各种物质是由什么组成的？
物质各种各样
部分中国古代的物质结构理论
“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”
（《庄子·天下》）

“至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”
（惠施）

“端，体之无厚而最前者也。”
（《墨经·经上》）
第一节 分子及其热运动
1.知识与能力
了解人们对物质组成认识额进程，知道物质是由大量的分子组成的。
知道用单分子油膜法测定分子的直径。
知道分子的球形模型，知道分子的直径数量级。
知道阿伏伽德罗常数的含义。
了解热运动是什么。
知道布朗运动，了解其原因和意义。
2. 过程与方法
通过实验和课件完成由感性到理性的认识，培养观察能力和分析能力。
利用课上的实验思想来研究复杂的分子热运动现象。
渗透物理学思想和研究方法。
3. 情感态度与价值观
有参与实验总结规律的热情，从而能更方便的解决实际问题。
让学生亲身感受到物理学习是一件非常愉悦的事情。
再次体会学以致用，结合身边的例子发现生活中的物理知识。
教学重难点
重点
学习和借鉴本节课的研究方法解决实际问题。
分子热运动的特点和规律。
难点
分子热运动的规律以及布朗运动的原因。
本 节 导 航
分子的大小
（油膜法测分子直径）
2. 阿伏伽德罗常数
3. 分子热运动
4. 布朗运动
1. 分子的大小
如何来测量分子直径？
众所周知，一个分子是非常小的，
以至于我们的肉眼是无法看到呢
那么我们怎样才能测量分子的直径呢？
那么让我们来看看，
物理学中是如何测量分子直径的吧，同学们一定要认真听讲，掌握这种物理思想。
硅表面硅原子的排列
（1）使用扫描隧道显微镜
（2）油膜法估测分子大小
下面让我们来重点学习一下油膜法测分子大小！！！
实验目的
1、了解油酸分子的结构特点。
2学会用油膜法估测分子直径的大小。
3、初步学会用统计的方法求物理量。
实验原理
油酸分子式为C17H33COOH。是一种结构较为复杂的高分子。油酸分子由两部分组成，一部分是 C17H33是不饱和烃具有憎水性。另一部分是COOH 对水有很强的亲和力。被酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸溶液会在水面上很快散开，其中酒精先溶于水，并很快挥发，最后在水面上形成一块纯油酸薄膜。
其中 C17H33部分冒出水面，另一部分COOH则浸在水中，油酸分子直立在水面上。形成一个单分子层油膜（如图）。如果那滴油酸体积可以算出。再测得单分子油膜的面积S。即可估算出油酸分子的直径（大小）d=V/S。
①一定浓度的酒精油酸溶液（1：200）
②铁架台 ③注射器
④注射用皮管 ⑤10ml量筒
⑥塑料水槽 ⑦ 30×30cm 玻璃
⑧坐标纸 ⑨彩笔
⑩ 痱子粉
实验器材
实验步骤
1、用注射器吸取10ml 1：200的油酸酒精溶液，用铁夹夹住后固定在铁架台上。用注射皮管作滴管，向小量筒内数数滴入5ml溶液，按一滴/秒的速度滴下。5ml约420滴左右。每滴含油酸体积
5ml/420 ×1/200≈0.00006ml
2、在塑料水槽中倒入适量的水，水面完全稳定后均匀的撒上痱子粉。
3、等粉完全静止后开始滴溶液。下滴点距水面约2至3cm左右为宜。过几分钟后油酸薄膜的形状趋于稳定。若不够大则在滴一滴。
4、把玻璃板盖在塑料盆上。用彩笔把油酸薄膜的形状勾勒在玻璃板上。
5、把画有油酸薄膜轮廓的玻璃复在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S（用四舍五入的方法统计有多少个1cm2的面积）。
6、根据每一滴油酸的体积Ｖ和薄膜的面积Ｓ即可算出油酸膜的厚度d＝V/S。即油酸分子直径的大小。（如图）
数量级：一些数据太大或很小,为了书写方便,习惯上用科学记数法写成10的乘方数,如 3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级, 1×10-10m和 9×10-10m，数量级都是 10-10m。
名词解释
实验结论
测量分子大小的方法很多，油膜法只是其中的一种。不同方法测得的分子大小可能不一样，但直径数量级是一样的，都是10-10m。（个别大分子除外）
分子直径的数量级是10-10m
水面上的单分子油膜的示意图
2. 阿伏伽德罗常数
NA=6.02× 1023mol-1
1mol任何物质包含的微粒数都是6.02 ×1023个。
106(一百万) 108(一亿) 1016(一亿亿) 1023（大量）
阿伏伽德罗常数是一个非常巨大的数字。
例如：1cm3水中含有3.35×1022个水分子。设想有一个人，每秒钟移去1万个水分子，要把这1cm3的水移完，将用1011年，即1000亿年，超过地球的年龄（45亿年）二十多倍！所以说，物体是由大量分子组成的。
[提问] 既然有了NA这样一个常数，那么同学们能否利用阿伏伽德罗常数来估算一个水分子的质量呢？
取1mol水研究，1mol水的质量（18g）在数值上等于水的分子量，而1mol水含有的分子个数就是NA个，可解得m0＝2.99×10－26kg。这样又得到了分子质量的数量级。同样的方法，利用水的密度，求解水的摩尔体积，再利用阿伏伽德罗常数还可以求解出一个水分子的体积。
以上计算单个分子质量、分子的体积（直径），都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。
3. 分子热运动
1.热运动：大量分子无规则的运动。
（分子的无规则运动跟温度有关）

