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2019-2020年高中物理《物體是由大量分子組成的》教案5 新人教版選修3-3 一、教學目標 1．在物理知識方面的要求： （1）知道一般分子直徑和質量的數量級； （2）知道阿伏伽德羅常數的含義，記住這個常數的數值和單位； （3）知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。 2．培養(yǎng)學生在物理學中的估算能力，會通過阿伏伽德羅常數估算固體和液體分子的質量、分子的體積（或直徑）、分子數等微觀量。 3．滲透物理學方法的教育。運用理想化方法，建立物質分子是球形體的模型，是為了簡化計算，突出主要因素的理想化方法。 二、重點、難點分析 1．重點有兩個，其一是使學生理解和學會用單分子油膜法估算分子大小（直徑）的方法；其二是運用阿伏伽德羅常數估算微觀量（分子的體積、直徑、分子數等）的方法。 2．盡管今天科學技術已經達到很高的水平，但是在物理課上還不能給學生展現(xiàn)出分子的真實形狀和分子的外觀。這給講授分子的知識帶來一定的困難，也更突出了運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、分子數的重要意義。 三、教具 1．幻燈投影片或課件：水面上單分子油膜的示意圖；離子顯微鏡下看到鎢原子分布的圖樣。 2．演示實驗：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，畫有方格線的透明塑料板。 四、主要教學過程 [導入] 古代人類對物質的組成的思考：①公元前5世紀，古希臘哲學家留基波和他的學生的爭論：把一塊金子切成兩半，接著把其中一塊金子再切成兩半，這樣繼續(xù)下去，能分割到什么程度。要么這種分割能夠永遠繼續(xù)下去；要么有一個限度，不能進一步分割了。也就是說，物質要么是連續(xù)的，可以無限分割下去；要么物質是由不可分的粒子構成的。在他們看來，第一種說法是荒謬的，因此，他們的結論是：物質是由小得不被察覺的“a-tomos”粒子（即原子）構成。②我國古代的一種說法：“一尺之椎，日取其半，萬世不竭”——古代，人們對物質組成的認識更多的是體現(xiàn)了一種哲學思想。而在今天，我們則更多的建立在嚴密的實驗基礎上。 [利用多媒體，逐張播放一片樹葉被不斷放大的圖片]放大6倍時，可以看到清晰的葉脈；放大xx0倍時，可以看到它是由細胞所組成的；放大到50000000倍時，就可以看到他的分子結構了 [提議學生想象] 一張光盤、一片陶瓷或一塊布片不斷放大的情景 [展示圖片] 掃瞄隧道顯微鏡下的硅片表面原子的圖像 [總結][板書] 物體是由大量分子所組成的 [新課教學] [過渡]上面分析知道：分子的體積是極其微小的,用肉眼和光學顯微鏡都不能 看到;放大到幾十億倍的掃描隧道顯微鏡才能看到。既然分子小得看不見，那怎樣能知道分子的大小呢？怎樣測量呢？ 1．分子的大小。 （1）單分子油膜法是最粗略地說明分子大小的一種方法。 將一滴體積已知的小油滴, 滴在水面上, 在重力作用下盡可能的散開形成一層極薄的油膜, 此時油膜可看成單分子油膜,油膜的厚度看成是油酸分子的直徑, 所以只要再測定出這層油膜的面積, 就可求出油分子直徑的大小. [介紹演示]如果油在水面上盡可能地散開，可認為在水面上形成單分子油膜，可以通過幻燈觀察到，并且利用已制好的方格透明膠片蓋在水面上，用于測定油膜面積。如圖1所示。 當然，這個實驗要做些簡化處理：(1)把分子看成一個個小球; (2)油分子一個緊挨一個整齊排列; (3)認為油膜厚度等于分子直徑. [提問]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？ [學生回答]d=V/S [FLASH課件模擬演示] 油膜法測分子直徑 [在此基礎上，進一步指出] ①介紹數量級這個數學名詞，一些數據太大，或很小，為了書寫方便，習慣上用科學記數法寫成10的乘方數，如310-10m。我們把10的乘方數叫做數量級，那么110-10m和910-10m，數量級都是10-10m。 ②如果分子直徑為d，油滴體積是V，油膜面積為S，則d=V/S，根據估算得出分子直徑的數量級為10-10m。 （2）利用掃描隧道顯微鏡測定分子的直徑。 （3）物理學中還有其他不同方法來測量分子的大小，用不同方法測量出分子的大小并不完全相同，但是數量級是相同的。測量結果表明，一般分子直徑的數量級是10-10m。例如水分子直徑是410-10m，氫分子直徑是2.310-10m。 （4）指出認為分子是小球形是一種近似模型，是簡化地處理問題，實際分子結構很復雜，但通過估算分子大小的數量級，對分子的大小有了較深入的認識。 2．阿伏伽德羅常數 [向學生提問]在化學課上學過的阿伏伽德羅常數是什么意義？數值是多少？明確1mol物質中含有的微粒數（包括原子數、分子數、離子數……）都相同。此數叫阿伏伽德羅常數，可用符號NA表示此常數，NA=6.021023個/mol，粗略計算可用NA=61023個/mol。（阿伏伽德羅常數是一個基本常數，科學工作者不斷用各種方法測量它，以期得到它精確的數值。） [再問學生]摩爾質量、摩爾體積的意義。 [例題分析] 下列敘述中正確的是： （1）1cm3的氧氣中所含有的氧分子數為6.021023個 （2）1克氧氣中所含有的氧分子數為61023個； （3）1升氧氣中含氧分子數是61023個； （4）1摩氧氣中所含有的氧分子數是61023 3．微觀物理量的估算 若已知阿伏伽德羅常數，可對液體、固體的分子大小進行估算。事先我們假定近似地認為液體和固體的分子是一個挨一個排列的（氣體不能這樣假設）。 [例題分析] 水的分子量18，水的密度為103kg/m3,阿伏加德羅常數為NA=6.021023個/ mol，則： （1）水的摩爾質量M=__________ （2）水的摩爾體積V=__________ （3）一個水分子的質量m0 =_____________ （4）一個水分子的體積V0 =_____________ （5）將水分子看作球體，分子直徑d=_______________ （6）10g水中含有的分子數目N=___________________ [歸納總結] 以上計算分子的數量、分子的直徑，都需要借助于阿伏伽德羅常數。因此可以說，阿伏伽德羅常數是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把摩爾質量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質量、分子體積（直徑）等這些微觀量聯(lián)系起來。 阿伏伽德羅常數是自然科學的一個重要常數?，F(xiàn)在測定它的精確值是NA=6.0220451023/mol。 （三）課堂練習 1、已知氫氣的摩爾質量是210-3kg/mol,水的摩爾質量是1.810-2kg/mol,計算1個氫分子和水分子的質量。 2、若已知鐵的原子量是56,鐵的密度是7.8103kg／m3,試求質量是1g的鐵塊中鐵原子的數目(取1位有效數字)及一個鐵原子的體積. （四）課堂小結 1．物體是由體積很小的分子組成的。這一結論有堅實的實驗基礎。單分子油膜實驗等實驗是上述結論的有力依據。分子直徑大約有10-10米的數量級。 2．阿伏伽德羅常數是物理學中的一個重要常數，它的意義和常數數值應該記住。 3．學會計算微觀世界的物理量（如分子數目、分子質量、分子直徑等）的一般方法。由于微觀量是不能直接測量的，人們可以測定宏觀物理量，用阿伏伽德羅常數作為橋梁，間接計算出微觀量來。如分子質量m，可通過物質摩爾質量M和阿伏伽德羅常數NA，得到m=M/NA。通過物質摩爾質量M、密度ρ、阿伏伽德羅常數NA，計算出分子直徑 （五）說明 由于課堂內時間限制，單分子油膜法測定分子直徑的實驗不可能在課堂上完成全過程。在課堂上通過課件的演示，讓學生看到油膜散開現(xiàn)象和油膜面積的測量方法。 五、教后記 1、本課采用多媒體教學手段，通過豐富的圖片的比較和展示，讓學生對分子的大小有一個感性的認識；同時用FLASH課件演示油膜法測分子直徑的實驗操作過程和分析方法，形象生動，有助于學生的理解和掌握； 2、在分析分子直徑的過程中還應用比喻的手法加以強調突出； 3、對阿夫加德羅常數的理解，則注重從具體例題入手。先以例題分析NA的含義和用途，再由學生當堂練習，在實踐中掌握應用NA分析問題的基本思路。