1.1 分子动理论的基本内容（教案）——高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

第一章 分子动理论
第一节 分子动理论的基本内容
教学设计
问题与目标
1.了解分子动理论的基本观点及相关实验证据，培养学生的物质观念。
2.通过了解扩散现象，知道扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一，培养学生的证据意识。
3.通过了解科学家发现布朗运动现象的过程，观察并能解释布朗运动，培养正确的科学态度与责任感。
重点与难点
重点
1.分子动理论的基本观点及相关实验证据，培养学生的物质观念。
2.了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。
难点
根据扩散现象和布朗运动现象，使学生形成“分子在永不停息地做无规则运动”的观念。
教学准备
教师要求
多媒体课件、酱油、水煮蛋、硫酸铜溶液、溴、广口瓶、烧杯、长颈漏斗、量筒、酒精、清水、配制好的碳素墨水悬浊液、载玻片、盖玻片、观察布朗运动的实验装置、针筒注射器、橡皮泥等。
学生要求
课前预习本节课的内容，查阅相关资料。
教学过程
一、导入新课
阅读教材第1页“章首语”，以“花的原子”为例，提出“原子论”的早期观点。
二、新课教学
任务一：感悟“物体是由大量分子组成的”。
活动1：粗略计算分子大小的数量级，体会分子的“微小”。
如果我们把地球的大小与一个苹果的大小相比，那就相当于将直径为1cm的球与分子相比。请查阅资料和小组合作，粗略计算出分子大小的数量级。
(1)熟悉数量级的估算。
地球的平均半径为6371km，其数量级为106m，苹果平均半径的数量级为10-2m。
根据提示，分子的大小用数量级表示，则有所以d=10-10m。
(2)让学生知道，记住一些特殊的数量级对考虑问题或粗略检查自己的估算是否出现了错误有一定的帮助。
(3)需要说明，这里估算的分子直径的数量级(10-10m)主要指一般的无机物分子，有些有机物分子直径的数量级比10-10m要大得多。
(4)需要指出，在研究物质的化学性质时，我们认为的组成物质的微粒是分子、原子或离子，但在研究物体的热运动的性质和规律时，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用，可把它们统称为分子。
活动2：粗略计算1cm3水中含有的水分子的个数，体会组成物体的分子的“大量”。1mol水中含有水分子的数量高达6.02×1023个。那么，常温常压下，1cm3水中含有多少个水分子 假如全世界70亿人不分男女老少都来数这些分子，每人每秒数一个，需要多少年才能数完
(1)根据化学知识，学生要明确1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏伽德罗常数表示，即NA=6.02×1023mol-1。
(2)熟悉相关计算。
常温常压下，1cm3水的质量为1g，水的摩尔质量为M(H2O)=18g/mol。所以，常温常压下，1cm3水中含有水分子的数量为。70亿人每人每秒数一个，数1cm3水中含有的水分子需要的时间为=1.513×105（年）。
活动3:观察用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的照片。
(1)通过观察石墨原子的照片，真切地感受微小的原子确实客观存在，提高证据意识。
(2)知道照片上的亮斑是碳原子的像。
(3)从照片上的亮斑看出碳原子并不是一个个小球，但近似于球形。虽然分子的结构很复杂，但在一定条件下，可以把分子(原子）看成小球，将分子简化为理想化的物理模型。
(4)让学生了解扫描隧道显微镜是一种可以探测物质表面结构的仪器，它通过移动着的探针与物质表面的相互作用，将物质表面原子的排列状态转换为图像信息，以此获得具有原子尺度分辨率的表面形貌信息。
活动4：根据前面的计算和观察进行总结。
分子是极其微小的，其大小的数量级是10-10m；物体是由大量分子组成的，组成物体的大量分子是客观存在的。
任务二：对“分子永不停息地做无规则运动”的认识。
活动1：通过实验，了解扩散现象。
实验：酱油在蛋清中的扩散；把清水(热水或冷水)注入蓝色硫酸铜溶液后的扩散；溴蒸气的扩散。
(1)带着问题观察实验：
①物体处于固态、液态、气态时是否均能发生扩散现象
②扩散现象发生的显著程度与物质的温度是否有关
③扩散现象发生的显著程度与物质的浓度是否有关
(2)通过实验能够认识到：
①物体处于固态、液态、气态时均能发生扩散现象。在短时间内，气体物质的扩散现象最显著，固态物质的扩散现象非常不明显。
②在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。
③扩散现象发生的显著程度与已进入对方的分子浓度有关。当浓度差较大时，扩散现象较为显著；当浓度差较小时，扩散现象发生得较为缓慢。
(3)体会扩散现象不是外界作用引起的，是分子无规则运动的结果，是分子无规则运动的宏观反映，是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。
