2019-2020年高中物理《分子的熱運(yùn)動》教案2 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理《分子的熱運(yùn)動》教案2 新人教版選修3-3 一、教學(xué)目標(biāo) 1．物理知識方面的要求： （1）知道并記住什么是布朗運(yùn)動，知道影響布朗運(yùn)動激烈程度的因素，知道布朗運(yùn)動產(chǎn)生的原因。 （2）知道布朗運(yùn)動是分子無規(guī)則運(yùn)動的反映。 （3）知道什么是分子的熱運(yùn)動，知道分子熱運(yùn)動的激烈程度與溫度的關(guān)系。 2．通過對布朗運(yùn)動的觀察，發(fā)現(xiàn)其特征，分析概括出布朗運(yùn)動的原因；培養(yǎng)學(xué)生概括、分析能力和推理判斷能力。 從對懸浮顆粒無規(guī)則運(yùn)動的原因分析，使學(xué)生初步接觸到用概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)分析大量偶然事件的必然結(jié)果。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．通過學(xué)生對布朗運(yùn)動的觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析出布朗運(yùn)動不是外界影響產(chǎn)生的，是液體分子撞擊微粒不平衡性產(chǎn)生的。布朗運(yùn)動是永不停息的無規(guī)則運(yùn)動，反映了液體分子的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動。這一連串結(jié)論的得出是這堂課的教學(xué)重點(diǎn)。 2．學(xué)生觀察到的布朗運(yùn)動不是分子運(yùn)動，但它又間接反映液體分子無規(guī)則運(yùn)動的特點(diǎn)。這是課堂上的難點(diǎn)。這個(gè)難點(diǎn)要從開始分析顯微鏡下看不到分子運(yùn)動這個(gè)問題逐漸分散解疑。 三、教具 1．氣體和液體的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)：分別裝有二氧化氮和空氣的玻璃儲氣瓶、玻璃片；250毫升水杯內(nèi)盛有凈水、紅墨水。 2．制備好的有藤黃懸浮顆粒的水、顯微鏡用載物片、顯微攝像頭、大屏幕投影電視。 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課 讓學(xué)生觀察兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)： 1．把盛有二氧化氮的玻璃瓶與另一個(gè)玻璃瓶豎直方向?qū)谙嘟佑|，看到二氧化氮?dú)怏w從下面的瓶內(nèi)逐漸擴(kuò)展到上面瓶內(nèi)。 2．在一燒杯的凈水中，滴入一二滴紅墨水后，紅墨水在水中逐漸擴(kuò)展開來。 提問：上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)屬于什么物理現(xiàn)象？這現(xiàn)象說明什么問題？ 在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：上述實(shí)驗(yàn)是氣體、液體的擴(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散現(xiàn)象是一種熱現(xiàn)象。它說明分子在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動。而且擴(kuò)散現(xiàn)象的快慢直接與溫度有關(guān)，溫度高，擴(kuò)散現(xiàn)象加快。這些內(nèi)容在初中物理中已經(jīng)學(xué)習(xí)過了。 （二）新課教學(xué)過程 1．介紹布朗運(yùn)動現(xiàn)象 1827年英國植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察懸浮在水中的花粉，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒在水中不停地做無規(guī)則運(yùn)動，后來把顆粒的這種無規(guī)則運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動。