分子热运动教案
(一)教学目的知道分子动理论的初步知识。
(二)教具
广口瓶,量筒,分子引力演示器,二氧化氮气体,硫酸铜溶液,烧杯,细长玻璃管等。
(三)教学过程
1.全章导言
自然界存在着各种热现象:物体温度的变化,物质状态的变化,物体热胀冷缩的现象等。这些热现象的解释,都涉及到热现象的本质是什么?这也是人类长期探索的问题,直到17世纪和18世纪期间,人们才开始认识到热现象是由物质内部大量微粒的运动引起的,这种认识逐渐发展成为一种科学理论枣分子动理论。到19世纪建立了能量的概念,人们又逐渐认识到与热现象相联系的能量枣内能。用分子动理论和内能的观点,可以解释很多热现象,这一章我们就学习分子动理论和内能的初步知识。
2.引入新课
我们生活在物质世界中,我们的周围充满着物质:水、空气、石头、金属、动物、植物等都是物质。而对于物质是怎样构成的,这一古老课题,很早就有过种种猜测,有的主张万物之源是“气”,有的主张万物之源是“火”。公元前5世纪墨子提出的物质的最小单位是“端”,公元前4世纪古希腊的德漠克利特认为宇宙万物,是由大小和质量不同的,不可入的,运动不息的原子组成。此后经过近2000年的探索,直到17世纪末,才科学地认识到物质是由分子组成的。
3.进行新课
(1)分子和分子运动
①物质是由分子组成的,分子是极小的微粒。如果把分子看做球形,它的直径约10-10米,这是一个极小的长度,不仅肉眼看不到,即使用现代的显微镜也看不清分子。由于分子极小,所以物体含分子数目大得惊人。通常情况下,1厘米3空气里大约有2.7×1019个分子,如果人数数的速度能达到每秒数100亿个,要数完这个数,也得用80多年。
②构成物质的分子永不停息地运动着。由于分子太小,目前尚无法直接观察分子的行为,但我们可以从宏观的实验现象,来判断分子的行为。
演示实验:扩散现象
出示事先装有二氧化氮(或溴气)气体的广口瓶。说明瓶内红棕色的气体是二氧化氮。再出示一只空的广口瓶,其实瓶内装满了空气。将装有二氧化氮的瓶子向空瓶倾倒,这时看到红棕色气体流入空瓶,开始先沉到瓶底。此现象说明二氧化氮的密度大于空气的密度。
另取一只“空”瓶,按课本图2梍1所示,将其倒扣在装有二氧化氮气体的瓶子上。这时要强调:装有密度较大的二氧化氮气体的瓶子在下,装有空气的瓶子在上,抽掉玻璃隔板,二氧化氮气体不会流进空气瓶内。现在我抽掉隔板,没有出现二氧化氮气体流动的现象,我们停一会儿再来观察瓶内出现的现象。
在等候期间,组织学生自己做墨水扩散实验:同学们课桌上的烧杯里盛有清水,大家不要振动桌子,保持清水平静。请大家向清水里慢慢的滴入一滴墨水,观察墨水的变化情况。滴入的墨水将下沉,在清水中留下了清晰的墨迹,过一段时间墨迹的轮廓变模糊,墨迹变淡,周围的水色变墨。
组织学生观察前面已做的气体扩散实验。此时空气瓶出现了红棕色,下面红棕色的二氧化氮瓶中颜色变淡。实验现象表明,二氧化氮气体进入了空气,空气进入了二氧化氮气体中。像这样,不同的物体在互相接触时,彼此进入对方的现象,叫做扩散。
扩散现象也可以发生在液体之间。请大家再观察一下刚才大家滴入清水的墨水,已经没有明显的墨迹了,整杯水都变黑些了,说明墨水和水也发生了扩散。为了说明液体的扩散现象,我们再来做个实验。(按照课本图2-3液体的扩散实验演示)现在我们看到无色的清水和蓝色的硫酸铜溶液之间有明显的界面,要观察到扩散现象需要较长的时间。为了节省课堂时间,几天前我就做了同样的实验,请大家看几天前的实验。(出示提前二天、四天、六天做的实验样本)这些实验告诉我们,静放的时间越长,界面变得越模糊不清,彼此进入对方越深。
固体之间也会发生扩散现象。将铅片和金片紧压在一起,放置5年后再将它们分开,可以看到它们相渗入约1毫米。其实在日常生活中,我们也观察到过固体的扩散。煤矸石有的原来就是石炭岩,由于长期地跟煤挤压在一起,它的内部也变黑了。
大量事实说明气体、液体、固体都有扩散现象,即使在日常生活中大家也能找到许多事例。例如,某同学擦点清凉油,周围同学就能闻到清凉油味。
