一、分子及其热运动教学设计和教学实录

《

分子及其热运动》教学设计

【教学目标】

1．知识和技能：

（1）知道并记住什么是布朗运动，知道影响布朗运动激烈程度的因素，知道布朗运动产生的原因。

（2）知道布朗运动是分子无规则运动的反映。

（3）知道什么是分子的热运动，知道分子热运动的激烈程度与温度的关系。知道可以利用单分子油膜法测定分子的直径。

2．过程与方法：

通过对布朗运动的观察，发现其特征，分析概括出布朗运动的原因；培养学生概括、分析能力和推理判断能力。

3.情感态度及价值观：从对悬浮颗粒无规则运动的原因分析，使学生初步接触到用概率统计的观点分析大量偶然事件的必然结果。

【重点难点】

1．引导学生思考、分析出布朗运动不是外界影响产生的，是液体分子撞击微粒不平衡性产生的。布朗运动是永不停息的无规则运动，反映了液体分子的永不停息的无规则运动。这一连串结论的得出是这堂课的教学重点。

2．布朗运动不是分子运动，但它又间接反映液体分子无规则运动的特点。这是课堂上的难点。这个难点要从开始分析显微镜下看不到分子运动这个问题逐渐分散解疑。

【教具准备】

多媒体课件

【教学过程】

（一）引入新课

物质是由什么组成的？请大家讨论

（二）新课教学过程

一．介绍布朗运动现象

1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉，发现花粉颗粒在水中不停地做无规则运动，后来把颗粒的这种无规则运动叫做布朗运动。不只是花粉，其他的物质如藤黄、墨汁中的炭粒，这些小微粒悬浮在水中都有布朗运动存在。

介绍显微镜下如何观察布朗运动。在载物玻璃上的凹槽内用滴管滴入几滴有藤黄的水滴，将盖玻璃盖上，放在显微镜载物台上，然后通过显微镜观察，在视场中看到大大小小的许多颗粒，仔细观察其中某一个很小的颗粒，会发现在不停地活动，很像是水中的小鱼虫的运动。将一台显微镜放在讲台上，然后让用显微摄像头拍摄布朗运动，经过电脑在大屏幕上显示投影成像，让全体学生观察，最好教师用教鞭指一个颗粒在屏幕上的位置，以此点为参考点，让学生看这颗微粒以后的一些时间内对参考点运动情况。

让学生看教科书上图，图上画的几个布朗颗粒运动的路线，指出这不是布朗微粒运动的轨迹，它只是每隔30秒观察到的位置的一些连线。实际上在这短短的30秒内微粒运动也极不规则，绝不是直线运动。

二、分子

1.分子的定义

构成物质的单元是多种多样的:或是原子(如金属),或是离子(如盐类),或是分子(如有机物)。在热学中,由于这些微粒做热运动时遵从相同的规律,所以在这里把它们统称为分子。

2.分子的大小

测定结果表明,除了一些有机物质的大分子外,一般物质分子直径的数量级为10-10 m。

三、用油膜法估测分子的大小

1.分子的简化模型

(1)将油酸分子视为小球,这是一个理想化模型; (2)将分子间的空隙忽略不计,认为分子间无空隙; (3)水面上形成的是单分子油层(如图所示)。

2.实验原理

(1)测出油酸液滴的体积V; (2)测出油膜的面积S;

四、阿伏加德罗常数

1.含义

1 mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个数目用阿伏加德罗常数来表示。

2.数值

阿伏加德罗常数的值是6.022 136 7×1023 mol-1,通常可取6.02×1023 mol-1。

3.符号

阿伏加德罗常数常用符号NA表示。分子很小很小,所以常见物体中所含的分子数很多很多。1 cm3水中含有的分子数约为3.3×1022个。

五、分子的热运动

1.热运动的定义

分子的无规则运动跟温度有关系,所以通常把分子的这种运动叫作热运动。

2.扩散

随处可见的扩散现象就是物质分子永不停息地做无规则运动的证明。

3.扩散与温度的关系

温度越高,扩散进行得越快。

六、布朗运动

1.定义

液体或气体中悬浮微粒的无规则运动叫作布朗运动。

2.特点

微粒越小,运动就越明显。

3.原因

液体(或气体)分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。

所以微粒的布朗运动的无规则性,反映了液体(或气体)内部分子运动的无规则性。

4．介绍布朗运动的几个特点

（1）连续观察布朗运动，发现在多天甚至几个月时间内，只要液体不干涸，就看不到这种运动停下来。这种布朗运动不分白天和黑夜，不分夏天和冬天（只要悬浮液不冰冻），永远在运动着。所以说，这种布朗运动是永不停息的。

