第二节 分子的热运动（学案）
泰州市姜堰区罗塘高级中学 陈俊峰
教学目标
1、观察扩散现象，理解推断扩散现象是由于分子运动造成的；
2、观察布朗运动，能够叙述布朗运动的特点；
3、能够用分子运动理论解释布朗运动成因，推测宏观表现的微观成因，体会大量分子不断撞击微粒的情景，能够解释布朗运动，能够区分布朗运动与分子运动；
4、认识到科学观察要细致，推断要有充分依据，体会分子运动的“无规则性”。
过程与方法
学生自主学习、合作探究和实例分析，教师适当点拨、引导，使学生能真正理解该节内容；培养学生的分析综合能力，理解推理能力，实验能力。
教学重点：布朗运动。
教学难点：布朗运动产生的原因，布朗运动与分子无规则运动的关系。
教学过程
新课引入
新课讲解
（一）扩散现象
1、我们把_____________相互接触时_____________对方的现象叫做扩散。
2、扩散现象在_________、_________、_________中都能发生。
3、特点：温度越_______，扩散现象越___________。
4、扩散现象是物质分子永不停息地做_____________运动的证明。
（二）布朗运动
1、_____________所做的____________运动叫布朗运动。
实验：观察布朗运动。
2、布朗运动的特点：
_________、_________，微粒越______、温度越________布朗运动越明显。
（三）布朗运动的解释
1、布朗运动产生的原因：大量液体分子__________地做___________运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性。产生布朗运动的根本原因就是__________永不停息的____________运动。
2、分组讨论：为什么悬浮微粒越小，布朗运动越明显？
3、思考讨论：布朗运动是不是分子的运动？
布朗运动______________了液体分子在做永不停息的无规则运动。
（四）热运动
物体内部大量分子的________________运动与______有关，被称为分子的热运动。
小结、布置作业
课外阅览
布朗运动的理论解释
1827年,英国植物学家布朗用显微镜观察到了悬浮在水中的花粉微粒在做总不停的无规则运动，进一步研究发现这种运动不是由于花粉微粒有生命，否定了这种运动是一种生物现象，即有生命才会运动。布朗把他的实验经过详细地记载下来，写在他于1828年出版的《植物花粉的显微观察》一书中。可以说他当时并不理解产生这种运动的原因，他虽然没有找到小颗粒运动的原因，但他精心观察和实验发现了问题，并把问题详细记录下来，为后人提供了一个作深入研究的课题。因此，他对科学的发展做出了有益的贡献。后人为了纪念他，把他观察的小颗粒运动命名为“布朗运动”。
布朗运动究竟是怎样产生的呢？无数学者为解释这种现象的奥秘做了种种徒劳的努力。起初人们认为是由外界影响，如震动、液体对流的扰动等引起的。但实验表明，尽量在排除外界的影响下，布朗运动仍然存在，只要微粒足够小，在任何液体中(甚至包括气体中)都可以观察到布朗运动，即使连续观察几个月，布朗运动也决不会停止，可见产生布朗运动的原因不在外部而在液体的内部。在1885年前后，法国物理学家们曾经猜测，布朗运动是由于悬浮粒子受到显微镜下观察不到的液体分子的不规则碰撞所造成的，这种富于想象的解释在当时不仅缺乏数学基础，而且没有任何实验证明。
时隔70多年后，于1905年德国物理学家爱因斯坦和波兰物理学家斯莫路霍夫斯基发表了对布朗运动的理论研究成果。但最引人注目的是爱因斯坦发表在德国的《物理学年鉴》第四篇第17卷上题为“热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动”的论文，该论文也是爱因斯坦在1905年富有创造性研究中的首篇。在这篇论文中，爱因斯坦把显微镜下可见粒子的运动看作是显微镜下看不到的液体分子运动的表征，证明了布朗粒子的运动是由于液体分子从四面八方对它撞击引起的，这种撞击的不规则性和偶然性，使来自不同方向的作用互不完全抵消。由于布朗粒子线度非常小（约10-4cm ），周围分子的不均匀碰撞所产生的不平衡力的作用足以使它发生运动。爱因斯坦还同时用统计方法论证了悬浮粒子的运动速度与颗粒大小及其液体的粘滞系数之间存在着可用实验检验的数量关系。
