分子动理论

第九章内能和气体性质A分子动理论·1·第九章A分子动理论执教：上海市进才中学张烨【教师简介】张烨，男，中共党员。现参加进才中学高一年级物理教学工作并兼任班主任工作。进才中学科研与信息技术处组员，浦东新区高一物理新教材中心组组员。擅长计算机多媒体课件设计制作，其自主设计制作的《三维模拟电子在电场中运动》虚拟实验软件获上海市中小学课件评比三等奖。在平时的物理教学实践过程中，注重给学生创造一个适合研究问题的物理情景，并结合多媒体演示和课堂小实验提高学生的学习兴趣。在2002年青年教师基本功考评活动中获一等奖。【教学目标】知识目标：⑴理解分子的概念，知道分子的大小和质量。理解阿伏加德罗常数的意义，认识宏观物质是由大量微观粒子组成的。⑵知道什么是热运动。知道分子间相互作用力的特点。⑶初步知道大量分子的统计规律。能力目标：⑴通过油膜法测分子的直径实验，培养学生的估算能力。⑵通过布朗运动的实验演示，提高学生对实验现象的观察能力,能够抓住本质，排除干扰。⑶通过对一些基本物理事实和实验的推理，得出分子之间既存在引力，同时也存在有斥力。这种以事实和实验为依据，得出新结论的思维过程，就是逻辑推理。通过学习这部分知识，培养学生的逻辑推理能力。情感目标：在学习分子动理论时，由于分子太小，我们看不见摸不着，这就使得这部分内容显得较抽象，但是通过实验和多媒体演示激发起学生对微观世界的探索兴趣，提高学生学习物理学的热情。【重点难点】重点：阐明热的本质是分子的运动。难点：如何通过实验和理性的思辨，理解分子动理论的基本概念。【任务分析】1、学生起点能力学生已经初步知道物体是由大量的分子组成的，但是对研究微观物质世界的实验方法、分子的热运动、分子间的相互作用力、以及与之相关的分子能量描述知之甚少。2、学习类型分子动理论属陈述性知识学习。3、教学策略完成本节课内容，以教师与学生相互讨论对话方式进行为宜，在其中完成几个必要的演示实验。整个教学过程体现人们根据已知事实，进行分析、判断、推理的过程，避免一节课自始至终采用教师单独讲授的方式。【教学方法】实验演示、计算机多媒体演示，讲授、讨论与探究相结合。第九章内能和气体性质A分子动理论·2·【教学仪器】⑴热气球实验：塑料袋、酒精灯各一只。⑵油膜实验：油酸、酒精、滴管、痱子粉、量筒、刻度尺、玻璃器皿。⑶红墨水扩散实验：烧杯、滴管、热水、红墨水。⑷布朗运动演示实验：水粉颜料混合液体、显微镜、摄像头、电视机。⑸分子间相互作用力的研究实验：DIS实验设备、玻璃片、水槽、铅块、砝码。⑹伽耳顿板实验：伽耳顿板、豆子。计算机、实物投影、投影仪。【教学过程】情景引入：我们在日常生活中经常遇到有关热学的现象，例如：热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等。『演示实验』自制热气球。为了深入地了解热的知识，让我们先来学习“分子动理论”。进入正题：分子动理论（KineticTheory）人类很早就开始思考组成我们身边的一切物质的结构是怎么样的。（参考课本P59第一段）中国人对物质世界构成本质的认识，可以追溯到大约3000年前的《易经》（也叫《周易》）中提到，万物之中最基本的有：天、地、雷、火、风、泽、水、山。战国末年的《尚书》中提出了五行学说，即水、火、金、木、土。那么我们身边的物质到底是由什么组成的呢？阅读课本：P59中显微镜下的叶子。『多媒体：显微镜下的微观世界』⑴物质是由大量分子组成的。分子是能保持物质化学性质而独立存在的最小微粒。分子是由原子组成的。原子失去部分电子或得到多余的电子，就成为离子。分子到底有多大？分子是人的眼睛直接看不见的，怎样才能知道分子的大小呢？我们可以通过单分子油膜法来粗略地得出分子的大小。介绍并定性地演示：如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片垫在玻璃器皿下，用于测定油膜面积。如所示（假定近似地认为液体的分子是一个挨一个排列的）。提问：已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？在学生回答的基础上，还要指出：①介绍数量级这个数学名词②如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V/S，根据估算得出：分子直径的数量级为10-10m。