人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE31.1第2課時分子熱運動和分子間的作用力〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶理解分子熱運動、擴散、布朗運動、分子力、分子動理論?？茖W(xué)思維∶通過比較布朗運動與擴散現(xiàn)象的異同點，體會它們的本質(zhì)是分子熱運動的客觀反映?？茖W(xué)探究：用觀察擴散現(xiàn)象和酒精與水混合實驗，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題一猜想一探究一結(jié)論一交流的探究過程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶把分子動理論的知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐，勇于探索日常生活有關(guān)的物理問題，在生活感悟物理文化?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：分子組成、熱運動、分子間的作用力、分子動理論。教學(xué)難點：對擴散現(xiàn)象、布朗運動以及分子力的理解與解釋?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、酒精、量筒兩只、水（冷熱）、燒杯兩只、墨水、滴管、玻璃片等?！冀虒W(xué)過程〗暮春時節(jié)，金黃的油菜花鋪滿了原野。你有沒有想過，為什么能夠聞到這沁人心脾的香味呢?這是由于花的原子飄到了人們鼻子里。熱學(xué)就是研究物質(zhì)熱運動規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科，是物理學(xué)的一個重要組成部分。動態(tài)圖展示：油菜花飄香。一、新課引入如果我們把地球的大小與一個革果的大小相比，那就相當(dāng)于將直徑為1cm的球與分子相比?？梢?，分子是極其微小的。我們曾經(jīng)研究過物體的運動，那么，構(gòu)成物體的微小分子會怎樣運動呢?二、新課教學(xué)（一）分子熱運動1.擴散現(xiàn)象從許多實驗和生活現(xiàn)象中我們都會發(fā)現(xiàn)，不同種物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方。先看這樣的幾個實驗。動圖展示以下幾個實驗。氣體：二氧化氮擴散實驗。下面是二氧化氮上面是空氣抽掉中間的玻璃板，讓他們接觸，你會發(fā)現(xiàn)氣體開始逐漸混合，最后上面瓶子里的氣體顏色已經(jīng)和下面相當(dāng)接近。這個過程就說明空氣中的氣體分子和二氧化碳分子都在永不停息的無規(guī)則運動，彼此進(jìn)入了對方。再來看看液體的擴散現(xiàn)象，燒杯底部是硫酸銅溶液上面都是水，過了較長的時間后再發(fā)現(xiàn)藍(lán)色向上擴散，對比一下看的更明顯。金塊和一個鉛塊兒壓在一起放置他倆也會彼此滲透，大約1mm。不過，這個現(xiàn)象也能說明，即便是固體分子，同樣在做永無停息的無規(guī)則運動。在物理學(xué)中，人們把這類現(xiàn)象叫作擴散。即（1）定義：不同物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象，叫作擴散現(xiàn)象。問題：產(chǎn)生擴散現(xiàn)象的原因是什么呢？擴散現(xiàn)象并不是外界作用（例如對流、重力作用等）引起的，也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。比如剛才的氣體實驗，要保證二氧化氮的玻璃瓶在下空氣在上，因為他倆的相對分子質(zhì)量中二氧化氮更大。如果反著放其實出現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，也會懷疑是是重力的影響才造成了兩種氣體的混合，那就沒法證明。不僅如此，二氧化碳也不與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣就排除了很多干擾。即（2）成因：物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。擴散現(xiàn)象在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用：鹵蛋和半導(dǎo)體材料等。布朗運動19世紀(jì)初，一些人觀察到，懸浮在液體中的小顆?？傇诓煌５剡\動。1827年，英國植物學(xué)家布朗首先在顯微鏡下研究了這種運動。