分子热运动

编辑: 逍遥路 关键词: 高二 来源: 高中学习网
第十一章 分子热运动 能量守恒

我们通常把中学物理知识分为五大块:力学、热学、电磁学、光学和原子物理。随着第十章的结束,我们就完成了力学的新课学习。热学包括第十一、第十二两章内容,从知识份量上来,远远少于力学。事实上,中学热学知识的深度也远远小于力学,如果把大学(普通)物理的深度比做十分,中学的力学可能已经到了五至六分,而热学则不到一分,可以说只是了解一些皮毛而已。这是因为热学的研究需要深入微观空间,不象力学一样直观、表象,所以要常常用到一些特殊的方法,涉及的数学工具也比较深奥。这就意味着,知识内容虽少,理解的难度依然存在,不能认为就很轻松。在学习方向方面,我们不是重在定量的训练(过去的教材中关于气体知识的运算量较大,从本届起也砍掉了),而是要定性地建立一些有用的观念(如守恒的观念、统计的观念、熵增大的观念等),为高一级学校的学习做好思想方面的准备。
从两个章节的授课安排来看,下一章主要是阅读知识,相对的重点落在第十一章。
第十一章分三个单元:分子动理论(第1 ~ 3节)、内能介绍(第4节)、热力学两个定律(第5、6、7节)。
热学的知识和其它领域相对独立,但仍然和我们的生产生活、科学技术密切相关,希望大家给予一定的重视。

§11~1 物体是由大量分子组成的

【目的】
1、知道物体是由大量分子组成的,知道分子的模型、大小、质量
2、知道用油膜法测定分子大小的原理
3、理解阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁,并会用阿伏加德罗常数进行相关的计算
【重点】
知道物体是由大量分子组成的,知道分子的模型、大小、质量
【教学难点】
结合阿伏加德罗常数对分子大小、质量进行计算时,分子的排列模式处理(是球形还是立方体)
【教具】
投影仪、扫描隧道显微镜拍摄的石墨照片、电子显微镜拍摄的硅原子照片
【教学过程】
○、引入
看到今天的标题,我们就会想到化学中关于物质组成的知识。事实上,今天的课差不多就是这部分知识的复习,只是某些素材和研究的途径略有不同。
一、分子的大小
人们在认识物质组成方面的历史,我们已经知道得比较多了,这里不在赘述。
设问:什么是分子?
学生:分子是物质保持化学性质的最小单位,它可以包括单个或多个原子。
我们下面从物理学的角度介绍一下人们认识分子组成的典型事实——
1、相关事实
扫描隧道显微镜观察(教材彩图2)→根据放大率反推分子大小
*电子显微镜(照片)→根据放大率反推分子大小
单分子油膜法
a、原理…,以油酸分子呈立方体排列“估算”→关系:d =
b、操作:油酸→稀释→滴入→酒精溶解→撒石膏粉(或痱子粉)取膜→面积计算
例题:将1cm3的油酸溶于酒精,制成200cm3的的油酸酒精溶液。已知1cm3溶液有50滴,现取其1滴,将它滴在水面上,随着酒精溶于水,油酸在水面上形成一单分子薄层。现已测得这个薄层的面积为0.2m2 ,试由此估算油酸分子的直径。
解:d = = = 5×10-10 m
答:略。
用不同的途径测量,发现不同的分子,其大小虽然各不相同,但它们的数量级是相同的——
2、分子的大小:10-10 m数量级
10-10 m在波动光学中也称之为1埃( ),它是纳米的十分之一。
过渡:分子的线度是如此之小,那么组成物体的分子个数必然是巨大的。分子的线度和组成物体的分子个数除了实验测量之外,还有没有理论的方法寻求呢?
二、阿伏加德罗常数
(化学知识复习)一摩尔的任何物质都含有相同的…
1、阿伏加德罗常数:1mol的任何物质所含的粒子数,即:NA = 6.02×1023 mol-1(精确值为6.0221367×1023 mol-1)
显然,有了阿伏加德罗常数、摩尔质量,我们就能将宏观量和微观量联系起来进行计算。阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的重要纽带。
2、分子大小和质量的计算
当然,在计算方面,除了重复化学科目已经做过的一些处理外,还有一个分子怎么排布的问题。有关这方面的详细知识,在下一章会具体介绍。今天,我们会用到一些相对“模糊”的处理。具体怎么个模糊法,看下面的例题——
例题:已知金刚石的密度ρ= 3.5×103 kg/m3 ,碳的摩尔质量为12×10-3 kg/mol。现有一块体积V = 5.7×10-8 m3的金刚石,它含有多少个碳原子?如果认为碳原子是紧密地排列在一起的,试求碳原子的直径。
解:第一问很常规,属化学知识复习。
N = n NA = NA = = ×6.02×1023 = 1.00×1022
解第二问,可以先求每个碳原子所占据的空间
v = = = = = = 5.70×10-30 m3
如果认为碳原子呈立方体排列,碳原子的直径d = = 1.79×10-10 m
如果认为碳原子呈球形排列,则 v = π( )3 ,故,碳原子的直径d = = 2.22×10-10 m
这两种算法导致的结果差异较大,第二种看起来似乎更精确,但只要稍做思考,就会发现这样的问题:如果把每个分子所占的空间作为每个分子的体积,那么,分子之间的间隙不是不存在了吗?。所以,第一种算法事实上更为符合事实。
从本题的第一问可以看到,57mm3的钻石(相当于钻戒上的一颗小钻石)所含的碳原子居然有1022个!这个数字是庞大的,也就是说,物体是由大量分子组成的。建立起这样的观念非常重要。
第二问则告诉我们,遇到分子间距和质量的问题,除了化学的知识复习之外,还要进行物理的思考…
三、小结
本节我们学习了两部分内容…。知识的重点还在对化学知识的复习,建立起“物体是由大量分子组成的”这样的观念。在分子的排布方面,我们可以相机行事,具体问题具体分析。分子所占的空间和分子本身的大小是有差距的,这样的情形在气体中将会更加明显。
四、作业布置
教材P71第(1)(2)(3)(4)题,上作业本
《优化设计》P58第1、2、3、4、5、6题,做在书上
【板书设计】
注意“教学过程”的灰色部分,即是板书计划。
【教后感】
分量非常合适,计划贯彻也很到位。主要还是备课细致,每个环节都想到了。具体教学的过程中,非常理智,语言都差不多按教案设计的内容“发言”,完全没有随意性。
要说缺点,教学过程平淡了一些,差了一点激情。
此外,关于分子排布和分子之间有间隙的问题,没有作业题照应,巩固就成了问题。

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