2019-2020年高中物理 7.1《物體是由大量分子組成的》教案 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 7.1《物體是由大量分子組成的》教案 新人教版選修3-3 教學目標：（1）知道一般分子直徑和質量的數(shù)量級；（2）知道阿伏伽德羅常數(shù)的含義，記住這個常數(shù)的數(shù)值和單位；（3）知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。 重點、難點分析 1．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； 2．運用阿伏伽德羅常數(shù)估算微觀量（分子的體積、直徑、分子數(shù)等）的方法。 主要教學過程 自古以來，人們就不斷的研究物質的組成 1、 2500年前，古希臘德謨克利特認為，物質是由不可再分的“原子”構成。 2、 我國古代學者認為，“語小，天下莫能破焉” 從本章開始學習熱學，研究與熱現(xiàn)象有關的事物，研究熱現(xiàn)象的規(guī)律，從宏觀的內能和微觀的分子運動論兩個方面討論熱現(xiàn)象，兩種方法相輔相成，使人們對熱現(xiàn)象的研究越來越深入。 初中講過的分子運動論的內容 1、 物質是由大量分子構成的――大小、質量、動能？？？ 2、 分子永不停息的做無規(guī)則的運動――根據(jù)什么？？？ 3、 分子間存在著相互作用的引力和斥力。――怎樣變化？？？ 分子是具有各種物質的化學性質的最小微粒，在熱學中，原子、離子、分子這些微粒做熱運動時，遵從相同的規(guī)律，所以，統(tǒng)稱為“分子” 熱學內容簡介 1．熱現(xiàn)象：與溫度有關的物理現(xiàn)象。如熱脹冷縮、摩擦生熱、水結冰、濕衣服晾干等都是熱現(xiàn)象。 2．熱學的主要內容：熱傳遞、熱膨脹、物態(tài)變化、固體、液體、氣體的性質等。 3．熱學的基本理論：由于熱現(xiàn)象的本質是大量分子的無規(guī)則運動，因此研究熱學的基本理論是分子動理論、量守恒規(guī)律。 新課教學過程 一．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說明分子大小的一種方法。 介紹并定性地演示：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。 粗測：（單層、球形、空隙 1+1≠2根據(jù)估算得出分子直徑的數(shù)量級為10-10m。） （2）利用離子顯微鏡測定分子的直徑。 看物理課本上彩色插圖，鎢針的尖端原子分布的圖樣：插圖的中心部分亮點直接反映鎢原子排列情況。經過計算得出鎢原子之間的距離是210-10m。如果設想鎢原子是一個挨著一個排列的話，那么鎢原子之間的距離L就等于鎢原子的直徑d，如圖2所示。 （3）掃描隧道顯微鏡 （幾億倍） 注意：（1）用不同方法測量出分子的大小并不完全相同，但是數(shù)量級是相同的。測量結果表明，一般分子直徑的數(shù)量級是10-10m。例如水分子直徑是410-10m，氫分子直徑是2.310-10m。 （2）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(shù)量級，對分子的大小有了較深入的認識。 二．阿伏伽德羅常數(shù) 提問：在化學課上學過的阿伏伽德羅常數(shù)是什么意義？數(shù)值是多少？明確1mol物質中含有的微粒數(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NA表示此常數(shù)， NA=6.021023個／mol，粗略計算可用NA=61023個／mol。（阿伏伽德羅常數(shù)是一個基本常數(shù)，科學工作者不斷用各種方法測量它，以期得到它精確的數(shù)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(shù)。例如，1mol水的質量是0.018kg，體積是1.810-5m3。每個水分子的直徑是410-10m，它的體積是（410－10）m3=310-29m3。如果設想水分子是一個挨著一個排列的。 提問：如何算出1mol水中所含的水分子數(shù)？ 三．微觀物理量的估算 1、分子的質量 = 摩爾質量 / 阿伏加德羅常數(shù) 練習：估測水分子的質量估測水分子的質量 解： 練習：估測氫氣分子的質量 2 分子的體積 = 摩爾體積 / 阿伏加德羅常數(shù) 練習：估算水分子的體積 3、幾個常用的等式 （1） （2）分子的個數(shù) = 摩爾數(shù) 阿伏加德羅常數(shù) 練習：若已知阿伏伽德羅常數(shù)，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：1mol水的質量是M=18g，那么每個水分子質量如何求？ 問：若已知鐵的相對原子質量是56，鐵的密度是7.8103kg／m3，試求質量是1g的鐵塊中鐵原子的數(shù)目（取1位有效數(shù)字）。又問：是否可以計算出鐵原子的直徑是多少來？ 