下面我們做一個類似的實驗。演示：用顯微鏡觀察炭粒的運動取1滴用水稀釋的碳素墨汁，滴在載玻片上，蓋上蓋玻片，放在高倍顯微鏡下觀察小炭粒的運動情況。實驗現(xiàn)象：小炭粒的運動是無規(guī)則的。動圖展示微粒的運動。如果在顯微鏡下追蹤一顆小炭粒的運動，每隔30s把炭粒的位置記錄下來，然后用線段把這些位置按時間順序依次連接起來，便可以得到一條類似于圖中某一顆微粒運動的位置連線。這表明微粒的運動是無規(guī)則的。布朗的困惑：懷疑這個現(xiàn)象是因為外界的干擾和一種生命運動。辦法：用無機物粉末做實驗。后來布朗又通過多次猜想和實驗，終于弄清了原因。不是花粉在運動，而是水分子在運動，他們在運動時會撞擊花粉，所以花粉無規(guī)則運動。①懸浮于液體（或氣體）中的微粒的無規(guī)則運動叫作布朗運動。②特點：微粒越小，運動就越明顯注意：圖中顯示的不是碳粒的運動軌跡。思考與討論：為什么劃分微粒的運動是無規(guī)則的？為什么微粒越小，它的無規(guī)則運動與明顯？下面三個微觀角度具體分析一下布朗運動的原因。當(dāng)水分子在無規(guī)則運動時，會對花粉進(jìn)行撞擊。在某一個瞬間，水分子在各個方向的撞擊力并不一定均勻，這就是不平衡性。因為只有顆粒夠小，水分子撞擊力的不平衡才能更明顯的體現(xiàn)出來。類比：倆人比作水分子，同時踢一個足球（比作顆粒），誰的力氣大球就往他踢的方向飛。但如果換成一個地球得了，怎么踢都沒用啊，即便有千千萬萬個人從各個方向踢，地球也巋然不動。不僅因為各個方向的撞擊力趨于平衡，而且人的撞擊力相比于地球也太小了點兒，不足以推動地球。那你把人做水分子，地球當(dāng)做一個很大的固體顆粒，就能解釋為啥固體顆粒太大，就很難觀察到布朗運動。所以說③布朗運動的成因：由于液體分子向各個方向撞擊微粒的不平衡造成的。④布朗運動間接反映了液體分子的無規(guī)則運動3.熱運動實驗：不同溫度下的墨水?dāng)U散。實驗表明溫度越高，墨水的擴散就更快。之前學(xué)的布朗運動也是溫度越高，運動就越劇烈。正因為這一點，我們把分子這種永不停息的無規(guī)則運動叫作熱運動。溫度是分子熱運動劇烈程度的標(biāo)志。擴散現(xiàn)象直接證明分子做熱運動，布朗運動間接證明分子做熱運動（二）分子間的作用力做一做一根試管中，加入半管清水，再注入酒精填埋管子，堵住管口，上下顛倒幾次，會發(fā)現(xiàn)混合溶液竟然又不滿了。也就是說酒精和水混合后總體積會減小，這是為啥呢？分析：畫出一些酒精分子和水分子，其中水分子個頭小，會鉆到酒精分子的空隙中去，分子會排列的更緊密但總體積肯定減小，所以就會出現(xiàn)剛才的現(xiàn)象，這就說明液體分子間存在著空隙。擴散現(xiàn)象的微觀分析：如果分子是緊密排列的，那根本無法運動，更別說進(jìn)入其它物質(zhì)啦，所以事實證明固體分子之間確實都存在間隙。氣體容易壓縮，說明氣體分子的也存在間隙?？傊@是三個現(xiàn)象都說明了（1）組成物質(zhì)的分子之間存在間隙。不過不同類別的物質(zhì)分子間隙的大小也是不同的，咱知道固體和液體比較難壓縮，說明固體和液體的分子間隙較小。氣體容易壓縮，所以氣體分子的間隙大。分子間有空隙，大量分子卻能聚集在一起，這說明（2）分子之間存在著相互作用力。我們用彈簧來類比兩個分子：當(dāng)用力拉伸物體時，分子間隙增大從而產(chǎn)物體內(nèi)各部分之間要產(chǎn)生反抗拉伸的作用力，此時分子間的作用力表現(xiàn)為引力。當(dāng)用力壓縮物體時，分子間隙減少，物體各部分之間會產(chǎn)生反抗壓縮的作用力，此時分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，就像萬有引力是時刻存在的，在這里只是比較小。說明（3）分子間的引力和斥力同時存在的。（4）分子之間的引力或斥力都跟分子間距離有關(guān)。問題：它們之間有怎樣的關(guān)系呢?研究表明，分子間的作用力F跟分子間距離r的關(guān)系如圖所示。當(dāng)r<r0時，分子間的作用力F表現(xiàn)為斥力;當(dāng)r=r0時，分子間的作用力F為0，這個位置稱為平衡位置;當(dāng)r>r0時，分子間的作用力F表現(xiàn)為引力。問題：分子間為什么有相互作用力呢?我們知道，分子是由原子組成的。原子內(nèi)部有帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子。分子間的作用力就是由這些帶電粒子的相互作用引起的。（三）分子動理論熱學(xué)性質(zhì)：物體是由大量分子組成的，分子在做永不停息的無規(guī)則運動，分子之間存在著相互作用力。熱學(xué)規(guī)律：對于大量分子有統(tǒng)計規(guī)律，對單個分子無意義。