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高中物理《物體是由大量分子組成的》教案設(shè)計(jì)范文
一、教學(xué)目標(biāo)
1．知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級(jí)；
2．知道阿伏伽德羅常數(shù)的含義，記住這個(gè)常數(shù)的數(shù)值和單位；
3．知道用單分子油膜法估算分子的直徑。
二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．重點(diǎn)有兩個(gè)，其一是使學(xué)生理解和學(xué)會(huì)用單分子油膜法估算分子大�。ㄖ睆剑┑姆椒ǎ黄涠沁\(yùn)用阿伏伽德羅常數(shù)估算微觀量（分子的體積、直徑、分子數(shù)等）的方法。
2．盡管今天科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平，但是在物理課上還不能給學(xué)生展現(xiàn)出分子的真實(shí)形狀和分子的外觀。這給講授分子的知識(shí)帶來(lái)一定的困難，也更突出了運(yùn)用估算方法和建立理想模型方法研究固體、液體分子的體積、直徑、分子數(shù)的重要意義。
三、教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示，教師講解，課件演示
四、教具
1．計(jì)算機(jī)，大屏幕；自制課件：水面上單分子油膜法測(cè)分子直徑
2．演示實(shí)驗(yàn)：演示單分子油膜：油酸酒精溶液（1： 200），滴管，直徑約20cm圓形水槽，燒杯，畫(huà)有方格線的透明塑料板。
五、教學(xué)過(guò)程
�。ǎ┮胄抡n
前面的課程我們研究的是力學(xué)的內(nèi)容，從這節(jié)課開(kāi)始我們學(xué)習(xí)熱學(xué)。這一章從微觀和宏觀的角度分別講述了分子的運(yùn)動(dòng)情況。從初中學(xué)習(xí)過(guò)的分子運(yùn)動(dòng)，我們知道“物體是由大量分子組成的”，這節(jié)課我們就來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。
【板書(shū)】第一節(jié) 物體是由大量分子組成的
�。ǘ┻M(jìn)行新課
【板書(shū)】1．分子的大小
分子是看不見(jiàn)的，怎樣能知道分子的大小呢？
�。�1）單分子油膜法是最粗略地說(shuō)明分子大小的一種方法。
【課件演示】水面上單分子油膜法測(cè)分子直徑。
【實(shí)驗(yàn)】介紹并定性地演示：如果油在水面上盡可能地散開(kāi)，可認(rèn)為在水面上形成單分子油膜，可以通過(guò)幻燈觀察到，并且利用已制好的方格透明膠片蓋在水面上，用于測(cè)定油膜面積。如圖1所示。
提問(wèn)：已知一滴油的體積V和水面上油膜面積S，那么這種油分子的直徑是多少？
在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，還要指出：
�、俳榻B數(shù)量級(jí)這個(gè)數(shù)學(xué)名詞，一些數(shù)據(jù)太大，或很小，為了書(shū)寫(xiě)方便，習(xí)慣上用科學(xué)記數(shù)法寫(xiě)成 10的乘方數(shù)，如 3×10-10m。我們把10的乘方數(shù)叫做數(shù)量級(jí)，那么 1×10-10m和 9×10-10m，數(shù)量級(jí)都是 10-10m。
�、谌绻肿又睆綖閐，油滴體積是V，油膜面積為S，則d=V／S，根據(jù)估算得出分子直徑的數(shù)量級(jí)為 10-10m。
�。�2）利用掃瞄隧道顯微鏡測(cè)定分子的直徑。
看物理課本上彩色插圖，石墨表面原子分布的圖樣：圖中的每個(gè)亮斑都是一個(gè)碳原子。如果設(shè)想碳原子是一個(gè)挨著一個(gè)排列的話，那么碳原子之間的距離L就等于碳原子的直徑d，如圖2所示。根據(jù)顯微鏡放大倍數(shù)就可以計(jì)算出碳原子的直徑。
（3）物理學(xué)中還有其他不同方法來(lái)測(cè)量分子的大小，用不同方法測(cè)量出分子的大小并不完全相同，但是數(shù)量級(jí)是相同的。測(cè)量結(jié)果表明，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)是10-10m。例如水分子直徑是4×10-10m，氫分子直徑是3×10-10m。
�。�4）指出認(rèn)為分子是小球形是一種近似模型，是簡(jiǎn)化地處理問(wèn)題，實(shí)際分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但通過(guò)估算分子大小的數(shù)量級(jí)，對(duì)分子的大小有了較深入的認(rèn)識(shí)。
【板書(shū)】分子直徑的數(shù)量級(jí)是10-10m
【板書(shū)】2．阿伏伽德羅常數(shù)
向?qū)W生提問(wèn)：在化學(xué)課上學(xué)過(guò)的阿伏伽德羅常數(shù)是什么意義？數(shù)值是多少？明確lmol物質(zhì)中含有的微粒數(shù)（包括原子數(shù)、分子數(shù)、離子數(shù)……）都相同。此數(shù)叫阿伏伽德羅常數(shù)，可用符號(hào)NA表示此常數(shù)，NA=6.02×1023個(gè)/mol。粗略計(jì)算可用NA=6×1023個(gè)/mol。（阿伏伽德羅常數(shù)是一個(gè)基本常數(shù)，科學(xué)工作者不斷用各種方法測(cè)量它，以期得到它更精確的數(shù)值。）
