高中物理《物體是由大量分子組成的》教案設計範文

一、教學目標

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．知道用單分子油膜法估算分子的直徑。

二、教學重點、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．儘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、教學方法：實驗演示，教師講解，課件演示

四、教具

1．計算機，大屏幕；自制課件：水面上單分子油膜法測分子直徑

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。

五、教學過程

（－）引入新課

前面的課程我們研究的是力學的內容，從這節課開始我們學習熱學。這一章從微觀和宏觀的角度分別講述了分子的運動情況。從國中學習過的分子運動，我們知道“物體是由大量分子組成的”，這節課我們就來研究這個問題。

【板書】第一節 物體是由大量分子組成的

（二）進行新課

【板書】1．分子的大小

分子是看不見的，怎樣能知道分子的大小呢？

（1）單分子油膜法是最粗略地説明分子大小的一種方法。

【課件演示】水面上單分子油膜法測分子直徑。

【實驗】介紹並定性地演示：如果油在水面上儘可能地散開，可認為在水面上形成單分子油膜，可以通過幻燈觀察到，並且利用已制好的方格透明膠片蓋在水面上，用於測定油膜面積。如圖1所示。

提問：已知一滴油的體積V和水面上油膜面積S，那麼這種油分子的直徑是多少？

在學生回答的`基礎上，還要指出：

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 3×10-10m。我們把10的乘方數叫做數量級，那麼 1×10-10m和 9×10-10m，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）利用掃瞄隧道顯微鏡測定分子的直徑。

看物理課本上彩色插圖，石墨表面原子分佈的圖樣：圖中的每個亮斑都是一個碳原子。如果設想碳原子是一個挨着一個排列的話，那麼碳原子之間的距離L就等於碳原子的直徑d，如圖2所示。根據顯微鏡放大倍數就可以計算出碳原子的直徑。

（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並不完全相同，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4×10-10m，氫分子直徑是3×10-10m。

（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，實際分子結構很複雜，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。

【板書】分子直徑的數量級是10-10m

【板書】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麼意義？數值是多少？明確lmol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=6.02×1023個/mol。粗略計算可用NA=6×1023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，以期得到它更精確的數值。）

再問學生，摩爾質量、摩爾體積的意義。

如果已經知道分子的大小，不難粗略算出阿伏伽德羅常數。

例如，lmol水的質量是0.018kg，體積是1.8×10-5 m3。每個水分子的直徑是4×10-10m，它的體積是 =3×10-29m3。如果設想水分子是一個挨着一個排列的。

提問學生：如何算出lmol水中所含的水分子數？

回答：

【板書】阿伏伽德羅常數NA=6.02×1023mol-1

阿伏伽德羅常數是一個非常巨大的數字。例如：在0℃，1標準大氣壓下，1cm3的氣體中，含有2.7×1019個氣體分子。1cm3水中含有3.35×1022個水分子。設想有一個小動物，每秒鐘喝去1萬個水分子，要把這1cm3的水喝完，將用1011年，即1000億年，超過地球的年齡（45億年）二十多倍！所以説，物體是由大量分子組成的。

【板書】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）。

提問學生：lmol水的質量是m=18g，那麼每個水分子質量如何求？

回答：一個水分子質量m。=m/NA=1.8×10-2/ 6.02×1023=3×10-26（kg）。

提問學生：若已知鐵的原子量是 56，鐵的密度是7.8×103kg／m3，試求質量是1g的鐵塊中鐵原子的數目（取1位有效數字）。又問：是否可以計算出鐵原子的直徑是多少來？

回答：1g鐵的物質量是 mol，其中鐵原子的數目是n，

1g鐵的體積

(m3)

1個鐵原子的體積是 = =l×10-7/ l×1022= l×10-29（m3），

鐵原子的直徑 (m)

歸納總結：以上計算分子的數量、分子的直徑，都需要藉助於阿伏伽德羅常數。因此可以説，阿伏伽德羅常數是聯繫微觀世界和宏觀世界的橋樑。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）等這些微觀量聯繫起來。

阿伏伽德羅常數是自然科學的一個重要常數（曾經學過的萬有引力恆量也是一個重要常數）。物理常數是物理世界客觀規律的反映。一百多年來，物理學家想出各種辦法來測量它，不斷地努力，使用一次比一次更精確的測量方法。現在測定它的精確值是NA=6.022045×1023個/mol

（三）課堂練習

1．體積是10-4cm3的油滴滴於水中，若展開成一單分子油膜，則油膜面積的數量級是

A．102cm2 B．104cm2 C．106cm2 D．108cm2

答案：B

2．已知銅的密度是8.9×103kg／m3，銅的摩爾質量是63.5×10-3kg／mol。體積是4.5cm3的銅塊中，含有多少原子？並估算銅分子的大小。

答案：3.8×1023，3×10-10米。

（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。由於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樑，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

d=(6V/π)1/3=(6M/ρNAπ)1/3

（五）作業:將課本練習一（P71）第（1）、（2）、（4）題做在作業本上。

教學建議

由於課堂內時間限制，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。在課堂上讓學生看到油膜散開現象和油膜面積的測量方法即可。

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鍊形，它的核基一端浸入水中，而烴鏈C17H33伸在水面上方，造成油酸長分子在水面上垂直排列，如圖3所示。