1908年法国物理学家佩兰利用与大气分子的垂直分布相类似的胶态粒子在液体中保持悬浮状态，再用显微镜进行观察，并对处于液体中不同高度的单位体积内粒子进行计数，发现单位体积内粒子数随高度升高而减小的这种变化规律与大气中气体分子数随高度变化规律相同，描述出粒子的竖直分布状况与爱因斯坦对布朗运动的理论解释相吻合。这样通过实验完全证实了布朗运动的爱因斯坦定律，并由此求得阿伏加德罗常量。由于这项工作的出色成就佩兰荣获了1926年诺贝尔物理学奖。
分子的热运动教学反思
泰州市姜堰区罗塘高级中学 陈俊峰
本节课的内容在近几年的高考考试说明中一直出现，属于一级要求，虽然在近几年高考中一直很少出现，但在近几年的模拟试卷中都有所体现，如2012年盐城二调、2012年苏锡常镇一调中出现的我国开展的PM2.5浓度的监测，在考查知识点的同时，又加强了学生的环保意识。因而在教学中要注意把握好度，在讲解到位的前提下控制难度。
分子的热运动这一节，首先要求学生知道：物质是由大量分子构成的，即便是一个很小的物体也包含了很大数目的分子。分子无法识别，我们无法直接观察到分子的存在，因而我们无法研究每一个分子的运动，这样在给学生无限好奇心的同时，我们自然地引入了扩散现象、布朗运动的观察和研究。
课本设计的“做一做”、“实验”、“说一说”等气体之间的扩散、气体向液体的扩散、以及固体的扩散，这些都能给学生较为真实的体验。本节课我们还原了部分演示实验，同时通过电子目镜放大了布朗运动，给学生直接的感受，并考虑到学生的分组实验，让学生充分体验学习的过程，感受学习的乐趣，同时让学生建立表象并确认：没有任何外加的动力，没有生命力的布朗微粒也能“不知疲倦”地、杂乱无章、永不停息地运动。
当然本节课的重点布朗运动对于人们深入认识热运动本质和分子动理论最终取得胜利都有很重要的意义，同时布朗运动不仅用来作为许多自然现象的模型，而且还可以作为许多社会现象的模型，这也让我们的学生看到，物理学理论对其他学科、其他领域的辐射作用。
在教学过程中我能够有意识的培养学生的自主学习的习惯，努力在过程中让学生体会和感悟知识得来的过程和成功的乐趣。例如：让学生先通过自己动手用显微镜观察真实的布朗运动，我再通过电子目镜放大观察更清楚的布朗运动，从而感知这种运动是客观存在的，并自己讨论总结出其特点。
有人说：教学本身就是一种遗憾，的确本节课的教学过程中我也感到有遗憾的地方。首先由于和学生之间不熟悉所以没能和学生达成最好的共融，在课堂上有部分学生思维不活跃；其次由于第一次在舞台上上课，我和学生都感到很拘束、放不开，师生对话和配合都还有很大的上升空间，也由于没有考虑到舞台上的灯光让显微镜很难对光，学生又对高一生物课上学的显微镜的操作已经忘记的差不多了，所以在分组实验中学生无法正常进行，导致分组实验浪费了很长时间，同时也没有能达到预期的实验效果，导致后面的教学过程很匆忙，留下了很大的遗憾；再有对部分学生研讨的问题没能给予很到位的铺垫，及时的引导不够；最后课堂上我总怕时间不够用，结果使一部分学生在分析讨论时不能总结到位。
总之这节课后我的感想很多，课程改革中学生要变，我们老师更要变，需要我们加强各方面的修养，除了本专业扎实的知识外，还要掌握其他相关知识，我们要反思我们的教学，不断进步、提升。在以后的教学过程中我将不断的提高自己的教学水平，丰富自己的教学经验，从而让自己的教学多一些成功少一些遗憾。
2013年10月11日
《第二节分子的热运动》教学设计
泰州市姜堰区罗塘高级中学 陈俊峰
设计思路
1.本节课是学生在学完宏观物体的有关知识后，对微观世界的知识进一步探究学习，为后面研究物体内能及其有关知识做好铺垫。但由于分子的运动无法直接观察，所以本节课主要采用实验演示扩散现象，学生借助显微镜动手观察布朗运动，用电子目镜展示显微镜中的景象，以计算机模拟的方法为辅组织教学。
2．为加深学生对扩散这个常见现象的探究兴趣，设计了学生熟悉的香水扩散、二氧化氮气体和空气的扩散、红墨水在水中扩散以及比较红墨水在冷、热水中扩散快慢的演示实验。同时为实现物理源于生活，服务于生活，了解和分子热运动有关的现代科技，让学生列举扩散现象在生活中的有关实例，进一步体会分子的运动。
? 3．本节需要考察的知识与技能内容比较抽象，在学习过程中，主要充分调动学生的学习积极性，以学生分析、讨论为主，在教师引导的基础上，以“提出问题──实验探究──分析归纳──得出结论”为主线的思维过程进行教学，培养学生逻辑思维能力和归纳总结的能力。?
