第一章 分子动理论 第一节 物质是由大量分子组成的 粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册 图中硅原子的直径约为 ????.????????×?????????????????m ? 一、分子的大小 【理论·探究】 组成物质的分子很小，不仅用肉眼无法看 到它们，而且用高倍的光学显微镜也观察 不到。 如图是用扫描隧道显微镜拍摄的硅晶 体表面的原子排列图。 一般来说，不同物质分子直径大小不 同，通常是?????????????????m的数量级，也有一 些塑料、合成纤维等高分子化合物， 其分子直径的数量级可达到????????????????? ? 油酸分子中较大的“头部”不溶于水，而很小的“尾巴” 对水有很强的亲和力。因此，油酸分子在水中会竖起来， “头部”露出水面，而“尾巴”则留在水中。 分子如此小，能否通过简单的实验来估测它的大小呢? 根据油酸分子的特性，人们巧妙地设计了油膜法 实验来粗略测量分子的直径。当我们将油酸滴在 水面上时，密度较小的油酸会在水面散开，形成 极薄的一层油膜。 若水面足够大，油膜展开得足够充分，则油酸分子就会一个挨一个整齐地紧密排列在水面上，形成单分子 层油膜，如图所示：由于油酸分子的“尾巴”很小，可以忽略不计，则只需测算出一滴溶液中纯油酸的体 积V和在水面水形成的油膜面积S，根据????=????????可算出油膜的厚度，即可估测如图单分子层出油酸分子的直 径大小。 ? 【实验·探究】 测算1滴溶液中纯油酸的体积V.如图所示，用滴管将体积分数为0.2%的油酸酒精溶液滴入量筒，根据溶液体积分数、滴数和体积的关系，可以测算出1滴溶液中油酸体积的平均值。 测量油膜面积的关键是让油膜形成明显的边 界。在水平放置的浅盘(约30cm×40cm)中倒入约2cm深的水，用纱网(或粉扑)将适量痱 子粉均匀地轻轻撒在水面上，如图所示。 【实验·探究】 用滴管将1滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，如图所示：油酸立即在水面散开，形成一块油膜， 通过痱子粉可以清楚地看出油膜的轮廓。待油膜形状稳定后，在浅盘上盖上带有网格线的透明塑料盖板，用彩笔描出油膜的轮廓，如右下图所示，估算出油膜的面积S。 洗净浅盘，擦去塑料盖板上的油膜轮廓线，重复实验2-3次。将实验数据填入自己设计的表格中，然后利用公式????=????????计算出油酸分子的直径，并取其平均值。 ? 【实验·探究】 思考1：实验中使用酒精来稀释油酸，请分析为何要稀释油酸。 思考2：上述实验产生误差的主要原因有哪些? 【实验·总结】 油酸分子大小的理论值是????.????????×?????????????????即使用高倍光学显微镜也无法直接观测，更无法直接测量。上述实验借用宏观的体积、面积来估测微观的分子直径，这是一种借宏观量来研究微观量的方法。 ? 二、阿伏伽德罗常数 如果把分子看成小球，则一般分子直径的数量级约为?????????????????????。例如，水分子直径约为????.????×?????????????????????，氢分子直径约为????.????×?????????????????????如果我们比较水分子跟乒乓球的大小，就像比较乒乓球与地球的大小一样，可见两者相差悬殊。 ? 【例题·探究】 已知水分子的直径约为????.????×?????????????????。 请尝试设计一个案例能让人直观地感受到水分子数目的巨大。如果要数出这些分子，需要多少年才能数完？ ? 分析：本题未明确指出究竟要计算多少水中水分子的数目，可以是一杯水、一壶水，也可以是一桶水，可任选一样来进行计算。 【例题·探究】 解：假设我们喝下一口水，这口水的体积约为20mL，可估算这口水中水分子的数目。 设水分子为球体，忽略分子间隙，则水分子的数目为 ????=????总????分子=????????×?????????????????????????（????×?????????????????????）????≈????×???????????????? ? 1年的时间为????=????????????×????????×????????????? ... ...
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