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2019-2020年高二物理 第十一章《分子熱運(yùn)動(dòng) 能量守恒》第三節(jié) 分子間的相互作用力（1）教案 舊人教版 教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo)： （1）知道分子同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力，表現(xiàn)出的分子力是引力和斥力的合力。 （2）知道分子力隨分子間距離變化而變化的定性規(guī)律，知道分子間距離是r0時(shí)分子力為零，知道r0的數(shù)量級(jí)。 （3）了解在固體、液體、氣體三種不同物質(zhì)狀態(tài)下，分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。 二、能力目標(biāo)： 通過(guò)一些基本物理事實(shí)和實(shí)驗(yàn)推理得出分子之間有引力，同時(shí)有斥力。這種以事實(shí)和實(shí)驗(yàn)為依據(jù)求出新的結(jié)論的思維過(guò)程，就是邏輯推理。通過(guò)學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。 三、德育目標(biāo)： 培養(yǎng)學(xué)生積極探索的精神 教學(xué)重點(diǎn) 一是通過(guò)分子之間存在間隙和分子之間有引力和斥力的一些演示實(shí)驗(yàn)和事實(shí)，推理論證出分子之間存在著引力和斥力；二是分子間的引力和斥力都隨分子間距離的變化而變化，而分子力是引力和斥力的合力，能正確理解分子間作用力與距離關(guān)系的曲線的物理意義。 教學(xué)難點(diǎn) 形象化理解分子間作用力跟分子間距離關(guān)系的曲線的物理意義。 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)法、探究法。 教學(xué)用具 1．演示分子間有間隙的實(shí)驗(yàn)。 ① 約1m長(zhǎng)的，外徑約1cm的玻璃管，各約20～30ml的酒精和有紅色顏料的水、橡皮塞。 ②長(zhǎng)15cm的U形玻璃管、架臺(tái)、橡皮塞、紅墨水。 2．演示分子間存在引力的實(shí)驗(yàn)。 兩個(gè)圓柱形鉛塊（端面刮光、平滑）、支架、鉤碼若干。用細(xì)線捆住的平板玻璃、直徑20cm的盛水玻璃槽、彈簧秤。 3．幻燈片：分子力隨分子間距離變化的曲線和兩個(gè)分子距離在r=r0，r＞r0，r＜r0時(shí)分子力的示意圖。 課時(shí)安排 1課時(shí) 教學(xué)過(guò)程 一、引入新課： 分子動(dòng)理論是在堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。我們通過(guò)單分子油膜實(shí)驗(yàn)、離子顯微鏡觀察鎢原子的分布等實(shí)驗(yàn)，知道物質(zhì)是由很小的分子組成的，分子大小在10-10m數(shù)量級(jí)。我們又通過(guò)擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)知道了分子是永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的。分子動(dòng)理論還告訴我們分子之間有相互作用力，這結(jié)論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是什么？分子間相互作用力有什么特點(diǎn)？這是今天要學(xué)習(xí)的問(wèn) 二、新課教學(xué)： 1．已知的實(shí)驗(yàn)事實(shí)分析、推理得出分子之間存在著引力。 （1）演示實(shí)驗(yàn)： ①長(zhǎng)玻璃管內(nèi)，分別注入水和酒精，混合后總體積減小。 ②U形管兩臂內(nèi)盛有一定量的水（不注滿水），將右管端橡皮塞堵住，左管繼續(xù)注入水，右管水面上的空氣被壓縮。 提問(wèn)學(xué)生：這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么問(wèn)題？ 總結(jié)歸納學(xué)生的回答：上述實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明氣體、液體的內(nèi)部分子之間是有空隙的。鋼鐵這樣堅(jiān)固的固體的分子之間也有空隙，有人用兩萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓強(qiáng)壓縮鋼筒內(nèi)的油，發(fā)現(xiàn)油可以透過(guò)筒壁溢出。 布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象不但說(shuō)明分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也說(shuō)明分子間有空隙，否則分子便不能運(yùn)動(dòng)了。 前面第一節(jié)討論分子的大小時(shí)，認(rèn)為固體和液體分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的，那只是估算分子直徑的數(shù)量級(jí)而做的設(shè)想，實(shí)際上分子大小比估算值要小，中間存在著空隙，但數(shù)量級(jí)還是正確的。 （2）一方面分子間有空隙，另一方面，固體、液體內(nèi)大量分子卻能聚集在一起形成固定的形狀或固定的體積，這兩方面的事實(shí)，使我們推理出分子之間一定存在著相互吸引力。 （3）演示實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)圓柱體形鉛塊，當(dāng)把端面刮平后，讓它們端面緊壓在一起，合起來(lái)后，它們不分開，而且懸掛起來(lái)后，下面還可以吊起一定量的重物。 