『多媒体演示：巴基球（C60）和DNA双螺旋结构等大分子图片』第九章内能和气体性质A分子动理论·3·阿伏伽德罗常数（Avogadroconstant）向学生提问：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确1mol物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数……）都相同。此数叫做阿伏伽德罗常数，可用符号NA表示此常数，NA=6.02×1023个/mol，粗略计算可用NA=6×1023个/mol。再问学生，摩尔质量、摩尔体积的意义？（化学中已学）『课堂练习』微观物理量的估算：若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。提问学生：1mol水的质量是M=18g，那么每个水分子质量如何求？回答：一个水分子质量Kg100.3100.6108.1262320＝ANMm组成物质的分子处于怎样的运动状态呢？『红墨水扩散实验』结论：水温越高，红墨水扩散得越快。『布朗运动实验』得出结论：⑵物体内分子在做永不停息的无规则运动，这种物体内大量分子的无规则运动跟温度有关，所以把分子的这种运动叫做热运动。那么运动的分子之间是否存在着相互作用力呢？『分子间相互作用力的研究实验』把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面。如果你想使玻璃板离开水面，用手向上拉绳，拉动玻璃板的力是否大于玻璃板受的重力？通过DIS实验演示，观察屏幕显示的力的曲线。（实验前先测量玻璃板的重力，然后再放入水中）课堂上，演示后让学生回答：拉力会大于玻璃板的重力。玻璃板离开水面时水会发生分裂，由于水分子之间有引力存在，外力要克服这些分子引力造成外界拉力大于玻璃板的重力。学生得出：⑶分子之间存在相互作用力。固体和液体很难被压缩，即使气体压缩到了一定程度后再压缩也是很困难的，这是为什么呢？综合学生的回答，总结出：用力压缩固体（或液体、气体）时，物体内会产生反抗压缩的弹力。根据这些已知的实验事实，推理得出分子之间还存在着斥力。气体中的大量分子做无规则运动，每个分子的速度大小完全是偶然的，但是大量的分子的速率分布却有一定规律。『伽耳顿板演示实验』第九章内能和气体性质A分子动理论·4·这种大量偶然事件的整体表现所显示的规律，叫做统计规律。研究表面气体的大量分子速率分布的规律是一种统计规律。课堂小结分子动理论（KineticTheory）⑴物质是由大量分子组成的。分子直径的数量级为10-10m。阿伏伽德罗常数（Avogadroconstant）NA=6.02×1023个/mol⑵物体内分子在做永不停息的无规则运动，这种物体内大量分子的无规则运动跟温度有关，所以把分子的这种运动叫做热运动。⑶分子之间存在相互作用力。气体的大量分子速率分布的规律是一种统计规律。其实热现象的本质就是我们今天所学的分子动理论。在以后的几节课中我们还要进行详细的研究。课后练习课后实验：『分子内聚力实验』回家作业：课本P652、36（通过网络查其中某一位科学的贡献和关于物质结构的观点）分子数百分率速率低温分布高温分布O第九章内能和气体性质A分子动理论·5·【教学流程】【自我小结】本节课要取得较好的教学效果的关键是将各个演示实验做好，让学生都看清看明白。由于课堂内时间限制，单分子油膜法测定分子直径的实验不可能在课堂上完成全过程。在课堂上让学生看到油膜散开现象和油膜面积的测量方法即可。要想造成单分子油膜，必须选用脂肪酸类，如油酸C17H33COOH或棕榈酸C15H31COOH，这类脂肪酸分子的形状为长链形，它的羧基一端浸入水中，而烃链C17H33伸在水面上方，造成油酸长分子在水面上垂直排列，如图所示。布朗运动实验则是运用显微摄像头，对准载玻片上的悬浮液，拍摄的结果通过电脑在大屏幕投影电视上展现出来。引入热现象情景演示实验：热气球进入正题，追溯人类研究物质结构的历史。学生阅读课本，观察显微镜下的叶子。多媒体演示：显微镜下的微观世界。结论：物质是由大量分子组成的。单分子油膜实验。得出分子直径。引出阿伏加德罗常数。练习计算水分子质量。演示实验：布朗运动结论：分子热运动。观察分子间作用力实验。根据DIS力大小的演示，讨论分子之间作用力的情况。伽耳顿板演示实验结论：大量分子速率分布是一种统计规律。课堂小结、布置课后练习。图示说明情景、引入、小结演示实验、多媒体学生活动、讨论实验：红墨水扩散结论：水温越高，扩散越快。