物质是由大量分子组成的1

物质是由大量分子组成的

【教学目的】

1.了解物质是由大量分子组成。了解分子虽小但是可认识的,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。通过测量分子的直径和质量，教给学生研究物理问题的方法。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。培养学生在物理学中的估算能力

4、体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法

【教学重点、难点】

其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；其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。

课时安排：1课时

【课前准备】

教学设备：投影仪、平板玻璃、量筒、塑料尺、水槽、透明方格纸、滑石粉、一次性针筒（5ml）、一小袋小白菜菜籽、洗洁精酒精溶液（1∶200）、长玻璃管、红墨水、酒精

学生：预习本节内容

【教学过程】

引言：前七章学习了有关力学方面知识，认识了力和运动一些规律。从第八章开始学习有关热学方面知识。初中也学过一些热现象，对其本质

也用分子动理论去认识，但很不够。这一章要进一步学习分子动理论的知识，并讨论热现象的本质及包括热能在内的能量转化和守恒定律。

自古以来，人们就不断地探索物质组成的秘密。两千多年以前，古希腊的著名思想家谟克得特说过，万物都是由极小的微粒构成的，并把这种微粒叫做原子。这种古代的原子学说虽然没有实验根据，却包含着原子理论的萌芽。科学技术发展到今天，原子的存在早已不是猜想，而被实验所证实。

请大家回忆一下初中学过的分子动理论基本内容有几点？（答：物质是由大量分子组成的、分子不停地做无规则运动、分子之间有相互作用力。）

提问：什么是分子？

（答：组成物质的最小微粒叫分子）

教师：分子是很小的，教师引导学生观察课本的彩图2，让学生明确可用扫描隧道显微镜来观察分子并测量其大小，而光学显微镜则不行。

学生：观看课本插图，比较光学显微镜和扫描隧道显微镜的放大倍数。

教师：分子到底有多大？用什么方法才能测出分子的大小呢？（不要求学生回答）

学生：思考

教师：出示下列器材：一袋小白菜菜籽、一只10ml量筒、一把塑料尺，并提出问题“怎样测出菜籽直径”。

学生：思考，提出实验方案，并在教师引导下加以修正。

教师：综合讲评学生方案，通过投影仪定性演示实验：量取3ml菜籽；在投影仪载物台上加放玻璃；在玻璃上把菜籽平摊成矩形。

学生：观察实验，回答出计算菜籽直径的关系式是d=V/S。

教师：菜籽和分子差不多大小都比较小，“测菜籽直径的办法是通过测量圈套量来研究较小量”，至于分子我们可以引申成“测分子直径的办法是通过测量宏观量来研究微观量”。下面大家考虑一下如何来测油分子的直径。

学生：可把油滴在水平面上，从而把油与菜籽一样平摊成一层（有的同学还说滴在水面上的油不能太多）

教师：提问：①在课堂上完成该实验的关键是什么？②怎样清楚地显示出油膜？

学生：（在教师的帮助下回答）①必须把油滴稀释才能在课堂上完成该实验，②必须在水面上洒滑石粉来显示油膜的轮廓。

教师：通过投影仪演示单分子油膜法估测分子直径实验，并用来测出分子直径数量级：把课前准备好的洗洁精酒精溶液（体积比1∶200），用针筒在接近水面处滴一滴到已洒了滑石粉的水面上，形成 单分子油膜。

学生：观察油膜形成过程及油膜形状，并提出测量油膜面积的办法（如：用透明方格纸）。在每个方格中如果洗洁精的面积多于半个格的面积，则按1个格算；如果洗洁精的面积少于半个格的面积，则忽略掉。

教师：计算出油膜面积，填入投影出的例1的空格处，待学生给出解题思路后，投影解题过程并适当讲解。

例1：洗洁精酒精溶液体积比是1∶200，1ml溶液可由针筒滴成230滴，滴该溶液一滴到水面形成 的油膜面积是 cm，可求得冼洁精（看成由单一分子组成）分子直径是多少？

学生：计算油膜面积，回答解题思路，看、听解题过程。知道分子直径的数量级为10m。

教师：物理学中测定分子大小的方法有许多种。用不同方法测出的分子大小并不完全相同介数量级是一致的。测定结果表明，除了一些有机物质的大分子外，一般分子直径的数量级为10-10m。例如：水分子直径约为4-102