還有平時(shí)人們用力拉伸物體時(shí)，為什么不易拉斷物體。 2．根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，推理得出分子之間還存在著斥力。 提問(wèn)學(xué)生：由哪些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，判斷得出分子之間有斥力？ 綜合學(xué)生的回答，總結(jié)出：固體和液體很難被壓縮，即使氣體壓縮到了一定程度后再壓縮也是很困難的；用力壓縮固體（或液體、氣體）時(shí)，物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反抗壓縮的彈力。這些事實(shí)都是分子之間存在斥力的表現(xiàn)。 運(yùn)用反證法推理，如果分子之間只存在著引力，分子之間又存在著空隙，那么物體內(nèi)部分子都吸引到一起，造成所有物體都是很緊密的物質(zhì)。但事實(shí)不是這樣的，說(shuō)明必然還有斥力存在著。 3．分子間引力和斥力的大小跟分子間距離的關(guān)系。 （1）經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)分子之間的引力和斥力都隨分子間距離增大而減小。但是分子間斥力隨分子間距離加大而減小得更快些，如圖1中兩條虛線所示。 （2）由于分子間同時(shí)存在引力和斥力，兩種力的合力又叫做分子力。在圖1圖象中實(shí)線曲線表示引力和斥力的合力（即分子力）隨距離變化的情況。當(dāng)兩個(gè)分子間距在圖象橫坐標(biāo)r0距離時(shí)，分子間的引力與斥力平衡，分子間作用力為零，r0的數(shù)量級(jí)為10-10m，相當(dāng)于r0位置叫做平衡位置。 分子間距離當(dāng)r＜r0時(shí)，分子間引力和斥力都隨距離減小而增大，但斥力增加得更快，因此分子間作用力表現(xiàn)為斥力。展示幻燈片圖2。當(dāng)r＞r0時(shí)，引力和斥力都隨距離的增大而減小，但是斥力減小的更快，因而分子間的作用力表現(xiàn)為引力，但它也隨距離增大而迅速減小，當(dāng)分子距離的數(shù)量級(jí)大于10-9m時(shí)，分子間的作用力變得十分微弱，可以忽略不計(jì)了。在圖2中表示分子間距離r不同的三種情況下，分子間引力斥力大小的情況。 4．固體、液體和氣體的分子運(yùn)動(dòng)情況。 分子動(dòng)理論告訴我們物體中的分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它們之間又存在著相互作用力。分子力的作用要使分子聚集起來(lái)，而分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)又要使它們分散開來(lái)。由于這兩種相反因素的作用結(jié)果，有固體、液體和氣體三種不同的物質(zhì)狀態(tài)。 （1）提問(wèn)學(xué)生：固體與液體、氣體比較有什么特征？ 總結(jié)學(xué)生回答的結(jié)果，說(shuō)明固體為什么有一定的形狀和體積呢？因?yàn)樵诠腆w中，分子間距離較近，數(shù)量級(jí)在10-10m，分子之間作用很大，絕大部分分子只能在各自平衡位置附近做無(wú)規(guī)則的振動(dòng)。 （2）液體分子運(yùn)動(dòng)情況。 固體受熱溫度升高，最終熔化為液體，對(duì)大多數(shù)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，其體積增加10％，也就是說(shuō)分子之間距離大約增加3％。因此，液體分子之間作用力很接近固體情況，分子間有較強(qiáng)的作用力，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為在平衡位置附近振動(dòng)。但由于分子間距離有所增加，使分子也存在移動(dòng)性，所以液體在宏觀上有一定的體積，而又有流動(dòng)性，沒(méi)有固定的形狀。 （3）液體汽化時(shí)體積擴(kuò)大為原來(lái)的1000倍，說(shuō)明分子間距離約增 間除碰撞時(shí)有相互作用力外，彼此之間一般幾乎沒(méi)有分子作用力，分子在兩次碰撞之間是自由移動(dòng)的。所以氣體在宏觀上表現(xiàn)出沒(méi)有一定的體積形狀，可以充滿任何一種容器。 三、小結(jié)： 1.分子動(dòng)理論內(nèi)容是：物體是由大量分子組成的，分子做永不停息的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，分子之間存在著引力和斥力。分子動(dòng)理論是建立在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上的，這理論是解釋、分析熱現(xiàn)象的基本理論。 2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道分子間引力和斥力的大小跟分子間距離的關(guān)系。而且知道分子間的引力和斥力都隨分子間距離增大而減少，尤其斥力隨距離增大減小得更快。由于分子間的斥力和引力同時(shí)存在，每個(gè)分子受到引力和斥力的合力大小及方向隨分子間距離大小而改變。其中分子間距離在10-10m的數(shù)量級(jí)有一個(gè)平衡位置（r0），此位置下，斥力與引力的合力為零。當(dāng)分子間距離大于r0引力顯著，當(dāng)分子間距離小于r0斥力顯著。分子間距離接近10-9m時(shí)，分子間作用力將微小到可忽略的程度。 3．固體、液體、氣體三種狀態(tài)的分子之間距離不同，分子之間作用力的變化也由大到小至幾乎不計(jì)。造成固、液、氣三種物質(zhì)狀態(tài)的特性不同。 四、布置作業(yè)： 課后習(xí)題 五、板書設(shè)計(jì)： 1.分子間的斥力和引力同時(shí)存在 2.分子間引力和斥力的大小跟分子間距離的關(guān)系。