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高中物理人教版 (新课标)选修31 物体是由大量分子组成的教案
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 物体是由大量分子组成的教案
物体是由大量分子组成的目标导航（1）知道物体是由大量分子组成的。（2）知道用油膜法测定分子大小的原理和方法。（3）知道物质结构的微观模型，知道分子大小、质量的数量级。（4）理解阿伏加德罗常数的含义，并记住这个常数的数值和单位；会用这一常数进行有关计算或估算；领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的纽带。（５）坚持求真务实、严谨认真的学习态度。诱思导学1．分子的大小自然界中所有物质都是由大量的分子组成的。此处所提出的“分子”是个广义概念，指组成物质的原子、离子或分子。(1)分子模型首先，可以把单个分子看做一个立方体，也可以看做是一个小球。通常情况下把分子看做小球，是对分子的简化模型。实际上，分子有着复杂的内部结构，并不真的都是小球。其次，不同的物质形态其分子的排布也有区别，任何物质的分子间都有空隙。对固体和液体而言，分子间空隙比较小，我们通常认为分子是一个挨着一个排列的，而忽略其空隙的大小。(2)用油膜法估测分子的大小估测分子的大小通常采用油膜法。具体方法课本上已经介绍，此处不再赘述。最后根据1滴油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜的厚度()，即油酸分子的尺寸。其线度的数量级为。我们可以用不同的方法估测分子的大小。用不同的方法测出的分子大小并不完全相同，但是数量级是一致的。除了一些高分子有机物之外，一般分子直径的数量级约为。是一个极小的数，同学们应该记住。2．阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数用表示，。它是微观世界的—个重要常数，是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁，应该理解它的意义。（1）已知固体和液体（气体不适用）的摩尔体积vmol和一个分子的体积v，则NA=；反之亦可估算分子的大小。(2）已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的摩尔质量M和一个分子的质量m，求NA＝；反之亦可估算分子的质量。（3）已知固体和液体（气体不适用）的体积V和摩尔体积vmol，则物质的分子数n＝NA＝NA．其中ρ是物质的密度，M是物质的质量。（4）已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的质量和摩尔质量，则物质的分子数 n=NA．典例探究例１ 将的油酸溶于酒精，制成的油酸酒精溶液，已知的溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积为，由此可估测油酸分子的直径为多少？解析：1 cm3油酸酒精溶液中油酸的体积V＝×10－6 m3，1滴油酸酒精溶液中油酸体积V油酸＝V/50＝m3，则油酸分子的直径d＝m＝5×10－10 m。 友情提示：本题关键是知道分子的球形模型，理解用油膜法测分子直径的原理，运用公式d=V/S进行计算，注意单位的统一。除油膜法计算分子大小外，如果在已知分子的体积V的情况下，对固体、液体还有方法：①当分子视为球体时，有V＝ (d/2)3＝πd3/6，d＝；②当分子视为立方体时，d＝。对气体，因分子的间距很大，不考虑气体分子的大小。例２ 水的分子量是18，水的密度，阿伏加德罗常数，则(1)水的摩尔质量M＝________或M＝______；(2)水的摩尔体积V＝________；(3)一个水分子的质量m＝_________kg；(4)一个水分子的体积V′＝__________；(5)将水分子看做是个球体，水分子的直径d＝________m，一般分子直径的数量级都是___________m。解析：(1)某种物质的摩尔质量用“”做单位时，其数值与该物质的原子量相同，所以水的摩尔质量。如果摩尔质量用国际单位制的单位“”，就要换算成。(2)水的摩尔体积V。(3)一个水分子的质量。(4)一个水分子的体积。(5)将水分子视为理想球体就有：，水分子直径为这里的“”称为数量级，一般分子直径的数量级就是这个值。友情提示：解答此类问题时，一定要理清各物理量间的关系。例3 已知金刚石的密度为ρ＝3.5×103 kg/m3，现有一块体积为4.0×10－8m3的一小块金刚石，它含有多少个碳原子?