第一章 分子动理论

第一章分子动理论主体探究与意义建构意义学习本章内容是在分子是构成物质的基本微粒的前提下，通过引入分子模型，利用阿佛加德罗常数的桥梁作用，在实验的基础上研究分子线度、分子运动和分子间相互作用的特点，较完整的展现了分子动理论。

并且利用统计思想结合分子动理论探究气体分子的运动特点和气体压强的微观解释，还把微观分子的运动和宏观物理量－温度联系了起来，从能量的观点研究分子运动过程中具有的势能和动能，引入了物体内能的概念并介绍改变物体内能的方式。

本章的重点是分子线度的估算、分子运动和分子间相互作用力的特点、分子势能和分子平均动能的物理意义以及它们与物体内能的关系。

高考聚焦本章内容为选考内容，能力层次要求较低，单分子油膜法测分子直径中的估算问题和从能量守恒的角度分析物体内能的变化是高考的重点问题。

课题探究1.在白色的墙壁角落堆放煤炭，经过一段时间后把煤炭运走后发现不仅墙壁的外层被染成了黑色，而且用铲子铲开墙壁，发现里面也出现了许多黑色的炭粒，你能解释这是为什么吗？提示：根据分子运动和分子间有间隙来分析。

2.冬天容易发生流行性感冒，为了预防感冒的蔓延，人们可以在人群聚集的地方通过加热食醋的方法来杀灭流感病毒，如果不加热食醋而只是把打开瓶口能不能收到相同的效果？提示：根据分子运动随温度是升高而变的剧烈来分析。

3.如果给你一段长约50cm的金属丝，你能想办法让它的温度升高吗？提示：根据内能改变的两种方式：做功和热传递来分析。

创新学习法1.引入分子模型后，在实验的基础上，结合大量生活实例研究分子的大小、分子的运动和分子间的相互作用力，形成完整的分子动理论，能够加深理解，体会物理实验的重要性以及物理知识与日常生活的密切联系。

2.结合生活中的实例，介绍统计观点和统计规律，并在此基础上分析气体分子运动的特点和气体压强产生的微观原理，掌握科学研究的方法并进行简单应用。

3.利用类比的方法研究分子势能和分子动能，把新知识与原有知识体系融合，并比较内能和机械能的异同，加深对新知识的理解。

第一节分子动理论的基本观点教材分析与教学建议【三维目标】知识与技能1.认识分子动理论的观点，知道其实验依据。

知道阿佛加德罗常数的意义。

2.通过多布朗运动的观察和分析，了解分子热运动。

3.知道分子间存在引力和斥力及其特点。

过程与方法1.通过估测油酸分子大小，体会建立物理模型和估测方法在研究物理问题中的应用。

2.通过对布朗运动产生原因的探寻，体会如何根据物理现象寻找规律。

情感态度与价值观1.通过对微观世界一些知识的了解，引发学生的好奇心与求知欲，激发学生学习的热情。

2.通过利用所学的知识解释日常生活中的现象，培养学生学以致用的习惯。

【重点难点】重点和难点：1.单分子油膜法测定分子的大小在进行单分子油膜法测定分子的大小的实验前，首先要建立分子模型－球形，把分子看成规则的球体是分子动理论中对分子的简化模型，这一点需要引起学生的重视。

然后，介绍实验的原理并引导学生讨论实验的步骤和数据处理方法，特别要注意阿佛加德罗常数的桥梁作用。

2布朗运动与分子运动的关系关于布朗运动学习，需要在复习、观察扩散运动的基础上，实际观察布朗运动的特点，讨论、解释布朗运动的形成原因，进而再分析布朗运动与分子运动的关系，突出分析运动的特点及差别，加深学生的理解。

【课时建议】新授课1课时【情境设计】大家都有这样的生活经验：在我们的教室中打开一瓶香水，经过一段时间，教室的每个角落都能闻到清新的香味，让大家心旷神怡；在一杯水中滴入几滴红墨水，很快整个杯子中的水都变成了红色；一支普通的粉笔我们需要很大的力才能把它拉断，同样它也很难被压缩。

问题导引：你能利用自己所学的知识解释这些现象吗？点拨提示：对于前两种现象学生很容易想到挥发和扩散现象，在此基础上再引导学生思考挥发和扩散的实质，把新知识与学生原有的知识基础联系起来；而粉笔难以被拉断和压缩，学生利用已有的知识很难解决，激发学生的学习兴趣和探究热情。

【资料备选】认识分子（1）假说是研究问题的一种方法：在科学研究中，对现象进行猜测并提出假说，是一种重要的研究方法，它是科学理论的初级形式。

当假说能被实验所证实，就可转化为正确的理论。

英国科学家牛顿曾经说过，“没有大胆的猜测，就不会有伟大的发现”。

（2）什么是分子？最初认识分子是在对物质的结构、性质的研究过程中，提出的一个概念，究竟是什么意思呢？例析：一铁棒，可以锯为两段，再分为四段，甚至用锉刀锉为细铁屑，当它分到最小时，仍能保持铁的化学特性，这最小的粒子就叫铁分子（单原子分子）；再如水，一水库、一桶水、一滴水，虽然多少相差很大，但都具有相同的化学性质，直至分到仍能保持它的化学性质的最小粒子，就叫水分子。