分子動理論：把物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)和規(guī)律看作微觀粒子熱運動的宏觀表現(xiàn)。課堂練習(xí)例1：關(guān)于布朗運動和擴散現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A.布朗運動和擴散現(xiàn)象都能在氣體、液體、固體中發(fā)生B.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子運動C.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D.布朗運動和擴散現(xiàn)象都可以用肉眼直接觀察〖解析〗A.布朗運動只能發(fā)生在液體或氣體當(dāng)中，B.擴散現(xiàn)象直接證明分子做熱運動，布朗運動間接證明分子做熱運。C正確。D.布朗運動要用顯微鏡觀察。例2：下列詞語或陳述中，與分子熱運動有關(guān)的是（）A.酒香不怕巷子深B.天光云影共徘徊C.花香撲鼻 D.隔墻花影動，疑是玉人來〖解析〗分子在做永不停息的無規(guī)則的人運動。B是平面鏡成像。D是光沿直線傳播。選AC。例3：清晨，草葉上的露珠是由空氣的水汽凝結(jié)成的水珠。這一物理過程中，水分子間的（）A.引力消失，斥力增大B.斥力消失，引力增大C.引力、斥力都減小D.引力、斥力都增大〖解析〗固體和液體的分子間隙較小，氣體分子的間隙大。在液化過程中分子間隙減少則引力額斥力都增加。選D。例4：以下關(guān)于布朗運動的說法是否正確?說明理由。布朗運動就是分子的無規(guī)則運動。錯，布朗運動是懸浮于液體（或氣體）中的微粒的無規(guī)則運動，間接反應(yīng)了分子的無規(guī)則運動。（2）布朗運動證明，組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運動。正確（3）向一鍋水中撒一點胡椒粉，加熱時發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾。這說明溫度越高布朗運動越劇烈。錯，因為胡椒粉顆粒的運動是水的對流造成的，不是布朗運動。且要用顯微鏡觀察。（4）在顯微鏡下可以觀察到煤油中小?；覊m的布朗運動，這說明煤油分子在做無規(guī)則運動。正確〖板書設(shè)計〗1.1第2課時分子熱運動和分子間的作用力1.擴散現(xiàn)象∶不同物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象。成因∶物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。2.布朗運動∶懸浮于液體（或氣體）中的微粒的無規(guī)則運動成因∶由于液體分子向各個方向撞擊微粒的不平衡造成的3.分子永不停息的無規(guī)則運動叫作熱運動4.組成物質(zhì)的分子之間存在間隙5.分子之間存在著相互作用力，且引力和斥力同時存在6.分子之間的引力或斥力都跟分子間距離有關(guān)7.分子動理論∶把物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)和規(guī)律看作微觀粒子熱運動的宏觀表現(xiàn)〖教學(xué)反思〗本課內(nèi)容看起來比較多實際上是比較簡單的。課文理的實驗既有趣又生動，在上課是能夠做好這些實驗既可以增加課堂的趣味性，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。在課堂實驗之外可以多講解一些生活中的實驗，引起學(xué)生的興趣增強學(xué)習(xí)的積極性，以及培養(yǎng)學(xué)生物理思維等。1.1第2課時分子熱運動和分子間的作用力〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶理解分子熱運動、擴散、布朗運動、分子力、分子動理論。科學(xué)思維∶通過比較布朗運動與擴散現(xiàn)象的異同點，體會它們的本質(zhì)是分子熱運動的客觀反映?？茖W(xué)探究：用觀察擴散現(xiàn)象和酒精與水混合實驗，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題一猜想一探究一結(jié)論一交流的探究過程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶把分子動理論的知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐，勇于探索日常生活有關(guān)的物理問題，在生活感悟物理文化?