不只是花粉，其他的物質(zhì)如藤黃、墨汁中的炭粒，這些小微粒懸浮在水中都有布朗運(yùn)動存在。 介紹顯微鏡下如何觀察布朗運(yùn)動。在載物玻璃上的凹槽內(nèi)用滴管滴入幾滴有藤黃的水滴，將蓋玻璃蓋上，放在顯微鏡載物臺上，然后通過顯微鏡觀察，在視場中看到大大小小的許多顆粒，仔細(xì)觀察其中某一個(gè)很小的顆粒，會發(fā)現(xiàn)在不停地活動，很像是水中的小魚蟲的運(yùn)動。將一臺顯微鏡放在講臺上，然后讓用顯微攝像頭拍攝布朗運(yùn)動，經(jīng)過電腦在大屏幕上顯示投影成像，讓全體學(xué)生觀察，最好教師用教鞭指一個(gè)顆粒在屏幕上的位置，以此點(diǎn)為參考點(diǎn)，讓學(xué)生看這顆微粒以后的一些時(shí)間內(nèi)對參考點(diǎn)運(yùn)動情況。 讓學(xué)生看教科書上圖，圖上畫的幾個(gè)布朗顆粒運(yùn)動的路線，指出這不是布朗微粒運(yùn)動的軌跡，它只是每隔30秒觀察到的位置的一些連線。實(shí)際上在這短短的30秒內(nèi)微粒運(yùn)動也極不規(guī)則，絕不是直線運(yùn)動。 2．介紹布朗運(yùn)動的幾個(gè)特點(diǎn) （1）連續(xù)觀察布朗運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)在多天甚至幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)，只要液體不干涸，就看不到這種運(yùn)動停下來。這種布朗運(yùn)動不分白天和黑夜，不分夏天和冬天（只要懸浮液不冰凍），永遠(yuǎn)在運(yùn)動著。所以說，這種布朗運(yùn)動是永不停息的。 （2）換不同種類懸浮顆粒，如花粉、藤黃、墨汁中的炭粒等都存在布朗運(yùn)動，說明布朗運(yùn)動不取決于顆粒本身。更換不同種類液體，都不存在布朗運(yùn)動。 （3）懸浮的顆粒越小，布朗運(yùn)動越明顯。顆粒大了，布朗運(yùn)動不明顯，甚至觀察不到運(yùn)動。 （4）布朗運(yùn)動隨著溫度的升高而愈加激烈。 3．分析、解釋布朗運(yùn)動的原因 （1）布朗運(yùn)動不是由外界因素影響產(chǎn)生的，所謂外界因素的影響，是指存在溫度差、壓強(qiáng)差、液體振動等等。 分層次地提問學(xué)生：若液體兩端有溫度差，液體是怎樣傳遞熱量的？液體中的懸浮顆粒將做定向移動，還是無規(guī)則運(yùn)動？溫度差這樣的外界因素能產(chǎn)生布朗運(yùn)動嗎？ 歸納總結(jié)學(xué)生回答，液體存在著溫度差時(shí)，液體依靠對流傳遞熱量，這樣懸浮顆粒將隨液體有定向移動。但布朗運(yùn)動對不同顆粒運(yùn)動情況不相同，因此液體的溫度差不可能產(chǎn)生布朗運(yùn)動。又如液體的壓強(qiáng)差或振動等都只能使液體具有定向運(yùn)動，懸浮在液體中的小顆粒的定向移動不是布朗運(yùn)動。因此，推理得出外界因素的影響不是產(chǎn)生布朗運(yùn)動的原因，只能是液體內(nèi)部造成的。 （2）布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個(gè)方向液體分子撞擊作用不平衡造成的。 顯微鏡下看到的是固體的微小懸浮顆粒，液體分子是看不到的，因?yàn)橐后w分子太小。但液體中許許多多做無規(guī)則運(yùn)動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時(shí)，它受到來自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。如教科書上的插圖所示。 在某一瞬間，微小顆粒在某個(gè)方向受到撞擊作用強(qiáng)，它就沿著這個(gè)方向運(yùn)動。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強(qiáng)，它又向著另一個(gè)方向運(yùn)動。任一時(shí)刻微小顆粒所受的撞擊在某一方向上占優(yōu)勢只能是偶然的，這樣就引起了微粒的無規(guī)則的布朗運(yùn)動。 懸浮在液體中的顆粒越小，在某一瞬間跟它相撞擊的分子數(shù)越小。布朗運(yùn)動微粒大小在10-6m數(shù)量級，液體分子大小在10-10m數(shù)量級，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因此，布朗運(yùn)動越明顯。