活动2:通过观察两个演示实验，了解布朗运动。
实验：用显微镜观察炭粒的运动。
取1滴用水稀释的墨汁，滴在载玻片上，盖上盖玻片，放在高倍显微镜下观察小炭粒的运动情况。目镜中观察的结果可以通过显示器呈现出来。
说明：
①悬浊液的配制：教材中的悬浊液采用的是碳素墨汁，也可采用水彩黄颜料，用水稀释呈浑浊状即可，不宜太浓。
②载玻片的制备：在玻璃片中间涂一层约1mm厚的石蜡，厚度尽量均匀，冷却后用小刀在石蜡中央挖一个直径约5mm的圆形槽。在载玻片的圆形槽里滴1滴配制好的悬浊液，盖上盖玻片，里面不要有气泡。
(1)让学生明白，调节显微镜的放大倍数，如调节到400倍或1000倍，从显微镜下观察到的微小悬浮颗粒是固体颗粒，而不是液体分子，液体分子大小的数量级是10-10m，因太小而看不到。
(2）从实验中观察到的大量微粒有大有小，都在做运动，大的颗粒运动慢，小的颗粒运动快，目测它们的运动是杂乱无章的。
(3)改变悬浊液的温度，重复调节显微镜，观察悬浊液中小颗粒的运动情况，可以初步判断温度越高，小颗粒的运动越明显。
活动3：阅读教材，查阅资料，了解科学家发现布朗运动的过程。
(1)1827年，植物学家布朗最先用显微镜观察悬浮在水中花粉的运动，因此，后人把这种悬浮微粒的无规则运动叫作布朗运动。
(2）不只是花粉和小炭粒，对于液体中各种不同的悬浮微粒，都可以观察到布朗运动。并且可以发现，不管哪一种颗粒，只要足够小，就会发生布朗运动；微粒越小，运动越明显。因此，微粒的运动不是生命现象，是其自发的运动。
(3）布朗精于观察和实验，肯定了这种运动的客观存在。虽然没能对这种运动的产生原因做出科学的解释，但他发现问题，并把观察到的现象做了详尽记录，为后人的进一步研究作出了开拓性贡献。
活动4：探究“为什么小颗粒的运动是无规则的”“为什么小颗粒越小，它的无规则运动越明显”等问题。
(1)阅读教材，小组讨论，选代表发言，注重表达和逻辑。
(2)“小颗粒做无规则运动”的解释：每个液体分子撞击小颗粒时都给小颗粒一定的瞬时撞击作用，由于分子运动的无规则性，每一瞬间每个分子撞击时对小颗粒的撞击作用的大小、方向都不相同，合力的大小、方向也就随时改变，因而布朗运动是无规则的。
(3）“颗粒越小布朗运动越明显”的解释：颗粒越小，颗粒的表面积越小，同一瞬间撞击颗粒的液体分子数越少。根据统计规律，少量分子同时作用于小颗粒时，它们的合力是不可能平衡的。而且，同一瞬间撞击颗粒的分子数越少，其合力越不平衡，且颗粒越小，其质量越小，因而颗粒的加速度越大，运动状态越容易改变。故颗粒越小，布朗运动越明显。
(4)拓展问题：
①为什么温度越高布朗运动越明显
温度越高，液体分子的运动越剧烈，分子撞击颗粒时对颗粒的撞击作用越大，因而同一瞬间来自各个不同方向的液体分子对颗粒的撞击作用越大，小颗粒的运动状态改变越快。故温度越高，布朗运动越明显。
②为什么布朗运动用肉眼看不见
做布朗运动的固体颗粒很小，用肉眼是看不见的，必须在显微镜下才能看到。
活动5：根据前面的实验和观察进行总结。
(1)在扩散现象中，温度越高，扩散越快。
(2)观察布朗运动，温度越高，悬浮小颗粒的运动越明显。可见，分子的无规则运动与温度有关，温度越高，这种运动越剧烈。因此，把分子这种永不停息的无规则运动叫作热运动。温度是分子热运动剧烈程度的标志。
（3）布朗运动间接反映并证明了分子在做永不停息的无规则运动。
任务三：对“分子间作用力的认识”——F-r图像。
分组实验1：水和酒精混合。
向A、B两个量筒中分别倒入50mL的水和酒精，然后再将A量筒中的水倒入B量筒中，观察混合后液体的体积。
(1)水和酒精混合后的体积小于100mL。
(2)水和酒精混合后总体积变小了，说明液体分子间存在着空隙。
问题1：你能列举出哪些分子间存在着空隙的证据
(1)能从气体、液体或固体之间的扩散现象说明分子间有空隙。例如，压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间有空隙；气体容易被压缩，说明气体分子间存在着很大的空隙等。
(2）分子间有空隙，说明分子之间是有距离的。
问题2：请问分子间有相互作用力吗 你能说出哪些证据
能从生活中列举实例说明分子间有相互作用力。例如，固体、液体难压缩；常温下破碎的玻璃难复原等。
分组实验2：在塑料针筒注射器里封闭一部分气体，活塞处在某个位置，用橡皮塞堵住针头的一端，通过推或拉活塞柄感受分子间的引力或斥力。
(1)能够通过推、拉活塞柄感受到引力或斥力的存在。
(2)能够意识到这里的“引力”或“斥力”是分子间的作用力。
(3)能够意识到若忽略摩擦力，推、拉活塞柄后松手，活塞柄能够回到初始位置，能够猜测到分子力的大小与分子间的距离有关，且存在分子力为0的位置，即存在平衡位置。
(4)能够结合教材第5页图1.1-7，说出分子间的相互作用力F与分子间距离r的关系。
当r当r= r0时，分子间的作用力为0，这个位置称为平衡位置；
当r> r0时，分子间的作用力表现为引力。
(5)能够说出分子间作用力产生的原因：分子是由原子组成的，原子内部有带正电的原子核和带负电的电子，分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的。
