2019-2020年高中物理 7.2《分子的熱運(yùn)動(dòng)》教案 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 7.2《分子的熱運(yùn)動(dòng)》教案 新人教版選修3-3 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(dòng)，知道影響布朗運(yùn)動(dòng)激烈程度的因素，知道布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因。（2）知道布朗運(yùn)動(dòng)是分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映。（3）知道什么是分子的熱運(yùn)動(dòng)，知道分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度與溫度的關(guān)系。 2．通過對布朗運(yùn)動(dòng)的觀察，發(fā)現(xiàn)其特征，分析概括出布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．通過學(xué)生對布朗運(yùn)動(dòng)的觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析出布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)是永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，反映了液體分子的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。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(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)，但它又間接反映液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)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(dòng)這個(gè)問題逐漸分散解疑。 主要教學(xué)過程 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。 上述實(shí)驗(yàn)是氣體、液體的擴(kuò)散現(xiàn)象（不同物質(zhì)相互接觸時(shí)彼此進(jìn)入對方的現(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(dòng)。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。 新課教學(xué)過程 一．介紹布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)，后來把顆粒的這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做布朗運(yùn)動(dòng)。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(dòng)存在。 讓學(xué)生看教科書上圖，圖上畫的幾個(gè)布朗顆粒運(yùn)動(dòng)的路線，指出這不是布朗微粒運(yùn)動(dòng)的軌跡，它只是每隔30s觀察到的位置的一些連線。實(shí)際上在這短短的30s內(nèi)微粒運(yùn)動(dòng)也極不規(guī)則，絕不是直線運(yùn)動(dòng)。 二．介紹布朗運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)特點(diǎn) （1）連續(xù)觀察布朗運(yùn)動(dòng)，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(dòng)停下來。這種布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)著。所以說，這種布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)，說明布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)。 （3）懸浮的顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。顆粒大了，布朗運(yùn)動(dòng)不明顯，甚至觀察不到運(yùn)動(dòng)。 （4）布朗運(yùn)動(dòng)隨著溫度的升高而愈加激烈。 三．分析、解釋布朗運(yùn)動(dòng)的原因 （1）布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)等等。 問：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(dòng)，還是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)？溫度差這樣的外界因素能產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)嗎？ 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(dòng)。但布朗運(yùn)動(dòng)對不同顆粒運(yùn)動(dòng)情況不相同，因此液體的溫度差不可能產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)。又如液體的壓強(qiáng)差或振動(dòng)等都只能使液體具有定向運(yùn)動(dòng)，懸浮在液體中的小顆粒的定向移動(dòng)不是布朗運(yùn)動(dòng)。因此，推理得出外界因素的影響不是產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因，只能是液體內(nèi)部造成的。 （2）布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。 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(dòng)。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(dòng)。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(dòng)。 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)越少。布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)越激烈。 四．布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)及原因分析的重要意義 （1）布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體微粒分子的運(yùn)動(dòng)嗎？