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞擊的分子越多，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越不明顯，以至可以認(rèn)為撞擊作用互相平衡，因此布朗運(yùn)動不明顯，甚至觀察不到。 液體溫度越高，分子做無規(guī)則運(yùn)動越激烈，撞擊微小顆粒的作用就越激烈，而且撞擊次數(shù)也加大，造成布朗運(yùn)動越激烈。 5．布朗運(yùn)動的發(fā)現(xiàn)及原因分析的重要意義 （1）結(jié)合上面的講解分析提問學(xué)生：布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的固體微粒分子的運(yùn)動嗎？是液體分子無規(guī)則運(yùn)動嗎？布朗微粒是被誰無規(guī)則撞擊而造成的？布朗運(yùn)動間接地反映了誰的無規(guī)則運(yùn)動？ 綜合學(xué)生回答歸納總結(jié)： （1）固體顆粒是由大量分子組成的，仍然是宏觀物體；顯微鏡下看到的只是固體微小顆粒，光學(xué)顯微鏡是看不到分子的；布朗運(yùn)動不是固體顆粒中分子的運(yùn)動，也不是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動，而是懸浮在液體中的固體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動。無規(guī)則運(yùn)動的原因是液體分子對它無規(guī)則撞擊的不平衡性。因此，布朗運(yùn)動間接地證實(shí)了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動。 （2）布朗運(yùn)動隨溫度升高而愈加激烈，在擴(kuò)散現(xiàn)象中，也是溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行的越快，而這兩種現(xiàn)象都是分子無規(guī)則運(yùn)動的反映。這說明分子的無規(guī)則運(yùn)動與溫度有關(guān)，溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動越激烈。所以通常把分子的這種無規(guī)則運(yùn)動叫做熱運(yùn)動。 （三）課堂小結(jié) 1．要知道什么是布朗運(yùn)動。它是懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動，是在顯微鏡下觀察到的。 2．知道布朗運(yùn)動的三個(gè)主要特點(diǎn)：永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動；顆粒越小，布朗運(yùn)動越明顯；溫度越高，布朗運(yùn)動越明顯。 3．產(chǎn)生布朗運(yùn)動的原因：它是由于液體分子無規(guī)則運(yùn)動對固體微小顆粒各個(gè)方向撞擊的不均勻性造成的。 4．布朗運(yùn)動間接地反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動，布朗運(yùn)動、擴(kuò)散現(xiàn)象都有力地說明物體內(nèi)大量的分子都在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動。 （四）．典型題剖析 　例1　 關(guān)于布朗運(yùn)動的下列說法中，正確的是　[　　　 ] A．布朗運(yùn)動就是分子的運(yùn)動． B．布朗運(yùn)動是組成固體微粒的分子無規(guī)則運(yùn)動的反映． C．布朗運(yùn)動是液體或氣體分子無規(guī)則運(yùn)動的反映． D．觀察時(shí)間越長，布朗運(yùn)動越顯著． E．陽光從縫隙射入教室，從陽光中看到的塵埃的運(yùn)動就是布朗運(yùn)動． 分析　 布朗運(yùn)動指的是懸浮在液體或氣體里的固體微粒的運(yùn)動，不是分子本身的運(yùn)動．A錯(cuò)． 布朗運(yùn)動是由于液體或氣體分子無規(guī)則運(yùn)動碰撞固體微粒產(chǎn)生的，因此可以從布朗運(yùn)動間接反映液體或氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動．這正像一小塊面包丟到魚池中被一群小魚四面八方啄食時(shí)，可以從面包的運(yùn)動反映四周小魚的無序運(yùn)動一樣．B錯(cuò)，C正確． 