假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直径?(保留两位有效数字)解析：先求这块金刚石的质量m＝ρV＝3.5×103×4.0×10－8 kg＝1.4×10－4 kg这块金刚石的物质的量n＝ mol＝1.17×10－2 mol这块金刚石所含的碳原子数n′＝nNA＝1.17×10－2×6.02×1023个＝7.0×1021个一个碳原子的体积为V0＝ m3＝5.7×10－30 m3。把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式V0＝d3可得碳原子直径为d＝m＝2.2×10－10 m友情提示：(1)由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系。所以说，阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁。(2)在计算金刚石含有的碳原子数时，也可先由Vmol＝求出Vmol，再由V0＝求出一个碳原子的体积V0，然后由n＝求出金刚石含有的碳原子数n。例４ 在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是，则水蒸气分子的平均间距约是水分子直径的( )倍。A．1倍 B．10倍 C．100倍 D．1000倍解析：水蒸气是气体，在标准状况下的摩尔体积是，每个水分子所占体积(包括水分子和它的周围空间的体积)为把每个分子和它所占空间看成一个小立方体，分子间距等于每个立方体的边长，即水的摩尔体积，一个水分子的体积为，把水分子看成球形，其直径为答案：B。友情提示：固体和液体分子是紧密排列的，分子间距可看成分子直径；而气体分子间的距离远大于分子直径，在标准状况下，用摩尔体积除以阿伏伽德罗常数，得到的是一个分子和它的周围空间的总体积，而不是一个分子的体积。分割气体空间体积时必须分割成紧密相连的立方体，而不应该是球体。这一点同学们一定要弄清楚。课后问题与练习点击1．解析：因为薄膜恰能在盐水中悬浮，说明薄膜的密度与盐水密度相等，所以薄膜密度为ρ=1。2×103kg/m3＝1.2g/cm3，质量m=３６g，薄膜体积V＝m/ρ=３６÷１.２＝30cm3，薄膜面积S=１０×２０＝２００cm2，因此薄膜的厚度为d=V/S=30÷200=0.15cm。２．解析：（１）一滴油酸酒精容易中含有纯油酸的体积是V＝１××＝（２）油膜的面积S＝１×１１５＝１１５cm2（３）油膜的厚度即认为是油酸分子的直径d，则有：d＝m＝７.０×10－10 m。3．解析：铜的摩尔体积==７.2×10－6m3一个铜原子的体积为V0==１.２×10－２９m3把铜原子看成球体，则由公式V0＝d3可得铜原子直径为：d＝m＝2.8×10－10 m4．解析：在标准状况下氧气的摩尔体积是Vmol=，每个氧气分子所占立方体空间的体积为：每个分子处在所占立方体空间的中心，相邻两个分子间距离等于每个立方体空间的边长，即基础训练一、选择题 1．分子直径和分子的质量都很小，它们的数量级分别为（ ）A．B．C． D．2．构成物质的单元是多种多样的，它们不可能是（ ）A．分子（如有机物）B．原子（如金属）C．基本粒子（如电子、中子、原子）D．离子（如盐类）3．已知铜的密度为，原子量为64，通过估算可知铜中的每个铜原子所占的体积为( )A． B．C． D．4．从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数 ( )A．水的密度和水的摩尔质量B．水的摩尔质量和水分子的体积 C．水分子的体积和水分子的质量D．水分子的质量和水的摩尔质量5．某固体物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则每个分子的质量和单位体积内所含的分子数分别是( )A．NA／M ρNA／MB．M／NA MNA／ρC．NA／M M／ρNAD．M／NA ρNA／M6．阿伏加德罗常数是NA，铜的摩尔质量是M，铜的密度是ρ，则下列说法中错误的是( )A．1 m3铜所含的原子数目是ρNA/M B．1 kg铜所含的原子数目是ρNA C．1个铜原子的原子质量是M/NA D．1个铜原子占有体积是M/(NAρ) 7．体积为10－4 cm3的油滴，滴在水面上展开成单分子油膜，则油膜面积的数量级为 ( )A．108 cm2 B．106 cm2C．104 cm2 D．102 cm2 8．只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离( )A．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度C．阿伏加德罗常数，该气体的质量和体积D．