例題一、將1摩爾的油酸溶于酒精，制成200毫升的溶液。已知1毫升的溶液有50滴，取1滴滴在水面上，在水面上形成0.2平方米的油膜，估算油酸分子的直徑 解：1 cm3的溶液中，酒精溶于水后，油酸的體積 V0 ＝1/200 cm3 ＝1/20010－6m3 1滴溶液中，油酸的體積v＝Vo/50 得到油酸分子的直徑為d ＝ v / s＝510－10米 注：酒精的作用 （1）、提高擴散速度 （2）、油膜面積不致于很大，易于測量 例題二、10克的氧氣，在標準狀況下（0 ℃，1 atm） （1）、含有多少個氧氣分子？ （2）、占有多大體積？ 例題三、估算標準狀況下，氣體分子和水分子的間距 1、氣體分子間距 r r 1、同理，水的摩爾體積v＝1810－3， 注：1、比較間距的大小 2、邊長＝間距 2、 還可以看成球形模型v＝4 π r 3 / 3 例題四、空氣的摩爾質量m＝2910 －3 kg / mol， 當V＝45 m3時， 求：氣體的質量M＝？ 解： 例題五、水的質量為m，密度為ρ，變成蒸氣后體積為V，求： 解： 課堂練習 1．體積是10-4cm3的油滴滴于水中，若展開成一單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級是（B） A.102cm2 B.104cm2 C.106cm2 D. 108cm2 2．已知銅的密度是8.9103kg／m3，銅的摩爾質量是63．510-3kg／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：3．81023， 310-10m 閱讀材料 納米時代科技 　　互聯(lián)網(wǎng)的來臨，帶給人類的是溝通的無限；基因工程研究的突破，使人類看到了再造自身的希望；現(xiàn)在人類的腳步邁進了納米時代，各領域、行業(yè)、行為都充滿了太多的未知和希望。 　　納米技術是繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后人們關注的又一大熱點。納米是一個什么樣的概念呢？納米是一個幾何尺寸的量度單位，同我們常用“米”一樣，只不過它僅為一米的十億分之一，略等于45個原子排列起來的長度，而納米技術則是指制造體積不超過數(shù)百個納米的物體，其寬度只有幾十個原子聚集在一起的寬度。 　　在納米的世界里，物質的我發(fā)生了神奇的變化。如導電性能良好的銅在納米級就不導電了，而絕緣的二氧化硅在納米級就開始導電了；二氧化硅陶瓷在通常情況下是很脆的，但當二氧化硅陶瓷顆?？s小到納米級時，脆性的陶瓷竟然具有了韌性。 　　新的制高點 　　可以說，互聯(lián)網(wǎng)是美國人發(fā)明的，所以美國人靠著互聯(lián)網(wǎng)不斷地掠奪著世界上的大部分資源和財富，因為它是互聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)治者。 　　在納米時代還未達到全盛之際，一切規(guī)則還沒有確定，誰占有了制高點誰就有了一切。因此在過去的五年中，集中于納米方面的研究項目幾乎在所有的工業(yè)化國家就已經開始了。目前的現(xiàn)狀是，美國在全成、化學、生物方面領先，但在納米設備的研究、納米器械的生產和超精機械、陶瓷等材料上是落后的；日本在納米器械的加固結構上領先；歐洲則在分散和涂層新型的儀器方面實力非常強大。 　　我國對納米技術也并不落后，在某些方面還居領先地位。 　　90年代初起，中國科技部、國家自然科學基金委員會、中國科學院等部門設立了攀登計劃項目和相關的重大、重點項目。去年，科技部又啟動了有關納米材料的國家重點基礎研究項目，投入數(shù)千萬元人民幣資金支持基礎研究。目前，中國已經建成了幾個納米研究基地。中科院、清華大學、北京大學等單位已經形成了一支從事納米研究的隊伍，在國際上取得了一系列令人矚目的成果。 　　中國重大基礎研究納米材料科學專家組首席專家張立德日前在接受采訪時說，中國納米基礎研究實力總體上已經躋身世界前列，“超級纖維”、碳納米管等個別工作甚至走在了世界最前沿。 　　改變生活 　　與基因技術不同，納米技術對人體本身的改造是后天的。對于那些有先天不足的人們來說，高精密和超微型技術已經成功地提高了殘疾人的生活質量和老年人的壽命。幫助不能用雙手打字的人用眼睛就可以完成工作，幫助失明者探索前途，納米技術因為其“微小”而在聽覺移植、骨髓移植等醫(yī)學領域獲得了極大的成功。 　　在全球日益關注的環(huán)保問題上，納米技術同樣可以一展身手。大規(guī)模的納米技術生產，使得產品越來越小，每件產品所消耗的原材料也越來越少，這樣就減少了能源和其他資源的消耗。另外，在對太陽能的利用和新能源的開發(fā)方面，納米技術同樣會功不可沒。 　　當納米機器人出現(xiàn)以后，我們的生活會更加精彩。在一本1986年出版的《有創(chuàng)造力的發(fā)動機》一書中，作者對未來納米技術的潛在用途作了一番引人入勝的描述：當成群的肉眼看不見的微型機器人在地毯上或書架上爬行時，大量的灰塵被分解成為原子，使這些原子復原成餐巾、肥皂或是納米計算機等等諸如此類的東西。 來源：