高二物理分子熱運(yùn)動(dòng)的教案

　　一、教學(xué)目標(biāo)

　　1.物理知識(shí)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(duì)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(duì)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。

　　二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

　　1.通過學(xué)生對(duì)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。

　　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(chǔ)氣瓶、玻璃片;250mL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)�口相接觸，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(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。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(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。

　　介紹顯微鏡下如何觀察布朗運(yùn)動(dòng)。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(tái)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(huì)發(fā)現(xiàn)在不停地活動(dòng)，很像是水中的小魚蟲的運(yùn)動(dòng)。將一臺(tái)顯微鏡放在講臺(tái)上，然后讓用顯微攝像頭拍攝布朗運(yùn)動(dòng)，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(duì)參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(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)。

　　2.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。

　　3.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。

　　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(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?

　　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(duì)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(duì)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。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(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(shì)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(jí)，液體分子大小在10-10m數(shù)量級(jí)，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。

　　5.布朗運(yùn)動(dòng)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(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)?

　　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(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(duì)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(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)。

　　(三)課堂小結(jié)

　　1.要知道什么是布朗運(yùn)動(dòng)。它是懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是在顯微鏡下觀察到的。

　　2.知道布朗運(yùn)動(dòng)的三個(gè)主要特點(diǎn)：永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng);顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯;溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。

　　3.產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因：它是由于液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)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(dòng)間接地反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，布朗運(yùn)動(dòng)、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(dòng)。

　　(四)課堂練習(xí)

　　1.關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的下列說法中，正確的是 [ ]。

　　A.布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)

　　B.布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)

　　C.溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈

　　D.懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈

　　答案：C、D。

　　2.如圖是觀察記錄做布朗運(yùn)動(dòng)的一個(gè)微粒的運(yùn)動(dòng)路線。從微粒在A點(diǎn)開始記錄，每隔30s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75s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。

　　(五)、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(dòng)演示實(shí)驗(yàn)做好，讓學(xué)生都看清楚布朗運(yùn)動(dòng)。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(tái)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(duì)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(dòng)全部過程也應(yīng)拍攝出來，給學(xué)生展示。

　　2.對(duì)于分子的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)的分子都有，而且分子運(yùn)動(dòng)的速率有大有小。對(duì)于某一個(gè)分子運(yùn)動(dòng)是無規(guī)律的，但是熱學(xué)研究的是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的總體效果，對(duì)于大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律可遵循的，這就是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

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