该气体的密度、体积和摩尔质量二、填空题９．冰的摩尔质量为，冰的密度为，那么冰分子的直径大约为 。 １０．水的摩尔质量为，则水中含有的水分子的个数是 ，1个水分子的质量是 。１１． 由油滴实验测得油酸分子的直径为1.12×10-9m，已知油酸的密度为6.37×102kg/m3。油酸的摩尔质量为282g/mol，由此求得阿伏加德罗常数为 。 １２． 铁的密度是7。8×103kg/m3，有一小块铁的体积是5.7×10-8m3，这块铁中含有 个原子。 １３．某种气体摩尔质量用M表示，气体体积用V表示，分子数用n表示，分子体积用V0表示，阿伏加德罗常数用NA表示，现除了已知该气体的密度为ρ，还告诉了下列四组数据：A．M B．M， NA C．V， n D．V， V0要估算该气体分子间的平均距离，只要再知道一组数据即可，可行的办法是选 组数据（填字母代号）。１４．气体分子的直径为d＝2×10-10m，试估算标准状态下，相邻气体分子的平均距离L0与分子直径的比值为 (取两位有效数字)。 三、计算题１５．黄金的密度为19。3 g/cm3，摩尔质量为197 g/mol。求：(1)黄金分子的质量； (2)黄金分子的体积； (3) 黄金分子的半径。 7．1–1１６．在做“用油膜法测分子的大小”实验时，油酸酒精溶液的浓度为每104ml溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液有液滴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，在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图7．1–1所示，坐标中正方形小方格的边长为1cm，问：(1)油酸膜的面积是多少cm2?(此问可直接写出答案)(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少?(3)按以上数据，估测出油酸分子的直径是多少?１７．课题研究[课题] 纳米技术[目的] 通过收集、查询、讨论有关纳米技术的资料，了解纳米技术在现实生活中的作用以及对未来社会发展的影响，激发学生对新技术的兴趣和热情。[问题]1．知道纳米是长度单位，知道什么是纳米技术，纳米技术的研究对象是什么？2．纳米技术与扫描隧道显微镜。3．纳米技术在电子和通信方面的应用。4．纳米技术在医疗和生命科学方面的应用与展望。5．我国在纳米技术领域的研究状况和发展前景。[方法] 到图书馆查资料；上相关的网站查询；收集资料信息讨论交流。
物体是由大量分子组成的目标导航（1）知道物体是由大量分子组成的。（2）知道用油膜法测定分子大小的原理和方法。（3）知道物质结构的微观模型，知道分子大小、质量的数量级。（4）理解阿伏加德罗常数的含义，并记住这个常数的数值和单位；会用这一常数进行有关计算或估算；领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的纽带。（５）坚持求真务实、严谨认真的学习态度。诱思导学1．分子的大小自然界中所有物质都是由大量的分子组成的。此处所提出的“分子”是个广义概念，指组成物质的原子、离子或分子。(1)分子模型首先，可以把单个分子看做一个立方体，也可以看做是一个小球。通常情况下把分子看做小球，是对分子的简化模型。实际上，分子有着复杂的内部结构，并不真的都是小球。其次，不同的物质形态其分子的排布也有区别，任何物质的分子间都有空隙。对固体和液体而言，分子间空隙比较小，我们通常认为分子是一个挨着一个排列的，而忽略其空隙的大小。(2)用油膜法估测分子的大小估测分子的大小通常采用油膜法。具体方法课本上已经介绍，此处不再赘述。最后根据1滴油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜的厚度()，即油酸分子的尺寸。其线度的数量级为。我们可以用不同的方法估测分子的大小。用不同的方法测出的分子大小并不完全相同，但是数量级是一致的。除了一些高分子有机物之外，一般分子直径的数量级约为。是一个极小的数，同学们应该记住。2．阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数用表示，。它是微观世界的—个重要常数，是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁，应该理解它的意义。（1）已知固体和液体（气体不适用）的摩尔体积vmol和一个分子的体积v，则NA=；反之亦可估算分子的大小。(2）已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的摩尔质量M和一个分子的质量m，求NA＝；反之亦可估算分子的质量。