1.1 分子动理论的基本观点 教案 (4)

1.1
分子动理论的基本观点
教案
一、教学目标：
（一）知识目标：
1.知道物体是由大量分子组成的.
2.理解用单分子油膜法测定分子大小的原理，并能进行计算。
3.知道分子的球形模型，知道分子大小的数量级.
4.理解阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁，记住它的数值和单位，会用这个常数进行有关的计算和估算.
（二）技能目标：
能够了解研究微观世界的方法及物理模型在物理学研究中的意义，并能用来解决相关问题.
二、教学重点：
1.物体是由大量分子组成的；
2.分子大小的数量级及用单分子油膜法测定分子大小的原理.
三、教学难点：
1.
理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；
2.
用阿伏加德罗常数进行有关计算或估算的方法
四、教学方法：
归纳法、讲授法、练习法、实验法、启发法
五、教学设备：
实物投影仪、透明塑料平板、量筒、水槽、一次性针筒（5ml）、一小袋绿豆、油酸酒精溶液、记号笔
六、教学过程：
（一）引入
同学们，在前面我们学习了有关力学方面的知识，认识了力和运动的一些规律，从本章开始我们学习有关热学方面的知识，初中也学过一些热现象，但很不够，这一章我们来进一步学习分子运动论的知识，并讨论热现象的本质及包括内能在内的能的转化和守恒定律。
复习：初中学过的分子动理论基本内容有哪几点？
物体由大量分子组成，分子永不停息地做无规则的运动，分子之间有相互作用力。
（二）新课教学
1．介绍古代人们对物质组成的认识。
他们看来,
第一种可能性是荒谬的
,
因此
,
他们的结论是:
物质由小得不被察觉的
"a-tomos"(
希腊文原意为公元前5世纪,
古希腊哲学家留基波和他的学生德漠克利特在争辩中设想:
如果把一块金子切成两半,
接着把其中一半再切成两半
,
这样继续下去
,
能分割到什么程度。要么这种分割能够永远继续下去;
要么有一个限度,
不能进一步分割了。这就是说
,
物质要么是连续的,
可以无限分割下去;
要么是由不可分的粒子构成。在不可分割的)
粒子构成。他们把这种最小的粒子称为原子
(atom)
。我国古代也有
"
一尺之椎
,
日取其半
,
万世不竭
"
的说怯。在科技不发达的古代,
对物质本原的说法,
实际上更多地体现了一种哲学思想。现代物理学的发展使物质结构的学说建立在严密的实验基础上。
提问：根据同学们现有的知识，你认为物质是由什么组成的呢？（原子、分子、离子）
教师总结：在热学中，由于这些微粒做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。
教师总结：在热学中，由于这些微粒做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。
2．分子的大小
组成物质的分子是很小的，不但用肉眼不能直接看到它们，就是用光学显微镜也看不到它们，只有利用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才能观察到物质表面的分子。（投影叶子在放大不同倍数情况下的图片）
(a)
一片叶子

(b)
放大
6
倍
(c)
放大
700
倍
(d)
放大4000倍
(e)
放大20000倍
（f）
放大50000000倍
所示是一张在扫描隧道显微镜下看到的硅片表面原子的图像。
从刚才的介绍我们可以知道分子的大小可以利用扫描隧道显微镜来测量，那么我们还能不能利用其他的方法来进行测量呢？
让学生设计启发性实验：试粗略测出绿豆的直径。
教师在学生所设计的方法基础上，提出如下方法：应先用量筒测出一定量绿豆的体积V，
将这些绿豆平摊在水平桌面上，不要重叠，测出所占的面积S，则绿豆的直径d
=
v/s
.
（引导学生小结出“测绿豆直径的办法是通过测量较大量来研究较小量”。）
教师先分析学生所设计的方法能不能用来测量分子的大小，然后指出利用测量较大量来研究较小量这种方法是可行的。
教师介绍测量油酸分子大小时要注意的一些细节问题（如油酸的特性，体积的测量及油膜扩散开后的面积），然后开始做演示实验，得到油膜的轮廓图。教师利用油膜的轮廓图，再结合下列的提示，要求学生来计算油酸分子的直径。
提示：已知油酸酒精溶液是按1：499配制的，一毫升溶液有150滴，试计算油酸分子的直径。
学生通过计算，最后得出分子直径的数量级为10-10米。物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是10-10m。例如水分子直径是4×10-10m，氢分子直径是2.3×10-10m。
提出问题：在上述实验中，我们认为分子是怎样排列的？（分子成球形，一个紧挨一个排列）
提出问题：分子间真是紧密无隙的吗？
教师指出分子间有空隙；指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。
3．阿佛加德罗常数
例1：水的摩尔体积是18cm3/mol，水分子直径是4.0×10-10m，试计算1mol的水中含有多少水分子？
解：根据已知条件可知lmol水的体积是1．8×10-5m3，每个分子
在化学课中，我们已经学过，1mol物质所含有的分子数都是相同的，用阿伏加德罗常数（NA）来表示。为了得到更精确的阿伏加德罗常数，科学家用各种方法测量它，1986年用X射线法测得的阿伏加德罗常数NA=6.0221367×1023
mol-1.通常可取NA=6.02×1023
mol-1，在粗略计算中可取NA=6×1023
mol-1。
教师指出阿伏伽德罗常数是一个很大的量，并投影并讲解下列事例：①、1cm水中含有的分子数约为
3.3
×
1022个。假如全世界60亿人不分男女老少都来数这些分子，每人每秒数1个，也需要将近17万年的时间才能数完；②、1cm3的酒精滴入100亿立方米的水库中，分布均匀后，每立方厘米水中仍有100万个以上的酒精分子；
例2：已知水的摩尔质量是18g/mol，水的密度为1.0×103kg/m3，试根据阿伏伽德罗常数计算一个水分子的质量。
解：根据已知条件可知lmol水的体积是1．8×10-5m3，每个分子
根据计算结果，指出水分子质量是很小的。
归纳总结：以上计算分子的数量、分子的直径，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。
（三）课堂小结
1．物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有10－10m的数量级。
2．理解阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁，记住它的数值和单位，会用这个常数进行有关的计算和估算.
3．研究方法小结：处理微观领域问题有别于用牛顿力学处理宏观领域问题，往往需要通过测量宏观量来间接研究微观量。
（四）板书设计
1．物体是由分子组成的
2．分子是很小的，数量级是10-10米
（1）观察测量：扫描隧道显微镜
（2）单分子油膜法：
d=V/S
3．分子间有空隙
4．阿伏加德罗常数
NA=6.02×1023mol-1
5．微观物理量的估算
（1）分子的质量
m=M/NA
（2）分子的体积
v=V/NA=M/(ρNA)
（只适用于固体、液体）
七、教学反思
回忆自己对本课的设计过程和教学实践，消化同行们的评课，在下列各处中有待改进。
1．教师在讲完测量绿豆大小方法后，最好是将绿豆无重叠地平摊在一个透明的容器中，并用实物投影仪进行投影，增加学生对实验的直观感觉，为下面的单分子油膜实验做好铺垫。
2．本节课的演示实验有所突破。测绿豆直径实验有助于学生理解单分子油膜法测分子直径的实验原理，课堂演示单分子油膜法估测分子直径实验，实验过程清晰，并能实际测出分子的直径
，给学生强烈的振憾，印象深刻。
3．本节课在实验设计上花了较多的时间，所以在阿伏加德罗常数的应用上花的时间不多，在下一课时中要加强学生对阿伏加德罗常数的应用。