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j.Co M 物質(zhì)是由大量分子組成的教案示例（之一）

一、目標(biāo)
1．在物理知識(shí)方面的要求：
（1）知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級(jí)；
（2）知道阿伏伽德羅常數(shù)的含義，記住這個(gè)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。
2．培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)中的估算能力，會(huì)通過阿伏伽德羅常數(shù)估算固體和液體分子的質(zhì)量、分子的體積（或直徑）、分子數(shù)等微觀量。
3．滲透物理學(xué)方法的教育。運(yùn)用理想化方法，建立物質(zhì)分子是球形體的模型，是為了簡化計(jì)算，突出主要因素的理想化方法。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．重點(diǎn)有兩個(gè)，其一是使學(xué)生理解和學(xué)會(huì)用單分子油膜法估算分子大�。ㄖ睆剑┑姆椒�；其二是運(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。
2．盡管今天科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平，但是在物理課上還不能給學(xué)生展現(xiàn)出分子的真實(shí)形狀和分子的外觀。這給講授分子的知識(shí)帶來一定的困難，也更突出了運(yùn)用估算方法和建立理想模型方法研究固體、液體分子的體積、直徑、分子數(shù)的重要意義。
三、教具
1．掛圖或幻燈投影片：水面上單分子油膜的示意圖；離子顯微鏡下看到鎢原子分布的圖樣。
2．演示實(shí)驗(yàn)：演示單分子油膜：油酸酒精溶液（1：20O），滴管，直徑約20cm圓形水槽，燒杯，畫有方格線的透明塑料板。
四、主要教學(xué)過程
（一）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(dòng)，因此研究熱學(xué)的基本理論是分子動(dòng)理論、量守恒規(guī)律。
（二）新課教學(xué)過程
1．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(cè)定油膜面積。如圖1所示。

提問：已知一滴油的體積V和水面上油膜面積S，那么這種油分子的直徑是多少？
在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，還要指出：
①介紹數(shù)量級(jí)這個(gè)數(shù)學(xué)名詞，一些數(shù)據(jù)太大，或很小，為了書寫方便，習(xí)慣上用科學(xué)記數(shù)法寫成10的乘方數(shù)，如3×10-10m。我們把10的乘方數(shù)叫做數(shù)量級(jí)，那么1×10-10m和9×10-10m，數(shù)量級(jí)都是10-10m。
②如果分子直徑為d，油滴體積是V，油膜面積為S，則d=V／S，根據(jù)估算得出分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10m。
（2）利用離子顯微鏡測(cè)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(jì)算得出鎢原子之間的距離是2×10-10m。如果設(shè)想鎢原子是一個(gè)挨著一個(gè)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）物理學(xué)中還有其他不同方法來測(cè)量分子的大小，用不同方法測(cè)量出分子的大小并不完全相同，但是數(shù)量級(jí)是相同的。測(cè)量結(jié)果表明，一般分子直徑的數(shù)量級(jí)是10-10m。例如水分子直徑是4×10-10m，氫分子直徑是2.3×10-10m。
（4）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(jí)，對(duì)分子的大小有了較深入的認(rèn)識(shí)。
2．阿伏伽德羅常數(shù)
向?qū)W生提問：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(hào)NA表示此常數(shù)， NA=6.02×1023個(gè)／mol，粗略計(jì)算可用NA=6×1023個(gè)／mol。（阿伏伽德羅常數(shù)是一個(gè)基本常數(shù)，科學(xué)工作者不斷用各種方法測(cè)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1.8×10-5m3。每個(gè)水分子的直徑是4×10-10m，它的體積是（4×10－10）m3=3×10-29m3。如果設(shè)想水分子是一個(gè)挨著一個(gè)排列的。
提問學(xué)生：如何算出1mol水中所含的水分子數(shù)？

3．微觀物理量的估算
若已知阿伏伽德羅常數(shù)，可對(duì)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(gè)挨一個(gè)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(gè)水分子質(zhì)量如何求？

提問學(xué)生：若已知鐵的相對(duì)原子質(zhì)量是56，鐵的密度是7.8×103kg／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(jì)算出鐵原子的直徑是多少來？


歸納總結(jié)：以上計(jì)算分子的數(shù)量、分子的直徑，都需要借助于阿伏伽德羅常數(shù)。因此可以說，阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質(zhì)量、分子體積（直徑）等這些微觀量聯(lián)系起來。
阿伏伽德羅常數(shù)是自然科學(xué)的一個(gè)重要常數(shù)（曾經(jīng)學(xué)過的萬有引力常量也是一個(gè)重要常數(shù)）。物理常數(shù)是物理世界客觀規(guī)律的反映。一百多年來，物理學(xué)家想出各種辦法來測(cè)量它，不斷地努力，使用一次比一次更精確的測(cè)量方法�，F(xiàn)在測(cè)定它的精確值是NA=6.022045×1023／mol。
（三）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(jí)是
A.102cm2B.104cm2C.106cm2D. 108cm2
答案：B
2．已知銅的密度是8.9×103kg／m3，銅的摩爾質(zhì)量是63．5×10-3kg／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：3．8×1023， 3×10-10m
（四）課堂小結(jié)
1．物體是由體積很小的分子組成的。這一結(jié)論有堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。單分子油膜實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)是上述結(jié)論的有力依據(jù)。分子直徑大約有10－10m的數(shù)量級(jí)。
2．阿伏伽德羅常數(shù)是物理學(xué)中的一個(gè)重要常數(shù)，它的意義和常數(shù)數(shù)值應(yīng)該記住。
3．學(xué)會(huì)計(jì)算微觀世界的物理量（如分子數(shù)目、分子質(zhì)量、分子直徑等）的一般方法。由于微觀量是不能直接測(cè)量的，人們可以測(cè)定宏觀物理量，用阿伏伽德羅常數(shù)作為橋梁，間接計(jì)算出微觀量來。如分子質(zhì)量m，可通過物質(zhì)摩爾質(zhì)量M和阿伏伽德羅常數(shù)NA，得到m=M／NA。通過物質(zhì)摩爾質(zhì)量 M、密度 ρ、阿伏伽德羅常數(shù)NA，計(jì)算出分子直徑
（五）說明
1．由于課堂內(nèi)時(shí)間限制，單分子油膜法測(cè)定分子直徑的實(shí)驗(yàn)不可能在課堂上完成全過程。在課堂上讓學(xué)生看到油膜散開現(xiàn)象和油膜面積的測(cè)量方法即可。

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