2.分子动理论：物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；
分子之间存在着相互作用力。

3.扩散现象：不同的物质相互接触时彼此进入对方的现象。
（证明分子在做无规则运动。）
精彩源于发现
几种常见的扩散现象
香水分子的扩散
硫酸铜和水的扩散
实验：在盛有热水和冷水的烧杯中分别滴入一滴墨水，比较扩散的快慢。
影响扩散快慢的主要因素
实验表明：一切物体的分子都永不停息地做无规则运动。分子间存在间隙。 且温度越高，分子的无规则热运动就越明显，越剧烈。
演示：铅的分子力
分子间存在引力
分子间同时也存在斥力
物体内部分子不停地运动，为什么固体和液体中分子不会飞散开，总是聚合在一起？分子间存在间隙，为什么固体、液体很难被压缩呢？
当r=r0 引力 = 斥力
当r>r0 引力 > 斥力
当r当r>10r0 无作用力
动画：分子运动演示

4.布朗运动
布朗运动 ： 悬浮微粒不停地做无规则运动的现象。
其特点是：无规则；永不停息；粒子越小，现象越明显；温度越高，运动越快。
证明分子在不停地做无规则运动。
实验来证实一下
把墨汁用水稀释后取出一滴，放在显微镜下观察。
悬浮在液体中的小炭粒在不停地做着无规则运动，炭粒越小，现象越明显。
显微镜下看到的微粒
在显微镜下追踪一个小炭粒的运动，用直线把这些位置依次连接起来，就可得到如图所示的炭粒位置的连线，可以看出炭粒的运动是无规则的
动画：布朗运动
想一想
布朗运动产生的原因可能是什么？
液体或者气体由许多分子组成。分子不停得做着无规则的运动，不停地撞击着悬浮于其中的微粒。
当微粒足够小的时候，来自各个方向的分子的装机作用是不平衡的。这样就引起了微粒的布朗运动。
总之，分子永不停息的无规则运动时产生布朗运动的原因。
微粒的布朗运动并不是单个分子的运动，但是布朗运动的无规则性却反应了液体内部分子运动的无规则性。
小资料
嗅觉是人体感受气味的器官在接触气体分子后产生的感觉。人类嗅觉的敏感性和分辨能力都相当高。一般人可以辨别约一万种不同物质的气味。关于嗅觉，你还知道哪些呢？
课 堂 小 结
一种思路——油膜法测分子直径。利用宏观量求解微观量。
一种模型——分子看成球形。尽管科学已经十分发达，但仍然无法在课堂上将分子的具体外观展现给同学们，因为分子非常小，而分子的外观又非常的复杂。
一座桥梁——阿伏伽德罗常数。它是连接宏观量和微观量的桥梁。
动画：扩散
高 考 链 接
1.（1990年高考题）一下那组数据可以算出阿伏伽德罗常数（ ）
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体积
D: 注意，并不是所有的情况下都可以把分子看做小球来处理。
2.（88年高考题）在有关布朗运动的说法正确的是（ ）
A 液体的温度越低，布朗运动越显著
B 液体的温度越高，布朗运动越显著
C 悬浮颗粒越小，布朗运动越显著
D 悬浮颗粒越大，布朗运动越显著
B C：
课本基础知识记忆，当液体温度越高，液体分子热运动越剧烈，则布朗运动越明显；当悬浮颗粒越小时，受力越不平衡，则布朗运动越明显