4．本节课为了使学生在学习过程中，对于布朗运动及扩散现象有更具体、清晰的了解，在相关部分设计了一些视频展示，帮助学生理解。
教学目标
1．知识与技能：
（1）观察扩散现象，理解推断扩散现象是由于分子运动造成的；
（2）观察布朗运动，能够叙述布朗运动的特点；
（3）能够用分子运动理论解释布朗运动成因，推测宏观表现的微观成因，体会大量分子不断撞击微粒的情景，能够解释布朗运动；能够区分布朗运动与分子运动；
（4）认识到科学观察要细致，推断要有充分依据。体会分子运动的“无规则性”。
2．过程与方法：
（1）学生自主学习、合作探究和实例分析，教师适当点拨、引导，使学生能真正理解该节内容；
（2）培养学生的分析综合能力，理解推理能力，实验能力。
3．情感、态度与价值观：
（1）在体会宏观物质的性质由微观结构决定的同时认识客观事物之间的普遍联系；
（2）体验自主学习过程，养成仔细观察、勤于思考和合作交流的能力和学习习惯；
（3）注重学生人文精神的培养。
重点难点
重点：布朗运动。
难点：布朗运动产生的原因，布朗运动与分子无规则运动的关系。
教学方法
实验法、自学探究法、问题引领法。
教具准备
1．气体和液体的扩散演示实验：装有香水的香水瓶，分别装有二氧化氮气体和空气的玻璃广口瓶、毛玻璃片，烧杯内盛有净水、红墨水和胶头滴管；
2．比较红墨水在冷、热水中扩散速度的演示实验：分别装有冷、热水的烧杯、红墨水和胶头滴管；
3．观察布朗运动的分组实验：显微镜、制备好的水粉颜料悬浊液、带凹坑的载玻片、显微镜的电子目镜。
教学过程
新课引入
自我介绍——引入“布朗运动”。布朗运动是什么运动呢？这就是我们这节课所要研究的主要内容之一，本节课我们一起来学习课本的第二节 分子的热运动。（打开香水瓶）
新课讲解
通过前面的学习，我们已经知道分子大小的数量级仅为10-10m，很小的物体中都含有大量的分子，如1 cm3水中含有的分子数约为 3. 3×1022个，还要像研究宏观物体做机械运动的方法来研究每一个分子的运动，显然是不可能的。但我们可以通过对一些宏观现象进行分析来研究分子的运动，比如我们初中已经学过的扩散现象。
（一）扩散现象
请问前排的学生有没有闻到什么特殊的气味。（学生闻到香水味，香水发生了扩散现象，香水分子运动了。）
【演示实验】红棕色二氧化氮气体和空气的扩散。大家看到什么现象？两种气体谁的密度大？是由于重力的作用而发生的吗？（是由于二氧化氮气体分子和空气分子在运动，彼此进入了对方。这就是我们学过的气体扩散现象。）
1、我们把不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散．
气体与气体之间可以发生扩散现象，液体和液体之间呢？
【演示实验】向装有水的烧杯中滴入几滴红墨水，观察水的颜色变化。
水慢慢全变红了，红墨水已扩散到整个水中，液体也同样发生了扩散现象。说明了液体分子在运动。
你们猜猜看，固体间能发生扩散现象吗？（能）
由于固体间的扩散速度相对较慢一些，想观察到他们间的扩散过程要花很长的时间，有的甚至几年，今天无法在课堂上演示，前几天我请我们学校电视台的工作人员，一起去锅炉房堆积煤炭的地方拍了一段视频，我们一起来看一下。
【视频】学校锅炉房堆放煤炭的地方，去除煤炭后，把墙壁表层铲去后，墙的内部仍然是黑色的。
这说明了什么？（说明碳分子进入了墙壁，固体间也发生了扩散现象。固体分子在运动。）
2、扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。只不过固体间扩散发生慢，气体、液体相对扩散发生快。
扩散的快慢除了和物体的状态有关，还和什么因素有关呢？（温度）
【演示实验】分别向相同质量的冷水和热水中同时滴入几滴红墨水。（注意比较扩散的快慢。）
3、特点：温度越高，扩散现象越明显。
扩散现象在我们的生活中是比较常见的，请举出你生活中的与扩散有关的一些现象。（如酒好不怕巷子深、腌制食品、炒菜等。）
介绍扩散现象在生活、科学研究和生产技术中的应用。
回头再看一下气体和液体的扩散现象，说明扩散总的趋势是浓度趋于一致，浓度一致后此时分子仍在运动。
4、扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明。
分子的永不停息运动是建立在实验事实的基础上的，但我们能直接看到分子在运动吗？（不能）我们肉眼只能区分10-4m的物体，大家想不想看到小于10-4m物体的运动呢？（想）怎么办呢？接下来我们就一起来研究一种我们仅凭肉眼看不到的也与分子运动有关的现象，也是刚开始我所介绍的——布朗运动。
