10.1认识分子
教
材
解
读
本节主要内容有:德谟克里特的猜想,分子的概念,分子的大小。本节是学生探索物质微观结构的开端,而历史上探索物质结构正是从德谟克里特的“原子”猜想开始的,所以教材从这里展开,这样也有助于学生从自己的生活经验出发建立物质结构的模型。然后介绍阿伏加德罗提出的分子的概念,认识到分子很小,而且一般物体中分子的个数很多,为后面学习分子动理论和原子结构作准备。
本节的编写思路是:从人类认识微观世界的历程展开学生的学习过程。德谟克里特的“原子”猜想虽然不是现代科学意义上的原子,但可以说是“物质是由微粒构成”的观点的源头。对此,这里教材为了展示人类探索的历程,做了较为详细的说明,而且把猜想方法单列明示出来,意在突出猜想方法的内涵。而对分子的概念、分子的大小,则以介绍、图片展示和通过计算、体验为主,让学生想象和感受分子的大小。
教
学
目
标
知识与技能
1.知道物质是由分子组成的,分子是保持物质化学性质不变的最小微粒,大多数分子直径的数量级为10-10 m。
2.知道分子的体积及质量非常小,一般物体中含有大量分子。
过程与方法
1.学习领会猜想的方法。
2.经历通过计算认识分子小和多的过程,感知分子的大小,逐步形成丰富的想象力。
情感、态度与价值观
通过分析事例,意识到我们身边常见的现象里可能隐含着深刻的物理学道理,从而激发探索微观世界的兴趣。
重点:认识和感受分子的小和多——教师展示有关图片,设置有关计算,让学生体验、感受分子的小和多。
难点:猜想方法——猜想是研究微观世界时常用的方法,教学过程中教师可引导学生重温德谟克里特当年的思路,让学生经历作出猜想、并说出作出猜想的思路的过程,最后教师明确两点:(1)在研究物质的微观结构时,由于人们无法用肉眼直接观察,由此常常采用猜想的方法来研究;(2)猜想终究只是猜想而已,确定猜想是否正确,要经过实践的检验,只有那些被实践证明了是正确的猜想,才被认为是科学的理论。
拓
展
资
料
早期的人们都把自然现象归于某种单一的自然物质,如水、气、火等。古希腊的“四元素说”和中国古代的“五行说”都属于这类学说,这种做法虽然完成了对自然界的统一解释,但并不令人信服。用单一的自然物质作为自然界统一的基础是行不通的。自然界的现象和事物是复杂多样的,将“多”统一成“一”是不可行的,特别是在现象的层次上,更是不能服人。
原子论者留基伯、德谟克里特提出了科学思想史上极为重要的原子论思想。原子论主张世界是统一的,自然现象可以得到统一的解释,但统一不是在宏观的层次上进行的,不是将一些自然物归结为另一些自然物,而是将宏观的东西归结为微观的东西,这些微观的东西就是原子。
把一个物体一分为二,它变得更小,但仍然是一个物体,它还可以被一分为二。这个过程是否可以无限地进行下去呢?原子论者说,不能。分割过程进行到最后,必然会有一个极限,这个极限就是原子。所谓原子,在希腊文中的意思是“不可再分割的微粒”。原子太小,我们看不见,但世界上的万事万物都是由原子构成的,世界的共同基础是原子。
为什么世界上诸种事物会彼此不一样呢?原子论者回答说,这是因为组成它们的原子在形状、大小、数量上不一样。这个回答虽看似平常,但非同一般。原因在于,它们看起来彼此有质的区别,原子论把这些质的区别还原成一些量上的差异,就使统一的自然界可以用数的科学来描述。
原子论在希腊时代还只是思辨的产物,主要是一种哲学理论,不是科学理论,原子论者留基伯和德谟克里特本人并不是科学家。但是作为一种杰出的科学思想,原子论有其重要的历史地位。近代科学重新复兴了原子论,并在实验的基础上构造了物质世界的原子结构。今天,“原子”已不再是一种哲学的思辨,而是一个物理学概念。物质由分子构成,分子由原子构成,而原子则由原子核和核外电子组成。20世纪,人们对原子核的内部组成又有了新的发现。
教
学
建
议
由于本节课是全章的第一节,所以首先是章标题的引入。章标题可以采用直接引入的方法,然后让学生阅读章首诗。阅读后由教师组织,就学生没有读懂的词句进行交流讨论。对于学生提出的问题,可先由其他同学解释,解释不出或解释有偏差,最后由教师给出比较明确的观点。如“物质的本源是什么”——是在探究构成物质的微观粒子;“何处是宇宙尽头”——是在追寻宇宙的结构和边界;“夸克何时走出禁闭”说的是目前科学家还没有找到独立存在的夸克粒子,夸克被封闭在质子、中子或其他粒子之中,所以称为“夸克禁闭”;“太空深处可有人家”是指人类近年来探寻外星生命的事情。在此过程中,教师要及时对学生的观点予以评价和梳理。
教
学
方
法
阅读、交流讨论。
学点1 德谟克里特的猜想
现象观察:如图10-1-1所示。
图10-1-1
现象分析:铁铲用久会变薄、花园中四处飘香……古希腊的哲学家德谟克里特认为,石块、铁铲、花粉……它们是很微小地一点一点散失的。因此,他猜想,大块物体是由__极小__的物质粒子组成的。德谟克里特把这种物质微粒叫做“__原子__”。
学点2 什么是分子
事例展示:如图10-1-2所示为DNA(脱氧核糖核酸)大分子结构图。
图10-1-2
归纳总结:化学家从实验中发现,自然界中确实存在着能保持物质__化学性质__不变的最小微粒。1811年,意大利物理学家阿伏加德罗首先把它叫做__分子__。我们常见的物体都是由__分子__组成的。
学点3 分子的大小
事例展示:如图10-1-3所示是指扫描隧道显微镜(STM)在一个遗传分子上扫描的形状。
图10-1-3
归纳总结:分子一般需要用__电子__显微镜进行观察。大多数分子直径的尺度,其数量级为__10-10__m。分子质量也很小,如一个水分子的质量约为__3×10-26__kg。
活动展示:油膜法测分子大小。
图10-1-4
归纳总结:(1)把一小滴油酸滴在水面上,并使其尽量散开,油酸分子直径__等于__薄油层的厚度。
(2)一小滴油酸的体积约为V,把它滴在水面上散开,可形成面积为S的薄油膜层,由此可推断,油酸分子的直径__d=__。