任务四：规范分子动理论基本内容的阐述。
让学生能够准确地表达分子动理论的基本内容，即物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。
三、课堂小结
本节课我们主要学习了：
1.物体是由大量分子组成的分子是极其微小的，其大小的数量级是10-10m；物体是由大量分子组成的，组成物体的大量分子是客观存在的。
2.分子热运动
(1)扩散现象：
①由于物质分子的无规则运动而使不同物质能够彼此进入对方的现象。
②温度越高，扩散越快。
③扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。
(2)布朗运动：
①由于液体分子的无规则运动而导致悬浮其中的小颗粒做无规则运动的现象。
②颗粒越小，温度越高，悬浮颗粒的运动越明显。
③产生布朗运动的原因。
(3)热运动：
①分子在做永不停息的无规则运动。
②温度是分子热运动剧烈程度的标志。
3.分子间的作用力
分子间的相互作用力F与分子间距离r的关系：当r< r0时，分子间的作用力表现为斥力；
当r= r0时，分子间的作用力为0，这个位置称为平衡位置；当r> r0时，分子间的作用力表现为引力。
4.分子动理论
分子动理论的基本内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。
四、作业设计
完成课本第6页练习题
课堂练习
1.阿伏加德罗常数是,铜的摩尔质量是,铜的密度是,则下列说法不正确的是( )
A.铜中所含的原子数为 B.一个铜原子的质量是
C.1 kg铜所含有的原子数目是 D.一个铜原子所占的体积是
2.以下关于分子动理论的说法中不正确的是（ ）
A．物质是由大量分子组成的
B．分子很小，其直径的数量级一般为
C．时水已经结为冰，部分水分子已经停止了热运动
D．求分子间的距离常用立方体模型，对于固体或液体摩尔体积与阿伏加德罗常量比值可以作为一个分子体积
3.关于分子动理论,下述说法不正确的是( )
A.物质是由大量分子组成的
B.分子永不停息地做无规则运动
C.分子间有相互作用的引力或斥力
D.分子动理论是在一定实验基础上提出的
4.关于分子动理论，下列说法正确的是( )
A.扩散现象说明分子间存在斥力
B.当分子间的距离减小时，分子间的引力减小而斥力增大
C.产生布朗运动的原因是液体分子永不停息地做无规则运动
D.磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力
答案以及解析
1.答案：C
解析：铜的质量为,物质的量为,故原子个数为,故A正确;铜的摩尔质量是,故一个铜原子的质量是,故B正确;1 kg铜的物质的量为,故含有的原子数目是,故C错误;铜中所含的原子数为,故一个铜原子所占的体积是,故D正确;本题选错误的,故选C。
2.答案：C
解析：A.物质是由大量分子组成的。故A正确；
B.物质是由分子组成的,它无法直接被人类的肉眼观察到,需要借助显微镜等工具才可以观察,因为它直径数量级一般为.故B正确；
C.分子永不停息地做无规则热运动，即使水结为冰，水分子不会停止热运动。故C错误；
D.由固体、液体物质的摩尔体积与阿伏加德罗常数可以近似计算每个分子的体积，故D正确；故选：C。
3.答案：C
解析：由分子动理论可知AB对;分子间有相互作用的引力和斥力,C错;分子动理论是在扩散现象、布朗运动等实验基础上提出的,D对。
4.答案：C
解析：扩散现象说明分子在做无规则运动以及分子之间有间隙，故A错误；当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大，故B错误；布朗运动是固体小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击作用的不平衡性引起的，间接证明了液体分子永不停息地做无规则运动，故C正确；磁铁可以吸引铁屑，并非是分子力的作用，故D错误.
板书设计
第1节分子动理论的基本内容
1.物体是由大量分子组成的
分子是极其微小的，其大小的数量级是10-10m；物体是由大量分子组成的，组成物体的大量分子是客观存在的。
2.分子热运动
(1)扩散现象：
①由于物质分子的无规则运动而使不同物质能够彼此进入对方的现象。
②温度越高，扩散越快。
③扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。
(2)布朗运动：
①由于液体分子的无规则运动而导致悬浮其中的小颗粒做无规则运动的现象。
②颗粒越小，温度越高，悬浮颗粒的运动越明显。
③产生布朗运动的原因。
(3)热运动：
①分子在做永不停息的无规则运动。
②温度是分子热运动剧烈程度的标志。
3.分子间的作用力
分子间的相互作用力F与分子间距离r的关系：当r< r0时，分子间的作用力表现为斥力；
当r= r0时，分子间的作用力为0，这个位置称为平衡位置；当r> r0时，分子间的作用力表现为引力。
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