（二）布朗运动
介绍布朗。
1、悬浮微粒所做的无规则运动叫布朗运动。
大家想看到布朗运动吗？
问题：怎样来观察布朗运动呢？（可借助于显微镜来观察。）
今天我们就一起借助于显微镜来观察颜料微粒在水中的布朗运动。我已经帮每小组准备好了颜料悬浊液，已经装在滴瓶里和带有凹坑的载玻片。
在使用显微镜观察前，请同学们先回忆生物课上显微镜的使用方法（对光、观察、低倍到高倍、左眼观察右手记录等），但今天我们使用显微镜观察布朗运动和生物课上的要求略有不同，请看大屏幕。（注意：我们用显微镜观察布朗运动时，物镜直接使用40倍的，目镜使用的是16倍。）（投影显微镜的使用方法。）接下来请各小组进行调试观察。
【分组探究观察】用显微镜观察布朗运动。
问题：你观察到什么现象？
（分析：什么都看不到----这个实验对显微镜的调节要求高，观察要仔细；
看见微粒但不动或运动不明显-----显微镜中要仔细观察，我们所看到的布朗运动一般不可能是大幅度的运动。）
怎样才能更明显的看到颜料微粒的布朗运动呢？（放大）
今天我带来了一个显微镜的电子目镜，它可以放大显微镜目镜中的景象，并可以通过电脑把图像转投到大屏幕上，下面我们就一起来更清楚的观察布朗运动。
【电子目镜视频】这些运动的小黑点就是悬浮在水中的颜料小微粒。
问题：请问你看到这些小微粒在干什么？（运动）
问题：你猜猜看会不会停下来？小颗粒的运动有规则吗？（没有规则）
问题：再仔细观察一下，这些悬浮在水中的颜料小微粒大小一样吗？（不一样）
问题：它们同样明显吗？（小的的更明显）
刚刚在扩散现象中大家知道温度越高，扩散越快，你猜猜看布朗运动呢？如果给颜料溶液加热后，观察到布朗运动也越明显。（板书，投影出布朗运动的特点）
2、布朗运动的特点：
永不停息、无规则，微粒越小、温度越高布朗运动越明显。
投影出每隔30S观察的三个微粒的折线图；
思考：这些折线是不是微粒运动的轨迹？（类比今天在常州，明天到泰州，后天去南京了）实验得出的每隔一定时间微粒所处位置的连线，不是微粒的运动轨迹。
（三）布朗运动的解释
了解了布朗运动后，想想布朗运动中的小微粒为什么会运动呢？
请同学们阅读课本第6页的第1段到第3段。各小组成员间交流你自己的理解。
液体分子对小微粒的碰撞是现行物理学家们对布朗运动的最确切的解释。分析单个微粒，受到大量的做无规则运动水分子的碰撞不平衡而产生的。为了便于理解，我们一起来观看一段模拟视频。
【视频】我们一起看一下布朗运动产生的模拟视频。
1、布朗运动产生的原因：大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。
产生布朗运动的根本原因就是液体分子永不停息的无规则运动造成的。
2、【分组讨论】为什么悬浮微粒越小，布朗运动越明显？
一般能做明显布朗运动的微粒大小的数量级为10-6m，肉眼看不到。
3、【思考讨论】布朗运动是分子的运动吗？（不是，为什么？各组互相补充。）
（从布朗运动产生的原因、数量级上都可以说明布朗运动不是分子的运动。）
布朗运动既不是液体分子的运动，也不是悬浮小微粒分子的运动，而是悬浮小微粒的运动。但它是液体分子运动的反映。
布朗运动与扩散现象的区别：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明 ；布朗运动间接反映了液体分子在做永不停息的无规则运动。
其实在满足一定的条件下，布朗运动在气体中也能观察到。
（四）热运动
扩散现象和布朗运动都表明分子在永不停息地作无规则的运动，而且温度越高，分子的无规则运动就越剧烈。这说明物体的温度高低是与内部分子无规则运动的剧烈程度直接相关的。
物体内部大量分子的永不停的无规则运动与温度有关，被称为分子的热运动。
布朗运动不是热运动，但是热运动的反映。
课堂小结：
1、扩散现象是物质分子永不停息的无规则运动的证明；
2、布朗运动反映了液体或气体内部分子作永不停息、无规则的热运动；
3、布朗运动是悬浮小微粒的运动，不是分子的运动。小微粒越小、温度越高布朗运动越明显；
4、物体内部大量分子的永不停的无规则运动与温度有关，被称为分子的热运动。
结束新课
布置作业 完成课本第7页的问题与练习
阅读学案后的课外阅览
