分子和气体性定律上海课件

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1、,分子和气体定律,三个要点：1物质有大量分子构成 2分子永不停息地运动 3分子之间存在相互作用 两个模型：一个是油膜法估测分子大小时，将分子简 化为精密排列的球形理想模型， 二个是计算时，将分子简化为精密排列的 立方体理想模型 （用来比喻分子间相互作用力的弹簧模型） 一个桥梁：阿伏伽德罗常熟是联系宏观与微观的一个重 要桥梁,一、物质的结构,古代：是一种哲学思想,现代：建立在严密的实验基础之上,我们通常所见的宏观物体，几乎都是由分子、原子或离子等微粒组成的。,简化处理: (1)把分子看成一个个小球; (2) 油分子一个紧挨一个整齐排列; (3)认为油膜厚度等于分子直径.,二、分子大小,若已知一滴

2、油的体积V和水面上油膜面积S, 那么这种油分子的直径为d= V/ S.,1.油膜法,实验原理:将油滴到水面上，油会在水面上散开，几乎形成单分子油膜（分子不重叠，油膜面积最大，厚度最小） 。如果把分子看成是球形的，那么单分子油膜的厚度就可被认为等于油分子的直径。,操作步骤：油酸稀释滴入量筒取体积撒石膏粉（或痱子粉）滴入酒精溶解取膜面积计算,即学即用1：把体积为1mm3的石油滴在水面上，形成面积为为3m2的单分子油膜，试估算石油分子的直径。,思考：利用实验室的一般器皿怎样做实验 ？,思考：怎样计算面积？,即学即用2：将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液。已知1cm3溶液有50滴

3、，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。,说明：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。如水分子直径是410-10m, 氢分子直径是2.310-10m ,钨原子直径是210-10m.,2分子直径数量级：除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m。,三、阿伏加德罗常数,1.意义：,1mol任何物质中含有的微粒数(包括原子数,分子 数,离子数）都相同,此数叫阿伏伽德罗常数, 可用符号NA表示此常数.,2.值数:,1986年X射线法 NA=6.0221

4、3671023mol-1 . 一般计算时记作6.021023mol-1,粗略的计算可用61023mol-1 .,物质有大量分子组成,摩尔质量（M） 摩尔体积（V） 密度 （）,分子质量（m） 分子体积（v） 直径（d）,3分子大小和质量的计算,阿伏加德罗常数,可见阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁,即学即用3：下列叙述中正确的是：（ ） A. 1cm3的氧气中所含有的氧分子数为6.021023个 B. 1克氧气中所含有的氧分子数为6 .02 1023个； C. 1升氧气中含氧分子数是6 .02 1023个； D. 1摩尔氧气中所含有的氧分子数是6 .02 1023个,D,学生反馈课前计算

5、结果：,即学即用4：已知摩尔质量M或摩尔体积V和密度，求分子质量、分子体积和分子的直径。,分子直径为：如分子为球模型 如分子为立方体,即学即用5:已知氢气的摩尔质量2103kg/mol，水的摩尔质量是1.810- 2kg/mol，计算1个氢分子和水分子的质量。,除了包含几千个原子的有机分子外，一般分子的质量都很小,一、扩散现象,1.不同物质相互接触时彼此 进入对方的现象,2.扩散快慢与温度有关,3.在气体、液体、固体中都能发生,4.直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动,二、布朗运动,1.悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运动,它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显

6、微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的,2.颗粒越小，现象越明显；温度越高，运动越剧烈,3.悬浮在气体中的固体微粒也能产生布朗运动,4.布朗运动是固体微粒受周围液体(气体)分子撞击的结果，不是分子的无规则运动，但它反映了液体（气体）分子永不停息地做无规则运动,三、热运动,1扩散现象和布朗运动都随温度的升高而越明显表明分子的无规则运动跟温度有关 2分子的无规则运动叫做热运动温度越高，分子的热运动越激烈.,人们通过什么现象或实验发现分子之间有相互作用 ？,1.分子间存在相互作用的引力 2.分子间存在相互作用的斥力 3.分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力（分子力）,