扩散现象表明:一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。只有分子不停地运动才能相互进入对方。同时也说明分子不是紧密地挤在一起,而是彼此间存有间隙。
(2)分子间的作用力
固体、液体的分子都在不停地做无规则运动,且分子间又有间隙,为什么分子不会飞散开,反而聚合在一起呢?引导学生猜想,这可能是分子间存在着吸引力,这个猜想是否正确呢?需要我们用实验来证实。
演示实验:分子引力实验
出示演示分子引力的两个铅圆柱。随意将它们对在一起,这时两铅块并没有表现出吸引力。实验似乎得到分子间没有引力的结果,但是我们不要轻易地放弃我们的猜想,应再进一步分析原因。大家都知道磁铁能够吸引铁钉,(边讲边演示)但把铁钉远离磁铁,这时磁铁不能吸起铁钉(演示),这是为什么?(距离太远)。刚才两铅块没有表现出吸引力,是不是也是因为分子间的距离不够近呢?那么我们想法让两铅块靠的更近些。(再做实验时,用小刀将两铅块表面刮光亮,然后用力将两铅块挤压在一起)
实验结果两铅块能吸引在一起,并能负重达500克以上。这表明分子之间的吸引力,这种吸引力只有在分子靠得很近时,才能表现出来。一般分子距离要小于10-9米时才能表现出引力。
在实际生产中,人们早就利用分子间有吸引力,来进行金属焊接了。一般焊接是靠溶化金属,从而使分子间的距离足够近,金属冷却后就焊接到一起。近代还有爆破焊接技术,它是将金属表面清洁后靠在一起,然后靠爆炸产生的巨大压力,将两金属压接在一起。
液体分子之间也存在吸引力。课本图2梍18的小实验就说明液体分子间的吸引力。
实验证实了我们关于分子引力的猜想。我们再进一步思考,又会发现新的矛盾:分子之间有间隙,分子之间又有引力,这两者是矛盾的,分子想互吸引最终应该相互靠紧,而不应该有间隙。既然分子间有间隙,物体应该很容易压缩,但事实却是固体、液体极难压缩。我们只有根据事实,深化我们的认识,事实表明我们对分子的认识还不够全面,还有没认识到的方面。
原来分子之间还存在斥力。分子之间既有引力,又有斥力,会不会两种力总是相互抵消呢?当然不会,只有在特定的距离r时,分子间的引力不等于斥力,这个距离r就是通常的分子间隙的距离,大约是10-10米。当分子距离小于r
时,斥力和引力都增大,但斥力增大得快,分子间表现为斥力。当分子间距离增大时,斥力和引力都减小,但斥力减小得更快、分子间表现为引力。当分子距离再增大,分子引力继续减小,当分子距离大于10r时,分子间的作用力将变得十分微弱,可以忽略了。
有了对分子间存在斥力的认识,前面所说的矛盾也就迎刃而解了。
3.小结
通过实验和思考,我们已经对分子和分子的运动有了初步认识,现在我们共同回顾一下,看看我们已经有了哪些认识。
1.物质是由分子组成的,分子是构成物质的微粒,直径大约是10-10米。
2.分子永不停息地无规则运动着。
3.分子之间有间隙。
4.分子之间存在作用力,相互作用力有两种,即引力和斥力。
以上几点,就是分子动理论的基本要点,利用这些要点,能够解释很多热现象。
(四)说明
1.对学生进行辩证唯物主义教育,应渗透到课堂教学中,教师讲课的思维方法本身,就是很好的示范。本节课,从宏观现象推论分子的特征,应坚持实践枣认识枣实践的认识论,并在教学中体现出来。
2.液体的扩散比较缓慢,应提前几天做出实验的样本,并标明实验样本的时间。样本应静放在实验室里,不应搬动。授课时,让学生通过几个样本的观察,了解液体扩散的过程。
3.分子之间有间隙,除用扩散现象说明外,也可用实验证实。取一端封闭的细长玻璃管,(可用做托里拆利实验的玻璃管)先向管内注入约半管染红的水,然后再注满无水乙醇。用手指堵住开口端,反复翻转玻璃管,使酒精和水充分混合。最后将玻璃管直立,能明显地看到液体混合后,液面下降,说明液体分子之间有间隙。这可用向一满碗米饭中,倒入半碗水也不至于溢出,是由于米饭中的米粒之间有空隙作类比。