课件24张PPT。泰州市姜堰区罗塘高级中学陈俊峰彭实戈——中国科学院院士，博士生导师，中国金融数学界首席科学家。 在他的人生中，有多次意外机遇和转折。他笑言：“我的人生就像‘布朗运动’，充满了偶然。”人教版物理选修3-3 第七章 分子动理论第2节 分子的热运动一、扩散现象1.定义：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。一、扩散现象1.定义：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。2.扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。 3. 特点：温度越高，扩散现象越明显。一、扩散现象在生活、科学研究和生产技术中的应用腌制咸菜 向半导体材料中摻入其他元素，制成各种半导体器件。 在某些轴、齿轮等零件表面掺上碳、氮等元素以增加耐磨、耐腐蚀等。一、扩散现象1.定义：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。2.扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。 3. 特点：温度越高，扩散现象越明显。4. 扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明 。 1827年英国植物学家布朗用显微镜观察花粉微粒在水面上的形态时，发现花粉微粒在不停地作无规则运动。布朗进一步观察后发现，一切悬浮在液体中的微小颗粒，都会作无休止的不规则运动。
人们为了纪念这个发现，便把悬浮在液体中的小微粒的无规则运动命名为布朗运动。二、布朗运动1.悬浮微粒所做的无规则运动叫布朗运动。怎样来观察布朗运动呢？借助于显微镜来观察。1.对光：转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内。通过目镜，可以看到白亮的视野。
2.观察：取一滴悬浊液滴在载玻片上的凹坑里，盖上盖玻片后放在载物台上，有悬浊液的地方正对通光孔的中心。转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到40倍的物镜接近载玻片（眼睛看着物镜，以免物镜碰到载玻片）。左眼向目镜内看，同时反方向缓慢转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓上升（约0.5mm)，直到看清物像为止，再略微转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。本实验中显微镜的使用方法你观察到什么现象？二、布朗运动1.悬浮微粒所做的无规则运动叫布朗运动。2.布朗运动的特点：
永不停息、无规则
微粒越小、温度越高布朗运动越明显。 科学家通过在显微镜下追踪某一微粒的运动，每隔30秒把观察的微粒位置记录下来，然后用直线把这些位置依次连接起来，如下图是三个微粒运动位置的连线。注意：这些折线不是微粒的运动轨迹． 思考：这些折线是不是微粒运动的轨迹？问题：布朗运动中的小微粒
为什么会这样运动呢？ 阅读课本第6页的第1段到第3段并交流。 三、布朗运动的解释一颗微粒受到液体分子撞击的情景三、布朗运动的解释三、布朗运动的解释1.布朗运动产生的原因：大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性。产生布朗运动的根本原因就是液体分子永不停息的无规则运动。三、布朗运动的解释2.分组讨论：为什么悬浮微粒越小，布朗运动越明显？颗粒越小同时受到液体分子撞击的数目少受力极易不平衡颗粒越大同时跟它撞击
的分子数多受力的平均效果易互相平衡质量大，惯性大运动状态难改变质量小，惯性小运动状态易改变三、布朗运动的解释3． 思考讨论：布朗运动是分子的运动吗？ 布朗运动既不是液体分子的运动，也不是悬浮小微粒的分子的运动，而是悬浮小微粒的运动。但它是液体分子运动的反映。 布朗运动与扩散现象的区别：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明 ；布朗运动间接反映了液体分子在做永不停息的无规则运动。
物体内部大量分子的永不停息的无规则运动与温度有关，被称为分子的热运动。四、热运动
1、扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明；
2、布朗运动间接反映了液体或气体内部分子作永不停息、无规则的热运动。4、物体内部大量分子的永不停息的无规则运动与温度有关，被称为分子的热运动。 3、布朗运动是悬浮小微粒的运动，不是分子的运动。小微粒越小、温度越高布朗运动越明显。小结： 彭实戈院士笑言：“我的人生就像‘布朗运动’，充满了偶然。” 看似不规则的人生轨迹或许正如布朗运动一样，似乎又潜藏着某些规律。谢谢！泰州市姜堰区罗塘高级中学 陈俊峰