布朗運(yùn)動的激烈程度與固體微粒的大小及溫度有關(guān)，與觀察時(shí)間長短無關(guān)．D錯(cuò)． 要求在實(shí)驗(yàn)中觀察到布朗運(yùn)動，關(guān)鍵條件是固體微粒的尺寸足夠小，通常從陽光中看到的塵埃，其尺寸往往比布朗運(yùn)動中固體微粒的尺寸大得多，空氣分子對它們的碰撞的不均勻性已不甚明顯，它們在空中的無序翻滾主要是在重力、浮力和氣流的共同影響下形成的，不是布朗運(yùn)動．E錯(cuò)． 答 C． 例2　 關(guān)于布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是　　　　　　　　　　　　 [　　　 ] A．圖中記錄的是分子無規(guī)則運(yùn)動的情況． B．圖中記錄的是微粒作布朗運(yùn)動的軌跡． C．實(shí)驗(yàn)中可以看到，微粒越大，布朗運(yùn)動越明顯． D．實(shí)驗(yàn)中可以看到，溫度越高，布朗運(yùn)動越激烈． 分析　 圖中記錄的是微粒每隔一定時(shí)間所在位置的連線，既不是微粒作布朗運(yùn)動的軌跡，更不是分子的無規(guī)則運(yùn)動的軌跡．A、B都錯(cuò)． 在布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中觀察到，微粒越小，溫度越高，布朗運(yùn)動越明顯．C錯(cuò)，D正確． 答 　D． 討論 分子動理論基本內(nèi)容的中心，是分子永不停息地作無規(guī)則運(yùn)動．由于無法借助顯微鏡直接看到作無規(guī)則運(yùn)動的分子，所以布朗運(yùn)動就成為證明分子無規(guī)則運(yùn)動的十分重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，此外，擴(kuò)散現(xiàn)象（分子自發(fā)地從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動）也是證明分子無規(guī)則運(yùn)動的依據(jù)． （五）課堂練習(xí) 1．關(guān)于布朗運(yùn)動的下列說法中，正確的是 [ ]。 A．布朗運(yùn)動就是液體分子的熱運(yùn)動 B．布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的固體顆粒內(nèi)的分子的無規(guī)則熱運(yùn)動 C．溫度越高，布朗運(yùn)動越激烈 D．懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動越激烈 答案：C、D。 2．如圖是觀察記錄做布朗運(yùn)動的一個(gè)微粒的運(yùn)動路線。從微粒在A點(diǎn)開始記錄，每隔30秒記錄下微粒的一個(gè)位置，得到B、C、D．E、F、G等點(diǎn)，則微粒在75秒末時(shí)的位置 [ ]。 A．一定在CD連線的中點(diǎn) B．一定不在CD連線的中點(diǎn) C．可能在CD連線上，但不一定在CD連線的中點(diǎn) D．可能在CD連線以外的某點(diǎn) 答案：C、D。 （六）、說明 1．本節(jié)課取得教學(xué)效果的關(guān)鍵是將布朗運(yùn)動演示實(shí)驗(yàn)做好，讓學(xué)生都看清楚布朗運(yùn)動。即使教學(xué)設(shè)備條件差的學(xué)校，也應(yīng)該準(zhǔn)備2～4臺生物顯微鏡，預(yù)先調(diào)好后，讓學(xué)生輪流觀察。設(shè)備條件好的學(xué)校，運(yùn)用顯微攝像頭，對準(zhǔn)載玻璃上有藤黃的懸浮液，拍攝的結(jié)果通過電腦在大屏幕投影電視上展現(xiàn)出來。用顯微鏡觀察布朗運(yùn)動全部過程也應(yīng)拍攝出來，給學(xué)生展示。 2．對于分子的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動，要注意是無規(guī)則，而不是無規(guī)律。無規(guī)則是指由于分子之間的相互碰撞，每個(gè)分子的運(yùn)動方向和速率在不斷地改變，任何時(shí)刻，液體或氣體內(nèi)部，沿各個(gè)方向運(yùn)動的分子都有，而且分子運(yùn)動的速率有大有小。對于某一個(gè)分子運(yùn)動是無規(guī)律的，但是熱學(xué)研究的是大量分子熱運(yùn)動的總體效果，對于大量分子的無規(guī)則運(yùn)動是有規(guī)律可遵循的，這就是統(tǒng)計(jì)規(guī)律