×10m，氢分子的直径约为2.3×10m。 -10-10

教师：实验小结：①我们测量分子直径的方法是通过测量宏观量来研究微观量；②分子确实很小，物质是由大量分子组成的。

学生：与教师一起总结。

教师：在上述实验中我们认为分子是怎样排列的？

学生：分子成球形，一个一个紧挨一个的排列。

教师：分子间真是紧密无隙的吗？并演示水和酒精的混合实验。 学生：思考，观察，得出结论：分子间有空隙；体会“近似”是处理物理问题的方法之一。

教师：组成宏观物体的分子是很多的，那到底有多少呢？ 请大家回忆一下化学中学过1mol的任何物质所含有的微粒数都相同，这个数有多大？

学生：是阿佛加德罗常数：6.02×1023个。

教师：阿佛加德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断地用各种方法测定它，以期得到更精确的值。用投影仪投影例2

例2：现在已知1个水分子的直径为4×10-10m，1mol,水的质量是0.018kg，求lmol水中所含的水分子数（即阿伏加德罗常数）。

学生：解：根据已知条件可知lmol水的体积是1．8×10-5m3，每个分子的体积为：6(41010)310329m，则NA3181031052961023mol1

教师：阿伏加德罗常数具有非常重要的物理意义，它是联系宏观与微观的桥梁。请大家回忆并写出阿伏加德罗常数联系宏观与微观的关系式。

学生：NA=V摩尔/V分子 NA=M摩尔/M分子

教师：我们已经知道分子的体积非常小，它的质量又如何呢？（用投影仪投影例3

例3：已知1mol氢气的质量是2．016g，在标准状况下氢的密度是9.0×105g/cm,求每个氢分子的质量是多少？ －

学生：一般可讨论出两种方法：

解法1：1mol氢气的质量合2.016×10-3kg，里面含有6.02×1023个分子，则1个氢分子质量为mH2.016106.02103233.31027kg

解法2：在标准状况下1mol气体体积是22.4L，则1个氢分子质量为 mH9.010522.4102336.02103.31027kg

教师：可见分子的质量是很小的。

【课堂小结】

1、物质是由大量分子组成的；

2、研究方法小结：处理微观领域问题有别于用牛顿力学处理宏观领域问题，往往需要通过测量宏观量来间接研究微观量；

3、单分子油膜法用到的分子模型；

4、阿伏伽德罗常量的重要意义及作用。

【教学设计说明】

这一课的知识内容是简单的，但它所涉及的是高中学生很少接触的微观领域。一直沉浸在宏观现象和牛顿力学中的学生对微观现象几乎无感性认识，对研究微观现象的物理思想方法更是一无所知。我觉得通过对本课的学习，仅让学生理解知识本身是绝对不够的，还必须让学生初步把握微观领域的一些特点，体会物理学在研究微观现象时的思想方法。

其中，单分子油膜法实验是增加学生感性认识、了解微观领域特点的重要途径。该实验蕴含的实验方法充分体现了物理学研究微观现象最基本

的思想方法（放大法）。本节课成败的关键在于该实验的教学。

根据以上分析，我确定了“知识为线索、实验为中心、素质培养为重点”的教学指导思想，以实验为基础的启发式教学为基本教学方式。

由教学指导思想到顺利完成教学目标，在很大程度上取决于教学方式，而教学方式的选择又必须依靠充分的教学手段。

考虑到学生较难想到单分子油膜法测分子直径的实验方法，我在教材和资料提供的两个实验的基础上，补充了一个辅助性的实验。

单分子油膜法测分子直径实验的辅助实验：用米尺和量筒测出小白菜菜籽的直径。实际教学中学生提出的方案有三种：①、把100粒菜籽紧密排成一排，用米尺量其长度，再求直径；②、用量筒量出几百粒菜籽的体积，点出菜籽的颗数，先求出一粒菜籽的体积，再求出菜籽的直径；③、用量筒量出一定体积（V）的菜籽，把菜籽紧密地平摊成一层菜籽的矩形，再利用米测出其面积（S），最后由d=V/S算出菜籽的厚度，即菜籽的直径。

【随堂练习】

1、水的分子量是18，水的密度ρ=1×103kg/m3，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，则（1）水的摩尔质量M=_________g/mol或M；（2）水的摩尔体积V=_________m3/mol；（3）一个水分子的质量m=______kg；

（4）一个水分子的体积V/=_________m3；（5）将水分子看做是个球体，水分子的直径d=_________m，一般分子直径的数量级都是________m。（答案：（1）18；0.018；（2）1.8×10-4；(3) 3×10-26；(4) 3×10-29；(5) 3.9×10-10。）