是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)嗎？布朗微粒是被誰無規(guī)則撞擊而造成的？布朗運(yùn)動(dòng)間接地反映了誰的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)？ 固體顆粒是由大量分子組成的，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(dòng)不是固體顆粒中分子的運(yùn)動(dòng)，也不是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而是懸浮在液體中的固體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。無規(guī)則運(yùn)動(dòng)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(dòng)間接地證實(shí)了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。 （2）布朗運(yùn)動(dòng)隨溫度升高而愈激烈，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(dòng)的反映。這說明分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越激烈。所以通常把分子的這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做熱運(yùn)動(dòng)。 多維鏈接 1. 布朗（Robert Brown，1773—1858） 英國植物學(xué)家。1773年12月21日誕生于蘇格蘭的蒙特羅斯。 布朗從小就很聰明，性格倔強(qiáng)。他先在阿巴丁的馬里歇爾學(xué)院學(xué)習(xí)，畢業(yè)后進(jìn)入愛丁堡大學(xué)攻讀醫(yī)學(xué)。1795年應(yīng)征入伍，前往愛爾蘭服役，在英軍中任助理外科醫(yī)師。服役期間，他邊為軍隊(duì)工作，邊進(jìn)行自修。他利用業(yè)余時(shí)間收集各種植物，制作標(biāo)本。1789年布朗來到倫敦，一個(gè)偶然的機(jī)會，拜見了英國倫敦皇家學(xué)會公長尤素福?彭克斯，并跟隨他作了一段研究工作。1800年布朗取得博士學(xué)位，后由彭克斯介紹參加澳大利亞遠(yuǎn)洋考察船“調(diào)查者號”，負(fù)責(zé)研究植物。1801年開始遠(yuǎn)行，在大洋洲進(jìn)行了為期五年的考察活動(dòng)，收集近3900種的標(biāo)本，系統(tǒng)地整理寫入《澳洲植物志》一書中，對植物分類學(xué)作出貢獻(xiàn)。 布朗在物理學(xué)中的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了著名的布朗運(yùn)動(dòng)。1827年6月，布朗用顯微鏡觀察克拉花花粉，發(fā)現(xiàn)懸浮在液面上的花粉微粒在雜亂無章地、不斷地運(yùn)動(dòng)。布朗對這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行了反復(fù)研究。開始，他錯(cuò)誤地認(rèn)為，花粉雖然死了，但是好像有一種具有生命潛力的東西遺留下來，促使花粉微粒不斷地運(yùn)動(dòng)。他這樣寫道：“它們（花粉微粒）的運(yùn)動(dòng)既不是由液體的流動(dòng)引起的，也不是液體漸漸蒸發(fā)引起的、而是由于微粒本身的原因引起的。”接著，他把這個(gè)研究推廣到各種各樣的植物，觀察了他收集到的所有新鮮花粉，都看到了類似現(xiàn)象。后來布朗又對煤粉、玻璃粉、各種巖石粉、金屬粉等無生命物質(zhì)的微粒進(jìn)行了觀察，也都看到了類似花粉的不停地運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，各種粉末都存在著某種活性。布朗感到問題不那么簡單，一時(shí)無法正確解釋這個(gè)現(xiàn)象。1828年6月到8月，布朗接連發(fā)表了《論植物花粉中的微?！?、《論有機(jī)物和無機(jī)物中活性分子的普遍存在》兩篇文章，宣布了他的重大發(fā)現(xiàn)。以后人們就把這種現(xiàn)象叫做“布朗運(yùn)動(dòng)”。對于布朗運(yùn)動(dòng)，直到1860年才由英國物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)他自己建立的分子運(yùn)動(dòng)論作出初步的解釋，他認(rèn)為這種雜亂無章的運(yùn)動(dòng)是水分子對懸浮微粒不斷撞擊引起的。布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)，給物質(zhì)是由分子組成的理論提供了第一個(gè)直接的證據(jù)。 1811年布朗當(dāng)選為英國倫敦皇家學(xué)會會員。1820年，任大英博物館館長。1822年當(dāng)選為柯尼斯學(xué)會會員，1849到1853年任會長。布朗還兼任幾個(gè)國家的科學(xué)院院士。 2.能否說“某個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)”？ 提示：某個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)這種說法是不正確的。 因?yàn)閱蝹€(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，從原則上講是遵循力學(xué)規(guī)律的。設(shè)想我們追蹤氣體中某個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，那會看到這個(gè)分子忽左、忽右、忽前、忽后。有時(shí)速度快，有時(shí)速度慢.其動(dòng)能也時(shí)大時(shí)小。其軌跡是一條極不規(guī)則的折線.總之，對個(gè)別分子來說，速度、能量以及運(yùn)動(dòng)路程都是偶然的量值。 我們講的熱運(yùn)動(dòng)是指大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著分子數(shù)量的增加，它們的運(yùn)動(dòng)就逐漸偏離力學(xué)規(guī)律。它們的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出混亂狀態(tài)，不再遵循力學(xué)規(guī)律，而遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律.這時(shí)，對個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng)來說，是完全偶然的。大量分子的運(yùn)動(dòng)雖然是無序的，但并不是無規(guī)律的，它們也能表現(xiàn)出一些必然的規(guī)律。 來源：