蔗糖，也可以分得很小很小，若失去了糖的甜的性质，就不具备蔗糖的化学性质了，这一小粒子就不能称为分子。

所以：把这种组成物质仍能保持其化学性质不变的最小微粒叫分子。

注意：①要保持化学性质；②是最小的微粒。

（3）认识分子，分子既然是保持化学性质的最小微粒，应该说物质中的分子数目是非常多的，如1厘米３水中有3.35×1022个分子。

曾有人算过，假如把这么多数目的砖快在地球表面上其厚度竟达120千米左右。

由于分子体积十分小，一般都当作球体来看，它的直径只有几个埃（1埃＝10-10米）。

自主学习与问题发现【阅读与积累】阅读课本P2~P9页的内容，梳理知识，完成填空[问题与思考]我们知道固体和液体很难压缩，而气体的体积却很容易改变，你知道为什么吗？ 提示：固体、液体分子排列紧密，分子间距离稍微变小时，分子斥力迅速增加；而气体分子间距离比其本身的限度大的多，除碰撞瞬间外，分子力可以不计。

合作学习与问题探究【重点·难点·疑点】1.如何解决利用阿佛加德罗常数进行的估算问题？解答：阿佛加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。

在此所指的微观物理量有：分子的体积v 、分子直径d 、分子质量m ；宏观物理量为：物质的体积V 、摩尔体积V mol 、物质的质量M 、摩尔质量M mol 、物质的密度ρ。

在利用阿佛加德罗常数进行估算时，一是要正确选用公式，二是要注意建立恰当的物理模型。

（1）计算分子的质量：Amol A mol N V N M m ρ== （2）计算分子的体积：Amol A mol N M N V v ρ== 分子直径：36πv d =（球状模型）；3v d =（立方体模型）（3）计算物质所含的分子数A molA mol N V V N M M n ⋅=⋅= 名师讲析：建立物理模型是解答有关分子的估算问题的前提。

建立物理模型是指建立分子模型与分子结构模型，一般将分子看成是规则的球形，对于固体和液体，可认为分子是紧密排列的；对于气体，可认为它在一个球形或正立方体形的空间活动，气体分子在此空间的中心处，此空间为分子占有的体积，远远大于分子的体积，因此对于气体，一般是估测分子间的平均距离。

2.布朗运动和分子运动有什么关系和区别？解答：（1）布朗运动不是分子运动。

布朗运动指的是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，用肉眼无法观察，用显微镜观察能够观察到。

（2）布朗运动能够泛用分子的运动。

布朗运动的成因是由于液体分子的频繁碰撞而产生的，固体颗粒的体积越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显，说明液体分子的运动越剧烈，因此分子运动又称为热运动。

名师讲析：区分布朗运动与分子运动的关系，就是要明确：布朗运动不是分子运动但能反映了分子运动，分子运动又是布朗运动的成因。

3.分子间的相互作用力有何特点？解答：分子间同时存在着相互作用的斥力与引力，而且斥力和引力都是随着分子间距离的增大而减小，随着分子间距离的减小而增加，斥力变化的比引力快；分子间的相互作用力又是一个短程力，当分子间的距离超过10-9m 时，分子间的相互作用力可以忽略不计。

分子力指的是分子间相互作用的斥力和引力之和，当分子间的距离等于平衡距离r 0（10-10m ）时，斥力和引力大小相等，分子力f =0；当分子间的距离r>r 0时，引力大于斥力，分子力表现为引力；当分子间的距离r<r 0时，斥力大于引力，分子力表现为斥力。

分子力随分子间距离变化力的关系可用图像表示，如图1-1-1所示。

名师讲析：对于分子间相互作用力的理解需要从以下几个方面（1）分子间斥力、引力同时存在，随分子间距离的变化趋势一致（2）分子力指的是分子间相互作用的斥力和引力的合力（3）分子力是短程力。

4.用单分子油膜法测量分子的大小的实验中，如何处理数据？解答：实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。

油酸分子都是直立在水面上的，单分子油膜的厚度即等于油酸分子的直径。

根据配制的酒精油酸溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积Ｖ，测出这滴溶液形成的薄膜面积S ，即可算出油酸薄膜的厚度d =V /S 。

名师讲析：计算油酸的体积时一定要注意油酸酒精溶液的浓度，而对于油膜面积的计算其步骤为：①待油酸薄膜的形状稳定后，将事先准备好的有机玻璃板放在浅盘上，然后将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃上。

②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l 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）。

思维激活【新理念典型探究】题型1.用阿佛加德罗常数计算宏观量与微观量例题1.（教材习题变式）】已知铜的密度为8.9×103 kg/m 3，铜的原子量为64，质子和中子的质量均约为1.67×10－27 kg ，则铜块中平均每个铜原子所占的空间体积约为________m 3。

审题指导：审题时要分析题目给的已知量和待求量：题目中告诉了铜的密度和铜的摩尔质量，要求的是一个铜原子的体积，而我们认为固体、液体的分子排列是紧密的，所以根据Amol A mol N M N V v ρ==就可以计算铜原子的体积了。

题目中给出的质子、中子质量是干扰条件。

解答：每mol 铜质量是64 g ，每mol 体积是V 0=33109.81064⨯⨯=-ρM ，每个铜原子的体积v =AN V 0=1.2×10－29 m 3。

答案：1.2×10－29 m 3。

方法点拨：根据宏观量计算微观量或根据微观量计算宏观量，都是阿佛加德罗常数的桥梁作用来实现的，所以对于阿佛加德罗常数的物理意义需要深刻理解。

1-1-1图变式迁移1. 已知水的密度ρ= 1.0×103kg/m 3，水的摩尔质量M = 1.8×10-2 kg/mol ．求（结果保留两位有效数字）：（1）l cm 3的水中有多少个水分子．（2）估算一下水分子的直径多大．答案：（1）3.3×1022个（2）4.2×10－10m点拨：注意计算过程中阿佛加德罗常数的应用和有效数字的保留。