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：分子組成、熱運動、分子間的作用力、分子動理論。教學(xué)難點：對擴散現(xiàn)象、布朗運動以及分子力的理解與解釋?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、酒精、量筒兩只、水（冷熱）、燒杯兩只、墨水、滴管、玻璃片等?！冀虒W(xué)過程〗暮春時節(jié)，金黃的油菜花鋪滿了原野。你有沒有想過，為什么能夠聞到這沁人心脾的香味呢?這是由于花的原子飄到了人們鼻子里。熱學(xué)就是研究物質(zhì)熱運動規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科，是物理學(xué)的一個重要組成部分。動態(tài)圖展示：油菜花飄香。一、新課引入如果我們把地球的大小與一個革果的大小相比，那就相當(dāng)于將直徑為1cm的球與分子相比?？梢?，分子是極其微小的。我們曾經(jīng)研究過物體的運動，那么，構(gòu)成物體的微小分子會怎樣運動呢?二、新課教學(xué)（一）分子熱運動1.擴散現(xiàn)象從許多實驗和生活現(xiàn)象中我們都會發(fā)現(xiàn)，不同種物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方。先看這樣的幾個實驗。動圖展示以下幾個實驗。氣體：二氧化氮擴散實驗。下面是二氧化氮上面是空氣抽掉中間的玻璃板，讓他們接觸，你會發(fā)現(xiàn)氣體開始逐漸混合，最后上面瓶子里的氣體顏色已經(jīng)和下面相當(dāng)接近。這個過程就說明空氣中的氣體分子和二氧化碳分子都在永不停息的無規(guī)則運動，彼此進(jìn)入了對方。再來看看液體的擴散現(xiàn)象，燒杯底部是硫酸銅溶液上面都是水，過了較長的時間后再發(fā)現(xiàn)藍(lán)色向上擴散，對比一下看的更明顯。金塊和一個鉛塊兒壓在一起放置他倆也會彼此滲透，大約1mm。不過，這個現(xiàn)象也能說明，即便是固體分子，同樣在做永無停息的無規(guī)則運動。在物理學(xué)中，人們把這類現(xiàn)象叫作擴散。即（1）定義：不同物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象，叫作擴散現(xiàn)象。問題：產(chǎn)生擴散現(xiàn)象的原因是什么呢？擴散現(xiàn)象并不是外界作用（例如對流、重力作用等）引起的，也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。比如剛才的氣體實驗，要保證二氧化氮的玻璃瓶在下空氣在上，因為他倆的相對分子質(zhì)量中二氧化氮更大。如果反著放其實出現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，也會懷疑是是重力的影響才造成了兩種氣體的混合，那就沒法證明。不僅如此，二氧化碳也不與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣就排除了很多干擾。即（2）成因：物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。擴散現(xiàn)象在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用：鹵蛋和半導(dǎo)體材料等。布朗運動19世紀(jì)初，一些人觀察到，懸浮在液體中的小顆?？傇诓煌５剡\動。1827年，英國植物學(xué)家布朗首先在顯微鏡下研究了這種運動。下面我們做一個類似的實驗。演示：用顯微鏡觀察炭粒的運動取1滴用水稀釋的碳素墨汁，滴在載玻片上，蓋上蓋玻片，放在高倍顯微鏡下觀察小炭粒的運動情況。實驗現(xiàn)象：小炭粒的運動是無規(guī)則的。動圖展示微粒的運動。如果在顯微鏡下追蹤一顆小炭粒的運動，每隔30s把炭粒的位置記錄下來，然后用線段把這些位置按時間順序依次連接起來，便可以得到一條類似于圖中某一顆微粒運動的位置連線。這表明微粒的運動是無規(guī)則的。布朗的困惑：懷疑這個現(xiàn)象是因為外界的干擾和一種生命運動。辦法：用無機物粉末做實驗。后來布朗又通過多次猜想和實驗，終于弄清了原因。不是花粉在運動，而是水分子在運動，他們在運動時會撞擊花粉，所以花粉無規(guī)則運動。①懸浮于液體（或氣體）中的微粒的無規(guī)則運動叫作布朗運動。②特點：微粒越小，運動就越明顯注意：圖中顯示的不是碳粒的運動軌跡。思考與討論：為什么劃分微粒的運動是無規(guī)則的？為什么微粒越小，它的無規(guī)則運動與明顯？下面三個微觀角度具體分析一下布朗運動的原因。當(dāng)水分子在無規(guī)則運動時，會對花粉進(jìn)行撞擊。