高中物理用油膜法估测分子的大小、温度和内能学案新人教版选修.doc

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用油膜法估测分子的大小、温度和内能
【学习目标】
1、知道温度和温标的概念；
2、学会用油膜法估测分子的大小；明确分子动能、分子势能和内能的含义。 （重点）
【知识要点】
一、用油膜法估测分子的大小
1．实验原理
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．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，并很快挥发，在水面上形成如图所示形状的一层纯油 酸薄膜．如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即
可算出油酸分子的大小．用 V 表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，
用 S 表示单分子油膜的面积，用 d 表示分子的直径，如下图，则：d＝
2．实验器材：配制好的油酸酒精溶
液、浅盘、痱子粉(或石膏粉)、注射 器(或滴管)、量筒、玻璃板、彩笔、
坐标纸．
3．实验步骤：
（1）取 1 毫升(1 cm3)的油酸溶于酒
精中，制成 200 毫升的油酸酒精溶液．
（2）用滴管(或注射器)向量筒中滴入 n 滴配制好的油酸酒精溶液，使这些
溶液的体积恰好为 1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积 V0＝ mL.
（3）往边长约为 30～40 cm 的浅盘里倒入约 2 cm 深的水，然后将痱子粉
或石膏粉均匀地撒在水面上．
（4）用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就
在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．
（5）待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔
将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．
（6） 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．
（7）据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V，代入公式

d = V 算出油酸薄膜的厚度即油酸分子的直径。比较算出的分子直径，看
S
数量级（单位为 m）是否为 10-10，若不是 10-10 需重做实验。
4．注意事项
（1）实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净，实验时，吸取油酸、酒
精和溶液的移液管要分别专用，不能混用．否则会增大实验误差．
（2）痱子粉和油酸的用量都不可太大，在水面撒痱子粉后，再不要触动
盘中的水．
（3）浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，等待一段时间
待油膜稳定后画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．

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（4）利用坐标纸求油膜面积时，以边长 1 cm 的正方形为单位，计算轮廓
内正方形的个数，不足半格的舍去，多于半格的算一个．
二、温度和温标
1．温度
温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上表示分子的平均动能．
2．两种温标
(1)比较摄氏温标和热力学温标：两种温标温度的零点不同，同一温度两 种温标表示的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大 小相同，Dt＝DT.
(2)关系：T＝t＋273.15 K.
①热力学温度的零值是低温极限，永远达不到，即热力学温度无负值． ②温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义．
三、物体的内能及其变化
1．分子的平均动能
(1)定义：物体内所有分子动能的 ．
(2)决定因素：仅与物体的 有关，而与其他任何量无关系．
(3)一个分子的热运动的动能是没有意义的。温度代表着大量分子热运动 的平均动能，但这并不意味着温度高每个分子热运动的动能都会大；温度
升高只说明大多数分子的动能增大了，有少数分子的动能会减少。
(4)同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分
子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同。
2．分子势能
(1)概念：由分子间的相互作用和 决定的能量．
(2)分子势能大小的相关因素
①微观上：分子势能的大小与 有关．
②宏观上：与物体的 有关．大多数物体是 越大，分子势能
越大，也有少数物体(如冰、铸铁等)， 变大，分子势能反而变小．
（3）分子力做功与分子势能的关系
分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。具体
与分子间距离的关系为： （分子势能曲线如图所示）
①当 r＞r0 时，分子力表现为引力，随着 r 的增大，分子引力做负功，
分子势能增大；
②当 r＜r0 时，分子力表现为斥力，随着 r 的减小，分子斥力做负功，
分子势能增大；
③当 r＝r0 时，分子势能最小，但不一定为零，若选两分子相距无穷远
时分子势能为零．则 r＝r0 处分子势能为负值．
3．物体的内能
(1)定义：物体内所有分子的 和 的总和．
(2)决定因素

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①微观上：分子动能、分子势能、 ．
②宏观上： 、 、物质的量(摩尔数)．
（3）对内能的理解
分子的热运动对应内能，由于分子在做永不停息的无规则运动，故
物体的内能永远不等于零。气体分子间的作用力为零，故气体无分子势能。
机械运动对应机械能，机械能可以为零。机械能和内能完全无关，
因为它们的决定因素不同。不能说机械能或速度越大，内能就越大等。
【典型例题】
例 1. 在做用油膜法估测分子大小的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为
每 104 mL 溶液中有 6 mL 油酸，用注射器测得 1 mL 上述溶液有 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
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
如上图所示，坐标中正方形方格的边长为 1 cm，试求：
(1)油酸膜的面积是多少 cm2? (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积
是多少？ (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径．
例 2.气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的
状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的( )
A．温度和体积 B．体积和压强 C．温度和压强 D．压强和温度
例 3、分子甲固定，分子乙从无穷远处以动能 EK 向分子甲运动，直到不能
再靠近为止。其分子势能 EP 随距离 r 变化如图所示，则两分子在逐渐靠近
至 d 的过程中，分子乙的动能 （选填"先增大后减小"、
" 先减小后增大"或"保持不变"）
，在 d 点时，两分子间的作用力为
（选填"引力"、" 斥 力"或"零"） ．
【针对训练】
1．利用单分子油膜法估测分子的直径，需要测量的物理量是( )
A．一滴油的体积和它的密度
B．一滴油的体积和它散成油膜的最大面积
C．一滴油的质量和它的密度 D．一滴油形成油膜的厚度和它的密度
2．相同质量的 0℃的水与 0℃的冰相比较 ( )
A．它们的分子平均动能相等 B．水的分子势能比冰的分子势能大
C．水的分子势能比冰的分子势能小 D．水的内能比冰的内能多
3．若已知分子势能增大，则在这个过程中 ( )
A．一定克服分子力做功 B．分子力一定减少
C．分子间距离的变化情况无法确定 D．以上说法都不正确
4．如图，甲分子固定在坐标原点 O，乙分子沿 x 轴运动，两分子间的分子
势能 Ep 与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示．图中分子势能的最
小值为－E0，若两分子所具有的总能量为 0，则下列说法中正确的是( )
A．乙分子在 P 点(x＝x2)时，加速度最大
B．乙分子在 P 点(x＝x2)时，其动能为 E0
C．乙分子在 Q 点(x＝x1)时，处于平衡状态
D．乙分子的运动范围为 x³x1
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