（3）已知固体和液体（气体不适用）的体积V和摩尔体积vmol，则物质的分子数n＝NA＝NA．其中ρ是物质的密度，M是物质的质量。（4）已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的质量和摩尔质量，则物质的分子数 n=NA．典例探究例１ 将的油酸溶于酒精，制成的油酸酒精溶液，已知的溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积为，由此可估测油酸分子的直径为多少？解析：1 cm3油酸酒精溶液中油酸的体积V＝×10－6 m3，1滴油酸酒精溶液中油酸体积V油酸＝V/50＝m3，则油酸分子的直径d＝m＝5×10－10 m。 友情提示：本题关键是知道分子的球形模型，理解用油膜法测分子直径的原理，运用公式d=V/S进行计算，注意单位的统一。除油膜法计算分子大小外，如果在已知分子的体积V的情况下，对固体、液体还有方法：①当分子视为球体时，有V＝ (d/2)3＝πd3/6，d＝；②当分子视为立方体时，d＝。对气体，因分子的间距很大，不考虑气体分子的大小。例２ 水的分子量是18，水的密度，阿伏加德罗常数，则(1)水的摩尔质量M＝________或M＝______；(2)水的摩尔体积V＝________；(3)一个水分子的质量m＝_________kg；(4)一个水分子的体积V′＝__________；(5)将水分子看做是个球体，水分子的直径d＝________m，一般分子直径的数量级都是___________m。解析：(1)某种物质的摩尔质量用“”做单位时，其数值与该物质的原子量相同，所以水的摩尔质量。如果摩尔质量用国际单位制的单位“”，就要换算成。(2)水的摩尔体积V。(3)一个水分子的质量。(4)一个水分子的体积。(5)将水分子视为理想球体就有：，水分子直径为这里的“”称为数量级，一般分子直径的数量级就是这个值。友情提示：解答此类问题时，一定要理清各物理量间的关系。例3 已知金刚石的密度为ρ＝3.5×103 kg/m3，现有一块体积为4.0×10－8m3的一小块金刚石，它含有多少个碳原子?假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直径?(保留两位有效数字)解析：先求这块金刚石的质量m＝ρV＝3.5×103×4.0×10－8 kg＝1.4×10－4 kg这块金刚石的物质的量n＝ mol＝1.17×10－2 mol这块金刚石所含的碳原子数n′＝nNA＝1.17×10－2×6.02×1023个＝7.0×1021个一个碳原子的体积为V0＝ m3＝5.7×10－30 m3。把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式V0＝d3可得碳原子直径为d＝m＝2.2×10－10 m友情提示：(1)由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系。所以说，阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁。(2)在计算金刚石含有的碳原子数时，也可先由Vmol＝求出Vmol，再由V0＝求出一个碳原子的体积V0，然后由n＝求出金刚石含有的碳原子数n。例４ 在标准状况下，水蒸气的摩尔体积是，则水蒸气分子的平均间距约是水分子直径的( )倍。A．1倍 B．10倍 C．100倍 D．1000倍解析：水蒸气是气体，在标准状况下的摩尔体积是，每个水分子所占体积(包括水分子和它的周围空间的体积)为把每个分子和它所占空间看成一个小立方体，分子间距等于每个立方体的边长，即水的摩尔体积，一个水分子的体积为，把水分子看成球形，其直径为答案：B。友情提示：固体和液体分子是紧密排列的，分子间距可看成分子直径；而气体分子间的距离远大于分子直径，在标准状况下，用摩尔体积除以阿伏伽德罗常数，得到的是一个分子和它的周围空间的总体积，而不是一个分子的体积。分割气体空间体积时必须分割成紧密相连的立方体，而不应该是球体。这一点同学们一定要弄清楚。课后问题与练习点击1．解析：因为薄膜恰能在盐水中悬浮，说明薄膜的密度与盐水密度相等，所以薄膜密度为ρ=1。2×103kg/m3＝1.2g/cm3，质量m=３６g，薄膜体积V＝m/ρ=３６÷１.２＝30cm3，薄膜面积S=１０×２０＝２００cm2，因此薄膜的厚度为d=V/S=30÷200=0.15cm。２．解析：（１）一滴油酸酒精容易中含有纯油酸的体积是V＝１××＝（２）油膜的面积S＝１×１１５＝１１５cm2（３）油膜的厚度即认为是油酸分子的直径d，则有：d＝m＝７.０×10－10 m。3．解析：铜的摩尔体积==７.2×10－6m3一个铜原子的体积为V0==１.