高中物理1 物体是由大量分子组成的教学设计

高二新课                          夏 令 营                        2006-08-13

§11.1 物体由大量分子组成

要    点：理解油膜法测分子直径的方法

          知道阿伏加德罗常数的数值和单位，能进行相应的计算

          知道一般分子的直径的数量级和质量数量级

教学难点：宏观到微观的思维方法的改变和适应

考试要求：高考Ⅰ（物质是由大量分子组成的），会考

课堂设计：鉴于学生在初中已接触分子运动的基本内容，而又有一定化学（原子）知识，不必再对这个理论的形成进行讲述。课堂教学针对学生认为不可能（用简单方法测到分子直径）的实验引起学生的兴趣，并详细介绍实验中的“放大”作用，体会怎样通过宏观量来（间接）测量微观量，使得在没有实验、多媒体的配合下有一个新奇的印象。通过对分子的具体计算和比较、抽象思维和理想化模型的处理，对看不见摸不着很微小的分子（直径数量级、质量数量级）有个初步的了解。利用阿伏加德罗常数进行数量计算后，通过小结点明思维方法的不同，激发学习兴趣。

解决难点：学生对由宏观量表示微观量的认识并不难，但这种简单原理应用中有极高的思维要求，尽管学生可以通过结合化学知识、阿伏加德罗常数对微小量进行计算，但其真正体会分子小到什么程度还需要相应的练习来理解和巩固。

学生现状：学生知道分子很小，但没有建立数量级，无法表示小到什么程度；

          不能理解油膜法测分子直径的实验原理和意义；

          首次涉及测定微小量中的思维能力缺乏准备。

培养能力：分析综合能力，理解推理能力，实验能力

思想教育：唯物主义世界观，爱国主义，自信和自强

课堂教具：直玻管（一端封闭）、水杯、红色水、酒精、小烧杯、滴管

备    注：学生实验《用油膜法估测分子的大小》不安排在夏令营中进行

一、引入(8’)

从今天开始我们将学习热学，热学知识主要分为两部分：第一部分是从微观角度研究热学问题，即从分子动理论的观点认识热现象；第二部分是从宏观角度研究热学问题，即从能量的观点认识热现象。这一章先学第一部分，即从分子动理论的观点来认识热现象。

【问】 首先谈谈你们对分子的认识，你认可三大内容的理由？

    ①物质由大量分子组成

      证明：微粒间有空隙

            ——能找到这种空隙就能证明微粒的存在

演示水和酒精混合后体积减小

    ②分子在不停地作无规则运动

      气味的扩散、溶解、墨水的扩散

③分子间有相互的作用力

（注：物理学中把原子、分子、离子统称为分子，区别与化学中的分子）

    研究分子运动与原来高一知识是不同的：宏观与微观，个体与群体，实验与想象。本节课我们就来学习构成物质的微粒的特点。

二、分子大小的测定(20’)

【问】你们认为分子很小，小到什么程度？

    １厘米3的水，分子数为3.35×1022个，若均匀分布地球表面，则5亿个/米2；若像拉面一样拉成一列，长度是地球太阳间的90倍。

    若我们吸满一个口腔的空气，以1亿个/秒的速度吸入气体分子，达到1大气压需要2200个世纪。

    分子极其微小，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。现在有了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，用它能观察到物质表面的分子。 怎样才能知道分子的大小呢？

【思考】现在我们有一个集装箱的乒乓球，如何测得一个球的高度？

请注意：微观的“球”是不能直接测得高度的

阅读课本测定分子大小的方法（油膜法）， 思考

这个实验中主要推荐的是一种科学的思维方式：怎样用宏观量表示微观量。

【思考题】

1、   用什么方法来测定分子的大小和直径？

2、   怎样才能用此方法来测分子的直径和大小？

3、  用此方法测分子直径的科学依据是什么？

分析：1、粗略测定法：单分子层油膜法测分子直径

油膜法测定分子直径：        对应具体的数据计算

    ①取一滴油，测出其体积    1厘米3

    ②稀释（放大）            加溶剂至 200厘米3

    ③取稀释液1滴            如125滴为1厘米3，此时

                              含油为1/(200·125)厘米3

    ④扩展成油膜              水面尽量扩展

    ⑤测油膜面积              单层划格，得S

        一般油膜能达到1/4～1/3米2，以割补法求所占格的面积

    ⑥设分子为球形且单层排列  理想化模型

⑦计算厚度（直径）        D＝1/(200·125·S)厘米

                              一般在10-10m数量级上

2、测定原理d=V/s

3、科学依据：

①油分子看成球形

②将油膜看成单分子油膜

③不考虑油分子之间的间隙

注：建立理想化分子模型是物理研究的重要方法

4、分子直径的数量级：10-10m

举例：水分子直径的数量级 4×10-10m；氢气分子直径2.3×10-10m。

分子是很小的，如果把水分子跟乒乓球比就相当于乒乓球跟地球大小相比，每个物体分子的数目都大的惊人。

例如：1cm3水中约有3.3×1022m个分子，假如全世界的人不分男女老少都来数这些分子，每人每秒数一个也需要大约17万年才能数完。

例：一滴石油体积为10-3cm3,把它滴在平静的湖面上，扩散成面积为2.5m2的单分子层油膜，则石油的半径为多少？（2×10-10m）

三、阿伏加德罗常数(10’)

【问】怎么理解“摩尔”？

    物质量的单位——国际单位制中的基本单位之一

    1971年第14届国际计量大会决定，把0.012克C12所含的结构粒子数定义为1摩尔。

    即：NA＝6.02×1023mol-1

    单位：个/摩尔——类似箱、打、年、光年等单位量

    摩尔有两个含义：①能表示一种（特定）物质的质量

                    ②能表示所含的结构粒子数

    它是一个很大的数，但用在微观上，并不一定表示很多的量（如体积、质量等）

    因为分子很小，所以构成一般（宏观上能测量到的）物体，需要很大的数目，NA就是起这样作用的一个单位量。

    这是一个极其重要的物理量，它时宏观量和微观量之间的联系桥梁：

    例：已知1摩尔的水质量0.018千克，求水分子质量

    m＝0.018千克/NA＝3.0×10-26千克

    微观的极小量构成了宏观，宏观的测量证实了微观（辩证关系）

    无法直接测得的分子大小、分子质量跟宏观的摩尔体积、摩尔质量联系在一起。

四、小结和练习(5’)

    分子很小：直径数量级10-10m

    分子很轻：质量数量级10-26～10-30kg

    重要常数：NA＝6.02×1023mol-1

阅读材料《纳米技术》

作业：课本P71 练习一（检查板演的列式）

    摩尔质量：1摩尔该种物质分子的集合总质量（与物质有关），千克/摩尔

              若以克/摩尔为单位，则摩尔质量恰好是其分子量

    摩 尔 数：一定物质量中含有的粒子数是摩尔的倍数

教学札记：

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