再問(wèn)學(xué)生，摩爾質(zhì)量、摩爾體積的意義。
如果已經(jīng)知道分子的大小，不難粗略算出阿伏伽德羅常數(shù)。
例如，lmol水的質(zhì)量是0.018kg，體積是1.8×10-5 m3。每個(gè)水分子的直徑是4×10-10m，它的體積是 =3×10-29m3。如果設(shè)想水分子是一個(gè)挨著一個(gè)排列的。
提問(wèn)學(xué)生：如何算出lmol水中所含的水分子數(shù)？
回答：
【板書(shū)】阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1
阿伏伽德羅常數(shù)是一個(gè)非常巨大的數(shù)字。例如：在0℃，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，1cm3的氣體中，含有2.7×1019個(gè)氣體分子。1cm3水中含有3.35×1022個(gè)水分子。設(shè)想有一個(gè)小動(dòng)物，每秒鐘喝去1萬(wàn)個(gè)水分子，要把這1cm3的水喝完，將用1011年，即1000億年，超過(guò)地球的年齡（45億年）二十多倍！所以說(shuō)，物體是由大量分子組成的。
【板書(shū)】3．微觀物理量的估算
若已知阿伏伽德羅常數(shù)，可對(duì)液體、固體的分子大小進(jìn)行估算。事先我們假定近似地認(rèn)為液體和固體的分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的（氣體不能這樣假設(shè)）。
提問(wèn)學(xué)生：lmol水的質(zhì)量是m=18g，那么每個(gè)水分子質(zhì)量如何求？
回答：一個(gè)水分子質(zhì)量m。=m/NA=1.8×10-2/ 6.02×1023=3×10-26（kg）。
提問(wèn)學(xué)生：若已知鐵的原子量是 56，鐵的密度是7.8×103kg／m3，試求質(zhì)量是1g的鐵塊中鐵原子的數(shù)目（取1位有效數(shù)字）。又問(wèn)：是否可以計(jì)算出鐵原子的直徑是多少來(lái)？
回答：1g鐵的物質(zhì)量是 mol，其中鐵原子的數(shù)目是n，
1g鐵的體積
(m3)
1個(gè)鐵原子的體積是 = =l×10-7/ l×1022= l×10-29（m3），
鐵原子的直徑 (m)
歸納總結(jié)：以上計(jì)算分子的數(shù)量、分子的直徑，都需要借助于阿伏伽德羅常數(shù)。因此可以說(shuō)，阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質(zhì)量、分子體積（直徑）等這些微觀量聯(lián)系起來(lái)。
阿伏伽德羅常數(shù)是自然科學(xué)的一個(gè)重要常數(shù)（曾經(jīng)學(xué)過(guò)的萬(wàn)有引力恒量也是一個(gè)重要常數(shù)）。物理常數(shù)是物理世界客觀規(guī)律的反映。一百多年來(lái)，物理學(xué)家想出各種辦法來(lái)測(cè)量它，不斷地努力，使用一次比一次更精確的測(cè)量方法�，F(xiàn)在測(cè)定它的精確值是NA=6.022045×1023個(gè)/mol
�。ㄈ┱n堂練習(xí)
1．體積是10-4cm3的油滴滴于水中，若展開(kāi)成一單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級(jí)是
A．102cm2 B．104cm2 C．106cm2 D．108cm2
答案：B
2．已知銅的密度是8.9×103kg／m3，銅的摩爾質(zhì)量是63.5×10-3kg／mol。體積是4.5cm3的銅塊中，含有多少原子？并估算銅分子的大小。
答案：3.8×1023，3×10-10米。
（四）課堂小結(jié)
1．物體是由體積很小的分子組成的。這一結(jié)論有堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。單分子油膜實(shí)驗(yàn)等是上述結(jié)論的有力依據(jù)。分子直徑大約有10-10米的數(shù)量級(jí)。
2．阿伏伽德羅常數(shù)是物理學(xué)中的一個(gè)重要常數(shù)，它的意義和常數(shù)數(shù)值應(yīng)該記住。
3．學(xué)會(huì)計(jì)算微觀世界的物理量（如分子數(shù)目、分子質(zhì)量、分子直徑等）的一般方法。由于微觀量是不能直接測(cè)量的，人們可以測(cè)定宏觀物理量，用阿伏伽德羅常數(shù)作為橋梁，間接計(jì)算出微觀量來(lái)。如分子質(zhì)量m，可通過(guò)物質(zhì)摩爾質(zhì)量M和阿伏伽德羅常數(shù)NA，得到m=M/NA。通過(guò)物質(zhì)摩爾質(zhì)量M、密度ρ、阿伏伽德羅常數(shù)NA，計(jì)算出分子直徑
d=(6V/π)1/3=(6M/ρNAπ)1/3
�。ㄎ澹┳鳂I(yè):將課本練習(xí)一（P71）第（1）、（2）、（4）題做在作業(yè)本上。
教學(xué)建議
由于課堂內(nèi)時(shí)間限制，單分子油膜法測(cè)定分子直徑的實(shí)驗(yàn)不可能在課堂上完成全過(guò)程。在課堂上讓學(xué)生看到油膜散開(kāi)現(xiàn)象和油膜面積的測(cè)量方法即可。
要想造成單分子油膜，必須選用脂肪酸類，如油酸C17H33COOH或棕桐酸C15H31COOH，這類脂肪酸分子的形狀為長(zhǎng)鏈形，它的核基一端浸入水中，而烴鏈C17H33伸在水面上方，造成油酸長(zhǎng)分子在水面上垂直排列，如圖3所示。
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