在某一個瞬間，水分子在各個方向的撞擊力并不一定均勻，這就是不平衡性。因為只有顆粒夠小，水分子撞擊力的不平衡才能更明顯的體現(xiàn)出來。類比：倆人比作水分子，同時踢一個足球（比作顆粒），誰的力氣大球就往他踢的方向飛。但如果換成一個地球得了，怎么踢都沒用啊，即便有千千萬萬個人從各個方向踢，地球也巋然不動。不僅因為各個方向的撞擊力趨于平衡，而且人的撞擊力相比于地球也太小了點兒，不足以推動地球。那你把人做水分子，地球當(dāng)做一個很大的固體顆粒，就能解釋為啥固體顆粒太大，就很難觀察到布朗運動。所以說③布朗運動的成因：由于液體分子向各個方向撞擊微粒的不平衡造成的。④布朗運動間接反映了液體分子的無規(guī)則運動3.熱運動實驗：不同溫度下的墨水?dāng)U散。實驗表明溫度越高，墨水的擴散就更快。之前學(xué)的布朗運動也是溫度越高，運動就越劇烈。正因為這一點，我們把分子這種永不停息的無規(guī)則運動叫作熱運動。溫度是分子熱運動劇烈程度的標(biāo)志。擴散現(xiàn)象直接證明分子做熱運動，布朗運動間接證明分子做熱運動（二）分子間的作用力做一做一根試管中，加入半管清水，再注入酒精填埋管子，堵住管口，上下顛倒幾次，會發(fā)現(xiàn)混合溶液竟然又不滿了。也就是說酒精和水混合后總體積會減小，這是為啥呢？分析：畫出一些酒精分子和水分子，其中水分子個頭小，會鉆到酒精分子的空隙中去，分子會排列的更緊密但總體積肯定減小，所以就會出現(xiàn)剛才的現(xiàn)象，這就說明液體分子間存在著空隙。擴散現(xiàn)象的微觀分析：如果分子是緊密排列的，那根本無法運動，更別說進(jìn)入其它物質(zhì)啦，所以事實證明固體分子之間確實都存在間隙。氣體容易壓縮，說明氣體分子的也存在間隙。總之這是三個現(xiàn)象都說明了（1）組成物質(zhì)的分子之間存在間隙。不過不同類別的物質(zhì)分子間隙的大小也是不同的，咱知道固體和液體比較難壓縮，說明固體和液體的分子間隙較小。氣體容易壓縮，所以氣體分子的間隙大。分子間有空隙，大量分子卻能聚集在一起，這說明（2）分子之間存在著相互作用力。我們用彈簧來類比兩個分子：當(dāng)用力拉伸物體時，分子間隙增大從而產(chǎn)物體內(nèi)各部分之間要產(chǎn)生反抗拉伸的作用力，此時分子間的作用力表現(xiàn)為引力。當(dāng)用力壓縮物體時，分子間隙減少，物體各部分之間會產(chǎn)生反抗壓縮的作用力，此時分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，就像萬有引力是時刻存在的，在這里只是比較小。說明（3）分子間的引力和斥力同時存在的。（4）分子之間的引力或斥力都跟分子間距離有關(guān)。問題：它們之間有怎樣的關(guān)系呢?研究表明，分子間的作用力F跟分子間距離r的關(guān)系如圖所示。當(dāng)r<r0時，分子間的作用力F表現(xiàn)為斥力;當(dāng)r=r0時，分子間的作用力F為0，這個位置稱為平衡位置;當(dāng)r>r0時，分子間的作用力F表現(xiàn)為引力。問題：分子間為什么有相互作用力呢?我們知道，分子是由原子組成的。原子內(nèi)部有帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子。分子間的作用力就是由這些帶電粒子的相互作用引起的。（三）分子動理論熱學(xué)性質(zhì)：物體是由大量分子組成的，分子在做永不停息的無規(guī)則運動，分子之間存在著相互作用力。熱學(xué)規(guī)律：對于大量分子有統(tǒng)計規(guī)律，對單個分子無意義。分子動理論：把物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)和規(guī)律看作微觀粒子熱運動的宏觀表現(xiàn)。課堂練習(xí)例1：關(guān)于布朗運動和擴散現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A.布朗運動和擴散現(xiàn)象都能在氣體、液體、固體中發(fā)生B.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子運動C.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D.布朗運動和擴散現(xiàn)象都可以用肉眼直接觀察〖解析〗A.布朗運動只能發(fā)生在液體或氣體當(dāng)中，B.擴散現(xiàn)象直接證明分子做熱運動，布朗運動間接證明分子做熱運。C正確。D.布朗運動要用顯微鏡觀察。例2：下列詞語或陳述中，與分子熱運動有關(guān)的是（）A.酒香不怕巷子深B.天光云影共徘徊C.花香撲鼻 D.隔墻花影動，疑是玉人來〖解析〗分子在做永不