7、分子间距离大于109m时，分子之间的作用力已经变得十分微弱，可以忽略不计了,固体和液体很难被压缩,演示：,分子速率分布的统计规律 气体的大多数分子，其速率都在某个数值附近，离开这个数值越远，分子数越少。,课前准备： 复习： 1.初中学过的： （1）体积单位的换算 （2）温度和温标（物理意义、摄氏温标的定标规定、温度测量）。 （3）压强的公式（p=F/S、p=gh）、连通器、大气压（大气压的数值）。 2.力学解题的第一大程序：确定对象受力分析 预习： 课本p80热力学温标,重点突破：压强计算,1.学生在初中已经学过热力学温度和摄氏温度，对这两个温度并不陌生。教学时需要注意的是，根据国家技术监督局

8、1994年发布的国家标准量和单位中的规定，热力学温度和摄氏温度都是法定单位，但摄氏温度是在热力学温度的基础上的导出单位，即t=T-T0，式中的T0定义为等于273.15K。因此，摄氏温度不再使用过去的定义.,补充说明：,2.气体的体积是指气体分子所能达到的空间的体积，密闭容器中气体的体积等于容器的容积.,3.压强的国际制单位是帕斯卡。实际中还常常用到“标准大气压”和“厘米汞柱”，而这两个单位不是法定单位，要求学生必要时会进行换算.,即学即用1：下列说法正确的是( D ) A.一定质量的气体的体积是不变的 B.气体的体积等于所有气体分子的体积之和 C.气体的温度升高，所有气体分子热运动的速率都增

9、大 D.封闭容器内气体对各个方向的压强大小相等,即学即用2：下列关于温度的一些叙述，不正确的是( A ) A.理论上讲温度可以低于0K，技术上尚未实现 B.温度是表示物体冷热程度的物理量 C.气体温度的高低取决于气体分子无规则运动的剧烈程度 D.温度可以用摄氏温标表示，也可以用热力学温标表示,正确地确定气体的压强，往往是应用气体定律或状态方程解决问题的关键，应该要求学生会根据气体所处的外部条件计算气体压强。,课堂讨论1：汞压强计读数原理,计算用液体封闭在静止容器中的气体压强时，需注意应用连通器原理（同种液体在同一水平液面压强相等 ）,选取一小液片处于平衡状态的得出.,（一）用液体封闭在静止容器

10、中气体的压强,课堂练习1：试写出图中各装置中气体A的压强（设大气压为p0）,(1)pA=_；(2)pA=_；(3)pA=_； (4)pA=_；(5)pA=_；(6)pA=_.,一般选低的小液片为对象,课堂讨论2：如图A、B、C中，活塞质量为m，横截面积为S，垂直于活塞平面的作用力大小为F，大气压强为po，各物理量单位均为国际单位制的单位，不计活塞于气缸间的摩擦，则被封闭气体压强pA ；pB ；pC 。,计算用活塞封闭在静止容器中的气体压强时，选用气体与大气接触的活塞进行受力分析，根据物体平衡条件列方程求解,（二）用活塞封闭在静止容器中气体的压强,课堂讨论3：一圆形气缸静置于地面，如图所示，气缸

11、筒的质量为M，活塞的质量为m，活塞面积为s大气压强为p0，现将活塞缓慢上提，求气缸刚离开地面时气缸内气体的压强。(忽略摩擦),计算用活塞封闭在静止容器中的气体压强时，选用气体与大气接触的气缸进行受力分析，根据物体平衡条件列方程求解.,课堂讨论4：如图所示，两个气缸A和B被活塞各封住一部分气体，活塞面积比SA:SB=2:1，气缸A内气体压强PA=10atm（标），外界为一个标准大气压，则气缸B中气体压强PB= 个标准大气压（摩擦不计）。,注意是力的平衡,课堂讨论5：1679年法国物理学家帕平发明了高压锅，锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅体镶嵌旋紧，加上锅盖与锅体之间有橡皮制的密封圈，所以锅盖与锅体之