3. （88年高考题）两分子甲乙之间相距较远，（此时，它们之间的分子力可以忽略）设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近，直到不能再靠近的整个过程中（ ）
A分子力总是对乙做正功
B乙总是克服分子力做功
C先是乙克服分子力做功，然后分子力对乙做正功
D先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功
D：
要搞清分子力做功的情况，首先必须明确
分子力的合力特点，由分子力动理论可以知道，
当分子间距离r>r0时，分子力表现为引力；
当分子间距离r=r0时，合力为零；
当分子间距离r1．下列现象中，最能恰当地说明分子间有相互作用力的是　　　 [　　　 ]
A.气体容易被压缩。
B.高压密闭的钢筒中的油从筒壁渗出。
C.两块纯净的铅压紧后合在一起。
D.滴入水中的墨汁微粒向不同方向运动。
2．钢铁和水都不易被压缩．主要原因是　　　　　　　 [　　　 ]A.分子间已没有空隙。B.分子时刻做着热运动。C.分子间没有引力。
D.分子间距减小时会出现很大的斥力。
课 堂 练 习
A
D
3. 分子直径的数量级是
10-10m
4. 设之间的距离是r，
当r=r0 引力 斥力
当r>r0 引力 斥力
当r 当r>10r0
<
>
=
无作用力
试从分子动理论的观点，说明物体三态（固态、液态、气态）为什么有不同的宏观特征？
固体分子间的距离非常小，分子之间的作用力很大，其分子只能在平衡位置附近作范围很小的无规则振动。因此，固体不但具有一定的体积，还具有一定的形状。
液体分子间的距离比较小，分子之间的作用力也相当大，但与固体分子相比，液体分子可以在平衡位置附近作范围较大的无规则振动，而且液体分子的平衡位置不是固定的，是在不断地移动．因而液体虽然具有一定的体积，却没有固定的形状。
气体分子间距离很大，彼此间的作用力极为微小，其分子除了在与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外可以认为不受其他作用力。因而气体分子总是作匀速直线运动，直到碰撞时才改变方向。所以气体没有一定的体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器。
教材习题答案
1.每个分子的直径数量级为10-10m，故大约需要1010个分子才能排到1m的长度。

2. 因为氧分子的摩尔质量是M=32g/mol,所以8g氧气的摩尔数是
n=m/M=0.25mol,
8克氧气中含有的氧气分子数
N=nNA=0.25×6.02× 1023=1.51 ×1023
3. 颗粒越小，来自液体分子的各个方向上的撞击机会相差就越多，撞击作用的不平衡性也就越显著，所以颗粒越小布朗运动就越明显。
4.因为布朗运动的原因在于液体的内部，是液体分子不断撞击悬浮在其中的微粒造成的结果。如果液体分子的运动时有规则的，例如在任何时刻所有分子都在向某个方向运动，则微粒也将在分子的撞击作用下向这个方向做定向移动，下一时刻也一起向另一个方向运动；如果两个时刻间隔很短，撞击作用非常频繁，微粒来自不同方向的撞击几乎平衡，也就不会再运动。因此就不会产生布朗运动了。