物质都含有NA个粒子()2阿伏伽德罗常量可以把微观量与宏观量联系在一起()3知道氧气的摩尔质量、氧气的密度及氧气分子的直径可以算出阿伏伽德罗常量()后思考 VmolNA分子体积，对任何物质都成立吗？【提示】不都成立固体和液体分子排列比较紧密，分子间距可以忽略，但气体分子间距较大，分子间距不能忽略，故公式只对固体和液体近似成立，对气体不成立对气体而言应为摩尔体积NA分子平均占据的体积精品教案可编辑阿伏伽德罗常量NA的应用若用M表示摩尔质量，V表示摩尔体积，表示密度m、V0、d分别表示每个分子的质量、体积和直径，则：(1)一个分子的质量：mMNA.(2)一个分子的体积：V0VNA(适用于固体和液体)(3)单位质量所含有的分子数：NNAM.(4)单位体积所含有的分子数：NNAV.(5)摩尔质量M、摩尔体积V和密度的关系：MV.3若以表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸汽的摩尔体积，为标准状态下水蒸汽的密度，NA为阿伏伽德罗常量，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面四个关系式表示正确的是()ANAVmBNACmNADVNAEV【解析】NAVm，A 对；NAm，所以mNA，C 对；而对于气体分子来说，由于其两邻近分子间距离太大，VNA求出的是一个气体分子占据的空间，而不是单个气体分子的体积(其体积远小于该值)，所以 D 错；而 B 式是将 D 式代精品教案可编辑入 A 式和 C 式得出的，故B 错；由于V，故 E 正确【答案】ACE4很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全轿车在发生一定强度的碰撞时，利用叠氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊若氮气充入后安全气囊的容积V56 L，囊中氮气密度2.5 kg/m3，已知氮气摩尔质量M0.028 kg/mol，阿伏伽德罗常量NA 6 1023 mol 1.试估算：(1)囊中氮气分子的总个数N；(2)囊中氮气分子间的平均距离(结果保留一位有效数字)【解析】(1)设 N2的物质的量为n，则nVM氮气的分子总数NVMNA代入数据得N 3 1024.(2)每个分子所占的空间为V0VN设分子间平均距离为a，则有V0a3，即a3V03VN代入数据得a 3 109 m.【答案】(1)3 1024(2)3 10 9 m1求解与阿伏伽德罗常量有关问题的思路2V0VNA对固体、液体指分子体积，对气体则指平均每个分子所占据空间的体积，即无法求解气体分子的大小精品教案可编辑