２×10－２９m3把铜原子看成球体，则由公式V0＝d3可得铜原子直径为：d＝m＝2.8×10－10 m4．解析：在标准状况下氧气的摩尔体积是Vmol=，每个氧气分子所占立方体空间的体积为：每个分子处在所占立方体空间的中心，相邻两个分子间距离等于每个立方体空间的边长，即基础训练一、选择题 1．分子直径和分子的质量都很小，它们的数量级分别为（ ）A．B．C． D．2．构成物质的单元是多种多样的，它们不可能是（ ）A．分子（如有机物）B．原子（如金属）C．基本粒子（如电子、中子、原子）D．离子（如盐类）3．已知铜的密度为，原子量为64，通过估算可知铜中的每个铜原子所占的体积为( )A． B．C． D．4．从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数 ( )A．水的密度和水的摩尔质量B．水的摩尔质量和水分子的体积 C．水分子的体积和水分子的质量D．水分子的质量和水的摩尔质量5．某固体物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则每个分子的质量和单位体积内所含的分子数分别是( )A．NA／M ρNA／MB．M／NA MNA／ρC．NA／M M／ρNAD．M／NA ρNA／M6．阿伏加德罗常数是NA，铜的摩尔质量是M，铜的密度是ρ，则下列说法中错误的是( )A．1 m3铜所含的原子数目是ρNA/M B．1 kg铜所含的原子数目是ρNA C．1个铜原子的原子质量是M/NA D．1个铜原子占有体积是M/(NAρ) 7．体积为10－4 cm3的油滴，滴在水面上展开成单分子油膜，则油膜面积的数量级为 ( )A．108 cm2 B．106 cm2C．104 cm2 D．102 cm2 8．只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离( )A．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度C．阿伏加德罗常数，该气体的质量和体积D．该气体的密度、体积和摩尔质量二、填空题９．冰的摩尔质量为，冰的密度为，那么冰分子的直径大约为 。 １０．水的摩尔质量为，则水中含有的水分子的个数是 ，1个水分子的质量是 。１１． 由油滴实验测得油酸分子的直径为1.12×10-9m，已知油酸的密度为6.37×102kg/m3。油酸的摩尔质量为282g/mol，由此求得阿伏加德罗常数为 。 １２． 铁的密度是7。8×103kg/m3，有一小块铁的体积是5.7×10-8m3，这块铁中含有 个原子。 １３．某种气体摩尔质量用M表示，气体体积用V表示，分子数用n表示，分子体积用V0表示，阿伏加德罗常数用NA表示，现除了已知该气体的密度为ρ，还告诉了下列四组数据：A．M B．M， NA C．V， n D．V， V0要估算该气体分子间的平均距离，只要再知道一组数据即可，可行的办法是选 组数据（填字母代号）。１４．气体分子的直径为d＝2×10-10m，试估算标准状态下，相邻气体分子的平均距离L0与分子直径的比值为 (取两位有效数字)。 三、计算题１５．黄金的密度为19。3 g/cm3，摩尔质量为197 g/mol。求：(1)黄金分子的质量； (2)黄金分子的体积； (3) 黄金分子的半径。 7．1–1１６．在做“用油膜法测分子的大小”实验时，油酸酒精溶液的浓度为每104ml溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液有液滴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，在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图7．1–1所示，坐标中正方形小方格的边长为1cm，问：(1)油酸膜的面积是多少cm2?(此问可直接写出答案)(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少?(3)按以上数据，估测出油酸分子的直径是多少?１７．课题研究[课题] 纳米技术[目的] 通过收集、查询、讨论有关纳米技术的资料，了解纳米技术在现实生活中的作用以及对未来社会发展的影响，激发学生对新技术的兴趣和热情。[问题]1．知道纳米是长度单位，知道什么是纳米技术，纳米技术的研究对象是什么？2．纳米技术与扫描隧道显微镜。3．纳米技术在电子和通信方面的应用。4．纳米技术在医疗和生命科学方面的应用与展望。5．我国在纳米技术领域的研究状况和发展前景。[方法] 到图书馆查资料；上相关的网站查询；收集资料信息讨论交流。
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