（2）换不同种类悬浮颗粒，如花粉、藤黄、墨汁中的炭粒等都存在布朗运动，说明布朗运动不取决于颗粒本身。更换不同种类液体，都不存在布朗运动。

（3）悬浮的颗粒越小，布朗运动越明显。颗粒大了，布朗运动不明显，甚至观察不到运动。

（4）布朗运动随着温度的升高而愈加激烈。

3．分析、解释布朗运动的原因

（1）布朗运动不是由外界因素影响产生的，所谓外界因素的影响，是指存在温度差、压强差、液体振动等等。

分层次地提问学生：若液体两端有温度差，液体是怎样传递热量的？液体中的悬浮颗粒将做定向移动，还是无规则运动？温度差这样的外界因素能产生布朗运动吗？

归纳总结学生回答，液体存在着温度差时，液体依靠对流传递热量，这样悬浮颗粒将随液体有定向移动。但布朗运动对不同颗粒运动情况不相同，因此液体的温度差不可能产生布朗运动。又如液体的压强差或振动等都只能使液体具有定向运动，悬浮在液体中的小颗粒的定向移动不是布朗运动。因此，推理得出外界因素的影响不是产生布朗运动的原因，只能是液体内部造成的。

（2）布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。

显微镜下看到的是固体的微小悬浮颗粒，液体分子是看不到的，因为液体分子太小。但液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当微小颗粒足够小时，它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。如教科书上的插图所示。

在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到撞击作用强，它就沿着这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强，它又向着另一个方向运动。任一时刻微小颗粒所受的撞击在某一方向上占优势只能是偶然的，这样就引起了微粒的无规则的布朗运动。

悬浮在液体中的颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞击的分子数越小。布朗运动微粒大小-6-10在10m数量级，液体分子大小在10m数量级，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因此，布朗运动越明显。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞击的分子越多，撞击作用的不平衡性就表现得越不明显，以至可以认为撞击作用互相平衡，因此布朗运动不明显，甚至观察不到。

液体温度越高，分子做无规则运动越激烈，撞击微小颗粒的作用就越激烈，而且撞击次数也加大，造成布朗运动越激烈。

5．布朗运动的发现及原因分析的重要意义

（1）结合上面的讲解分析提问学生：布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒分子的运动吗？是液体分子无规则运动吗？布朗微粒是被谁无规则撞击而造成的？布朗运动间接地反映了谁的无规则运动？

综合学生回答归纳总结：

（1）固体颗粒是由大量分子组成的，仍然是宏观物体；显微镜下看到的只是固体微小颗粒，光学显微镜是看不到分子的；布朗运动不是固体颗粒中分子的运动，也不是液体分子的无规则运动，而是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动。无规则运动的原因是液体分子对它无规则撞击的不平衡性。因此，布朗运动间接地证实了液体分子的无规则运动。

（2）布朗运动随温度升高而愈加激烈，在扩散现象中，也是温度越高，扩散进行的越快，而这两种现象都是分子无规则运动的反映。这说明分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子无规则运动越激烈。所以通常把分子的这种无规则运动叫做热运动。

六、应用

【例题1】

将1 cm3的油酸溶于酒精,制成200 cm3的油酸酒精溶液,已知1 cm3的溶液有50滴,现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上,随着酒精溶于水,油酸在水面上形成一单分子薄层,已测出这一薄层的面积为0.2 m2,由此可估算出油酸分子的直径为多大? 【例题2】

水的相对分子质量是18,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,则: (1)水的摩尔质量M=

g·mol-1或M=

kg·mol-1;

(2)水的摩尔体积V=

m3·mol-1;

(3)一个水分子的质量m=

kg;

(4)一个水分子的体积V'=

m3;

(5)将水分子看成是球体,水分子的直径d=

m,一般分子直径的数量级都是

m。

【例题3】

扩散现象说明了(

) A.物质是由大量分子组成的

B.物质内部分子间存在着相互作用力

C.分子间存在着空隙

D.分子在永不停息地做无规则的运动

【例题4】

如图所示是关于布朗运动的实验,每隔30 s记录一次微粒的位置。下列说法中正确的是(

) A.图中记录的是分子无规则运动的情况

B.图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹

C.微粒越大,布朗运动越明显

D.温度越高,布朗运动越剧烈

（三）课堂小结

1．通过这节课你学到了什么？

2．物质是由什么构成的？

3．举例说明分子在不停地做无规则运动。为什么分子运动也叫热运动？

4．什么是布朗运动？什么是扩散？

【板书设计】

第一节 分子及其热运动

一、分子

二、用油膜法估测分子的大小

三、阿伏加德罗常数

四、分子的热运动

五、布朗运动