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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(xué)目標(biāo)：（1）知道一般分子直徑和質(zhì)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(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．使學(xué)生理解和學(xué)會用單分子油膜法估算分子大小（直徑）的方法； 2．運(yùn)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(xué)過程 自古以來，人們就不斷的研究物質(zhì)的組成 1、 2500年前，古希臘德謨克利特認(rèn)為，物質(zhì)是由不可再分的“原子”構(gòu)成。 2、 我國古代學(xué)者認(rèn)為，“語小，天下莫能破焉” 從本章開始學(xué)習(xí)熱學(xué)，研究與熱現(xiàn)象有關(guān)的事物，研究熱現(xiàn)象的規(guī)律，從宏觀的內(nèi)能和微觀的分子運(yùn)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(yùn)動論的內(nèi)容 1、 物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成的――大小、質(zhì)量、動能？？？ 2、 分子永不停息的做無規(guī)則的運(yùn)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(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的最小微粒，在熱學(xué)中，原子、離子、分子這些微粒做熱運(yùn)動時，遵從相同的規(guī)律，所以，統(tǒng)稱為“分子” 熱學(xué)內(nèi)容簡介 1．熱現(xiàn)象：與溫度有關(guān)的物理現(xiàn)象。如熱脹冷縮、摩擦生熱、水結(jié)冰、濕衣服晾干等都是熱現(xiàn)象。 2．熱學(xué)的主要內(nèi)容：熱傳遞、熱膨脹、物態(tài)變化、固體、液體、氣體的性質(zhì)等。 3．熱學(xué)的基本理論：由于熱現(xiàn)象的本質(zhì)是大量分子的無規(guī)則運(yùn)動，因此研究熱學(xué)的基本理論是分子動理論、量守恒規(guī)律。 新課教學(xué)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(rèn)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(diǎn)直接反映鎢原子排列情況。經(jīng)過計算得出鎢原子之間的距離是210-10m。如果設(shè)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(jié)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(rèn)為分子是小球形是一種近似模型，是簡化地處理問題，實(shí)際分子結(jié)構(gòu)很復(fù)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(rèn)識。 二．阿伏伽德羅常數(shù) 提問：在化學(xué)課上學(xué)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(zhì)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(xué)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(xué)生，摩爾質(zhì)量、摩爾體積的意義。 如果已經(jīng)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(zhì)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(shè)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(zhì)量 = 摩爾質(zhì)量 / 阿伏加德羅常數(shù) 練習(xí)：估測水分子的質(zhì)量估測水分子的質(zhì)量 解： 練習(xí)：估測氫氣分子的質(zhì)量 2 分子的體積 = 摩爾體積 / 阿伏加德羅常數(shù) 練習(xí)：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(xí)：若已知阿伏伽德羅常數(shù)，可對液體、固體的分子大小進(jìn)行估算。事先我們假定近似地認(rèn)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(shè)）。 提問學(xué)生：1mol水的質(zhì)量是M=18g，那么每個水分子質(zhì)量如何求？ 問：若已知鐵的相對原子質(zhì)量是56，鐵的密度是7.8103kg／m3，試求質(zhì)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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量m＝2910 －3 kg / mol， 當(dāng)V＝45 m3時， 求：氣體的質(zhì)量M＝？ 解： 例題五、水的質(zhì)量為m，密度為ρ，變成蒸氣后體積為V，求： 解： 課堂練習(xí) 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(zhì)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(jìn)了納米時代，各領(lǐng)域、行業(yè)、行為都充滿了太多的未知和希望。 　　納米技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后人們關(guān)注的又一大熱點(diǎn)。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(shù)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(zhì)的我發(fā)生了神奇的變化。如導(dǎo)電性能良好的銅在納米級就不導(dǎo)電了，而絕緣的二氧化硅在納米級就開始導(dǎo)電了；二氧化硅陶瓷在通常情況下是很脆的，但當(dāng)二氧化硅陶瓷顆粒縮小到納米級時，脆性的陶瓷竟然具有了韌性。 　　新的制高點(diǎn) 　　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?yàn)樗腔ヂ?lián)網(wǎng)的統(tǒng)治者。 　　在納米時代還未達(dá)到全盛之際，一切規(guī)則還沒有確定，誰占有了制高點(diǎn)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(xiàng)目幾乎在所有的工業(yè)化國家就已經(jīng)開始了。目前的現(xiàn)狀是，美國在全成、化學(xué)、生物方面領(lǐng)先，但在納米設(shè)備的研究、納米器械的生產(chǎn)和超精機(jī)械、陶瓷等材料上是落后的；日本在納米器械的加固結(jié)構(gòu)上領(lǐng)先；歐洲則在分散和涂層新型的儀器方面實(shí)力非常強(qiáng)大。 　　我國對納米技術(shù)也并不落后，在某些方面還居領(lǐng)先地位。 　　90年代初起，中國科技部、國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院等部門設(shè)立了攀登計劃項(xiàng)目和相關(guān)的重大、重點(diǎn)項(xiàng)目。去年，科技部又啟動了有關(guān)納米材料的國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，投入數(shù)千萬元人民幣資金支持基礎(chǔ)研究。目前，中國已經(jīng)建成了幾個納米研究基地。中科院、清華大學(xué)、北京大學(xué)等單位已經(jīng)形成了一支從事納米研究的隊(duì)伍，在國際上取得了一系列令人矚目的成果。 　　中國重大基礎(chǔ)研究納米材料科學(xué)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(chǔ)研究實(shí)力總體上已經(jīng)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(shù)不同，納米技術(shù)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(shù)已經(jīng)成功地提高了殘疾人的生活質(zhì)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(shù)因?yàn)槠洹拔⑿　倍诼犛X移植、骨髓移植等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得了極大的成功。 　　在全球日益關(guān)注的環(huán)保問題上，納米技術(shù)同樣可以一展身手。大規(guī)模的納米技術(shù)生產(chǎn)，使得產(chǎn)品越來越小，每件產(chǎn)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(shù)同樣會功不可沒。 　　當(dāng)納米機(jī)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(jī)》一書中，作者對未來納米技術(shù)的潛在用途作了一番引人入勝的描述：當(dāng)成群的肉眼看不見的微型機(jī)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(fù)原成餐巾、肥皂或是納米計算機(jī)等等諸如此類的東西。 來源：