物质是由大量分子组成的教案

物质是由大量分子组成的教案

‎ ‎ ‎“物质是由大量分子组成的”教学设计 一、教学目标 ‎1．在物理知识方面的要求：‎ ‎（1）了解分子的大小，知道一般分子直径和质量的数量级；‎ ‎（2）知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位；‎ ‎（3）知道用单分子油膜方法估算分子的直径。学会研究问题的科学思维方法。 ‎ ‎2．培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。‎ ‎3．渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。‎ 二、过程与方法 ‎1、通过实验探究过程，体会科学探究的一般方法，提高学生建立理想模型进行科学估算的能力。‎ ‎2、使学生领悟用测量微小量的科学方法。‎ ‎3、体会使用尽量用酒精稀释油酸以形成单分子油膜从而减少实验误差的研究物理问题的优越性，养成良好的科学探究精神。‎ 三、重点、难点分析 ‎1．重点有：一、是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、分子数等）的方法。‎ ‎2．尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。‎ 四、教具 ‎ 1．教学挂图或幻灯投影片：水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子分布的图样。‎ ‎2．演示实验：演示单分子油膜：油酸酒精溶液（1：20O），滴管，直径约20cm圆形水槽，烧杯，画有方格线的透明塑料板。‎ ‎ ‎ 五、主要教学过程 ‎ （一）热学内容简介 ‎1．热现象：与温度有关的物理现象。如热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等都是热现象。‎ ‎2．热学的主要内容：热传递、热膨胀、物态变化、固体、液体、气体的性质等。‎ ‎3．热学的基本理论：由于热现象的本质是大量分子的无规则运动，因此研究热学的基本理论是分子动理论、量守恒规律。‎ ‎（二）新课教学过程 ‎1．分子的大小。分子是看不见的，怎样能知道分子的大小呢？‎ ‎（1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。‎ 4‎ ‎ ‎ 介绍并定性地演示：如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。‎ 提问：已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？‎ 在学生回答的基础上，还要指出：‎ ‎①介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，为了书写方便，习惯上用科学记数法写成10的乘方数，如3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级，那么1×10-10m和9×10-10m，数量级都是10-10m。‎ ‎②如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V／S，根据估算得出分子直径的数量级为10-10m。‎ ‎（2）利用离子显微镜测定分子的直径。‎ 看物理课本上彩色插图，钨针的尖端原子分布的图样：插图的中心部分亮点直接反映钨原子排列情况。经过计算得出钨原子之间的距离是2×10-10m。如果设想钨原子是一个挨着一个排列的话，那么钨原子之间的距离L就等于钨原子的直径d，如图2所示。‎ ‎（3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是10-10m。例如水分子直径是4×10-10m，氢分子直径是2.3×10-10m。‎ ‎（4）指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。‎ ‎2．阿伏伽德罗常数 向学生提问：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确1mol物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数……）都相同。此数叫阿伏伽德罗常数，可用符号NA表示此常数， NA=6.02×1023个／mol，粗略计算可用NA=6×1023个／mol。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法测量它，以期得到它精确的数值。）‎ 再问学生，摩尔质量、摩尔体积的意义。‎ 如果已经知道分子的大小，不难粗略算出阿伏伽德罗常数。例如，1mol水的质量是0.018kg，体积是1.8×10-5m3。每个水分子的直径是4×10-10m，它的体积是（4×10－10）m3=3×10-29m3‎ 4‎ ‎ ‎ ‎。如果设想水分子是一个挨着一个排列的。‎ 提问学生：如何算出1mol水中所含的水分子数？‎ ‎3．微观物理量的估算 若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。‎ 提问学生：1mol水的质量是M=18g，那么每个水分子质量如何求？‎ 提问学生：若已知铁的相对原子质量是56，铁的密度是7.8×103kg／m3，试求质量是1g的铁块中铁原子的数目（取1位有效数字）。又问：是否可以计算出铁原子的直径是多少来？‎ 归纳总结：以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。‎ 阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数（曾经学过的万有引力常量也是一个重要常数）。物理常数是物理世界客观规律的反映。一百多年来，物理学家想出各种办法来测量它，不断地努力，使用一次比一次更精确的测量方法。现在测定它的精确值是NA=6.022045×1023／mol。‎ ‎（三）课堂练习 ‎1．体积是10-4cm3的油滴滴于水中，若展开成一单分子油膜，则油膜面积的数量级是 A.102cm2 B.104cm2 C.106cm2 D. 108cm2‎ 答案：B ‎2．已知铜的密度是8.9×103kg／m3，铜的摩尔质量是63．5×10-3kg／mol。体积是4．5cm3的铜块中，含有多少原子？并估算铜分子的大小。‎ 4‎ ‎ ‎ 答案：3．8×1023， 3×10-10m ‎（四）课堂小结 ‎1．物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有10－10m的数量级。‎ ‎2．阿伏伽德罗常数是物理学中的一个重要常数，它的意义和常数数值应该记住。‎ ‎3．学会计算微观世界的物理量（如分子数目、分子质量、分子直径等）的一般方法。由于微观量是不能直接测量的，人们可以测定宏观物理量，用阿伏伽德罗常数作为桥梁，间接计算出微观量来。如分子质量m，可通过物质摩尔质量M和阿伏伽德罗常数NA，得到m=M／NA。通过物质摩尔质量 M、密度 ρ、阿伏伽德罗常数NA，计算出分子直径 ‎（五）说明 ‎1．由于课堂内时间限制，单分子油膜法测定分子直径的实验不可能在课堂上完成全过程。在课堂上让学生看到油膜散开现象和油膜面积的测量方法即可。‎ 要想造成单分子油膜，必须选用脂肪酸类，如油酸C17H33COOH或棕榈酸C15H31COOH，这类脂肪酸分子的形状为长链形，它的羧基一端浸入水中，而烃链C17H33伸在水面上方，造成油73酸长分子在水面上垂直排列，如图3所示。‎ 4‎