12、间不会漏气，在锅盖中间有一排气孔，上面再套上类似砝码的限压阀，将排气孔堵住.当加热高压锅，锅内气体压强增加到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，这时蒸汽就从排气孔向外排出. 若已知某高压锅的限压阀质量为0.06kg，排气孔直径为0.3cm，则锅内气体的压强最大可达多少? (取大气压强p0=10Pa),p=1.83105Pa.,此类问题解法的实质，就是将求解气体的压强问题，转化为力学平衡问题处理,一般解题思路： 1确定研究对象：气体与大气的连接物 2进行正确的受力分析 3根据规律列方程，例如平衡条件、牛顿定律等 4解方程并对结果进行必要的讨论,课后作业1：在下列各图中，封闭气体的压强分别是多 少

13、cmHg？（po76cmHg，水银柱长L17cm）,课后作业2：计算图中各种情况下，被封闭气体的压强。（标准大气压强P0=76cmHg，图中液体为水银）,课后作业3：四个长方体容器中被光滑的活塞封闭一定质量的气体。如图所示，M为重物质量，F是外力，P0为大气压，S为活塞面积，G为活塞重，则压强各为多少？,提高1：如图所示，在以加速度a运动的小车上，用质量为m的活塞将气体封闭在气缸内，外界大气压强为po，活塞横截面积为S，求气体的压强p。（不计活塞与气缸间的摩擦）。,研究容器加速运动时的封闭气体压强，选用气体与大气接触的液柱、活塞等连接物为研究对象，受力分析，利用牛顿第二定律解出。,提高2：如图

14、所示，有一段12cm长的汞柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体，若开口向上将玻璃管放置在倾角为30o的光滑斜面上，在下滑过程中被封闭气体的压强为（大气压强po76cmHg）,此类问题解法的实质，就是将求解气体的压强问题，转化为牛顿第二定律问题处理,课前准备： 复习： 1.回顾探究牛顿第二定律过程：先m一定，aF；再 F一定，a1/m；最后aF/m，选择国际单位，得 到a=F/m. 2.物理规律如何描述？ 3.正比例函数、反比例函数、一次函数,重点突破：确定对象（一定质量的气体、气体与大气的连接物）、确定初末状态。,一定质量气体在压强、温度、体积不变时，气体处于一定的状态，如果三个参量中有两个参

15、量发生改变，或者三个参量都发生了变化，我们就说气体的状态发生了改变，只有一个参量发生改变而其它参量不变的情况是不会发生的。,二、气体状态,在物理学中，要用体积、温度、压强等物理量来描述气体的状态，一开始就探究体积、温度、压强 变化的关系，好吗？怎么办？,温度不变,控制变量,气体质量一定,体积不变,压强不变,等温变化,等容变化,等压变化,一、气体等温变化的规律玻意耳定律,1.文字：一定质量的气体在温度不变时，它的压强与体积成反比 或它的压强跟体积的乘积是不变的。,2.公式式： 或写成P1V1=p2V2,3.图像（等温线 ）：在直角坐标系中，用横轴表示体积V，纵轴表示压强P。一定质量的气体做等温变

16、化时，压强与体积的关系图线在P-V图上是一条双曲线。若一定质量的同种气体第一次做等温变化时温度是T1，第二次做等温变化时温度是T2，温度越高，等温线离坐标轴越远，T2T1。如果采用P-1/V坐标轴，不同温度下的等温线是过原点的斜率不同的直线， T2T1.,思考：怎样保证气体的质量是一定？ 怎样保证气体的温度是不变？,1.定性：,演示：,结论：体积减小，压强增大；反之，压强减小,猜想：一定质量的气体温度不变时，压强与体积 的关系，并画出函数图象,2.定量,实验仪器：压强传感器，数据采集器、电脑、注射器,注意事项： 保证气体的质量一定、保证气体的温度不变,验证猜想：DIS实验,探究：计算p、V乘积，得出玻意耳定律文字表述二,讨论：DI