分子运动如何写教案？

学术目标

1.了解分子动力学理论的基本知识。

2.理解扩散的意义。

3.培养学生的抽象思维能力。

教学重点

分子动力学理论的三个要点。

教学困难

宏观物理现象揭示了物质的微观结构。

培训/教具

广口瓶、玻璃片、二氧化氮气体、量筒、清水和硫酸铜溶液、分子内聚力演示器和钩子代码。

教学过程

(1)引言

上一章的滚摆实验说明动能和势能是可以相互转化的。但是，我们也看到，滚动的钟摆每次上升的高度越来越小，最后停了下来。滚摆的机械能在哪里？

一个乒乓球在地上来回弹跳，最后停了下来。乒乓球的机械能去哪了？

飞行的子弹有动能，子弹打中物体后留在物体内。子弹的原始机械能在哪里？

这些物体的机械能没有了，机械能转化为其他形式的能量。

内能，顾名思义，一定在事物内部。所以我们先来研究一下物质的内部结构。

(2)分子动力学理论

1.正如我们在化学课上所学的，物质由大量分子组成。分子是保持物质化学性质的最小粒子。

分子很小，肉眼无法直接观察到。分子有多小，可以用下面的数据来解释。一克水约含3×1022个水分子；体积为1 cm3的空气中约有207× 1019个分子。如果把分子看成球体，普通分子的直径是几百亿米，也就是几百亿个分子一个一个排起来，只有几米长。这些数据足以说明，分子很小，而组成物质的分子数量却很大。这是分子动力学理论的第一点:物质是由大量分子组成的。

2.分子从未停止随机运动。

物质是由大量的分子组成的，分子的数量很大，体积很小，这给我们直接研究大量分子的状态带来了困难。但是，我们可以通过一些实验来间接窥探物质的内部分子。

(1)实验:气体的扩散。这个罐子里装的是红棕色的二氧化氮气体，上面盖着玻璃。上图中，一个装满空气的罐子放在玻璃板上，二氧化氮气体的密度大于空气。现在拔出两个瓶口之间的玻璃片，看看会发生什么。(学生观察后回答)

我们发现下面瓶子里气体的红棕色变浅了，上面瓶子里气体的颜色逐渐变成了浅红棕色。直到两个瓶子里的气体颜色一致。

充满空气的瓶子颜色变深，说明二氧化氮气体分子已经移动到空气中。一些空气分子移动到下面的瓶子里。最后两种气体均匀地混合在一起。像这样，不同的物质相互接触，相互进入的现象叫做扩散。扩散现象强烈地表明气体分子在不断运动。

(2)实验:液体扩散(演示和讲述)。不仅气体可以扩散，液体也可以扩散，但比气体扩散慢得多。量筒内装有硫酸铜溶液，溶液内装有半清水。水的密度小，就在上面。两者之间的界限很清楚。先盖上，过几天观察液体扩散。

液体扩散现象表明液体分子在不断运动。

(3)固体也能扩散。

扩散现象表明物质的分子无休止地不规则运动。这是分子动力学理论的第二点。

3.吸引和排斥分子之间有相互作用。

扩散现象不仅表明分子在不断运动，还表明物体中分子之间存在孔隙；为了让其他物体的分子“有洞可进”“有缝可钻”。

分子之间有缝隙，为什么不分散而是聚集在一起？我们通过下面的实验来说明这一点。

(1)实验:铅的分子间引力(演示和讲述)。这是两个铅块。我们用小刀把它们的表面割平并清洗干净，然后用力压铅。松开手后，两个铅块合在一起，在铅块下面挂个钩码也拉不开。

这个实验表明分子之间有吸引力。但这种吸引力只有在分子间距离很近时才明显，这也是为什么实验前必须将铅块表面削平的原因。

(2)分子之间有引力，分子之间有空隙，那么为什么固体和液体的体积很难被压缩呢？这是因为分子之间不仅有引力，还有斥力。

很难理解分子之间既有引力又有斥力。其实引力和斥力大小并不相等，是同时存在的。引力和斥力的作用范围不同。一般来说，当分子间距离小于10-10米时，斥力起主要作用；当分子间距离大于10-10米时，重力起主要作用。这就好比用弹簧连接两个球，球与球之间的距离是10-10米。当球与球之间的距离缩短时，斥力占主导地位；当球与球之间的距离增加时，重力起主导作用。

分子间的引力和斥力随着距离的增加而迅速减小。当距离增加到分子直径的10倍时，分子间的相互作用变得很小，可以忽略。气体分子就是这种情况，可以认为气体的分子之间没有相互作用。

分子动力学理论的第三点是物质分子之间存在相互吸引和排斥。

(3)总结

分子动力学理论有三个基本点:第一，物质是由大量分子组成的；第二，分子从来不会停止做随机运动；第三，吸引和排斥分子之间存在相互作用。

扩散现象表明分子无休止地做随机运动，这是分子运动的实验基础。

物质的微观结构可以通过物体的宏观现象来揭示，这是物理学中研究物质结构的一种常见的思维方式。

(4)转让

(1)复习课文。

(2)习题1和2。(盛)据

解释

第一，根据教学大纲的要求，这节课的教学内容属于“知”的较低层次。但是分子动力学的理论确实是分子物理学和热学的基础。学生能真正理解分子动力学理论的基本要点，无疑有利于进一步学习高中物理，了解相关物体的内能。因此，建议教师努力创造演示实验的条件，准备丰富有趣的材料，提高学生的学习兴趣，真正了解分子动力学理论的内容。

第二，分子动力学理论真正研究的是物体的微观结构。但是分子小，数量多，运动状态多样且变化快，我们不可能一一研究。通过研究物体的宏观特征来间接窥探物质的微观结构，是统计物理的基本研究方法。因此，我们应该从现在起就把这种科学方法渗透到学生中去，这对开发学生的智力，培养学生的能力大有裨益。

第三，液体扩散的实验时间太长，远不是一节课能完成的。但是向学生建议演示也是有益的。

评论和分析

这是一个很好的教案，有一些新的想法。在教学大纲的指导下，根据教学的实际情况，宜创设实验条件，引导学生学习物理知识，在激发学习兴趣的同时，将物理思想方法渗透其中。