資源簡介

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第一章 分子動理論
人教版 選擇性必修第三冊
（單元解讀）
目錄
CONTENTS
1
《課標》要求
2
學習目標
3
內容分析
4
本單元教學重點與難點
5
教學策略
01
《課標》要求
《課標》要求
3.1.1通過實驗，估測油酸分子的大小。了解分子動理論的基本觀點及相關的實驗證據。
3.1.2通過實驗，了解擴散現象。觀察并能解釋布朗運動。了解分子運動速率分布的統計規律，知道分子運動速率分布圖像的物理意義。
02
學習目標
學習目標
節次 學習目標
第1節 分子動理論的基本內容 物理觀念：知道擴散、布朗運動、熱運動及分子動理論的基本觀點和相關的實驗證據。
科學思維：理解物體是由大量分子組成的，理解擴散現象與布朗運動的成因；培養學生分析問題和解決問題的能力；能用F r圖像解釋分子力。
科學探究：通過對布朗運動的探究，學會通過觀察物理現象，揭示其本質，得出結論。
科學態度與責任：學會堅持實事求是的態度，用實驗方法探究問題，培養探索科學的興趣。
第2節 實驗：用油膜法估測油酸分子的大小 物理觀念：理解分子模型，知道分子直徑的數量級。
科學思維：通過實驗估測分子的大小，體會建立模型和估測方法在研究物理問題中的應用。
科學探究：能夠對實驗數據進行處理，掌握“互補法”計算油膜面積。
科學態度與責任：通過油膜法測分子直徑應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。
學習目標
節次 學習目標
第3節 分子運動速率分布規律 物理觀念∶理解分子的統計規律、速率分布、氣體壓強。
科學思維∶通過比較不同溫度下的分子速率分布圖，以及氣體壓強的微觀解釋，體會它們的本質是分子熱運動的相互作用的結果。
科學探究：模擬氣體壓強產生的機理實驗，通過類比發現氣體壓強的作用的本質。
科學態度與責任∶使學生體驗氣體宏觀性質、規律是由氣體分子運動和相互作用的微觀本質決定的，培養學生熱愛科學的志趣。
第4節 分子動能和分子勢能 物理觀念∶通過類比宏觀物體的動能、勢能，得出分子動能、分子平均動能、分子勢能、內能的概念。
科學思維∶分析理解分子平均動能隨溫度的變化關系，分子勢能和分子間距離的關系，內能及決定因素。
科學探究：運用彈簧連接兩小球模擬分子，探究分子勢能的大小。
科學態度與責任∶學習好影響內能的因素，培養學生能夠通過宏觀與微觀兩種方面來看物理問題的思想。
03
內容分析
內容分析
第1節
第1節《分子動理論的基本內容》在課程標準中的要求為：了解分子動理論的基本觀點及相關的實驗證據。通過實驗，了解擴散現象。觀察并能解釋布朗運動。利用顯微鏡觀察布朗運動?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：本條目要求學生認識分子動理論的基本觀點，并且知道分子動理論的實驗依據。學生應該知道“物體是由大量分子組成的、分子永不停息的無規則運動、分子間存在著引力和斥力”等基本內容，知道其中的基本概念，并能用分子動理論的基本觀點解釋一些實驗現象。
學生要知道阿伏伽德羅常數的意義。阿伏伽德羅常數是一個重要的常數，它把摩爾質量、摩爾體積這些宏觀物理量于分子質量、分子大小等微觀物理量聯系起來，是聯系微觀世界和宏觀世界的橋梁。
學生通過實驗了解擴散現象，并結合日常生活中的現象加深對擴散現象的了解。利用顯微鏡觀察布朗運動，分析布朗運動產生的原因，能夠從微觀層面解釋布朗運動。
內容分析
第2節
《實驗：用油膜法估測油酸分子的大小》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第3冊“固體、液體和氣體”主題下的內容。課程標準要求為：通過實驗，估測油酸分子的大小?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：能用“油膜法估測分子的大小”的實驗來估測油酸分子的大小，體會和掌握測量微觀量的思想方法，能利用不同的方法和手段分析和處理信息。
本實驗利用宏觀量的測量推算微觀量，有利于培養學生的模型建構意識，深化學生對分子大小的認識，提高實驗技能。教材以“實驗思路”“物理量的測量”“數據分析”三個問題展開，論述實驗思路，引導學生建立單分子油膜模型，設計實驗方案。
內容分析
第3節
《分子運動速率分布規律》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第3冊“固體、液體和氣體”主題下的內容。課程標準要求為：了解分子運動速率分布的統計規律，知道分子運動速率分布圖像的物理意義。能用分子動理論和統計觀點解釋氣體壓強。《普通高中物理課程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：要求學生了解分子運動速率的統計分布規律。例如通過了解某種氣體分子在一定的溫度下速率分布的情況，體會盡管每個分子的速率有大有小，但從大量分子的整體來說，分子的速率是按照一定的規律分布的。這種大量分子的整體會表現出一定的規律性，這種規律性稱為統計規律。學生要知道分子運動速率分布圖像的物理意義。學生應該知道“溫度是分子平均動能的標志”。要知道氣體分子的速率分布規律與溫度有關，能解釋為什么分子的平均動能隨溫度的變化而變化。要求學生能從微觀角度用分子動理論解釋氣體壓強產生的原因，也能從宏觀角度應用力學知識和統計的觀點分析氣體壓強的大小。這里不要求學生推導氣體壓強的表達式。
內容分析
第4節
《分子動能和分子勢能》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第3冊“固體、液體和氣體”主題下的內容。本節從能量的角度運用統計思想認識熱運動，熱運動是運動的一種形式，分子具有熱運動動能。分子的速率變化，熱運動動能變化。重要的是大量分子熱運動動能的平均值，它的大小標志系統溫度的高低。
分子間的作用力屬于電磁相互作用，做功和路徑無關，可引入分子勢能的概念。分子勢能變化圖像可以從分子力做功和勢能變化關系分析得到，這種分析方法在重力勢能和電勢能已經多次遇到，體現功和能量兩個物理量的關系。概念教學要讓學生知道引入概念的目的、概念的確切含義與其他概念的區別和聯系。
本節內容概念性強，抽象，不易理解把握，教學中要注意在實際情境中構建概念，在具體情境中應用概念分析問題，豐富、深化學生對概念的理解。
04
本單元教學重點與難點
本單元教學重點與難點
教學 重點 1、分子熱運動及影響因素、分子間作用力變化規律、分子動理論基本內容。
2、體會用宏觀量推算微觀量的物理方法、油膜法估測分子大小原理、分子大小的數量級。
3、氣體壓強的產生機理。
4、分子動能，分子勢能，物體內能。
教學 難點 1、布朗運動的成因。
2、規范實驗操作。
3、氣體壓強的微觀解釋。
4、分子熱運動的平均動能與溫度的關系，分子間距和分子勢能的關系以及影響內能的因素。
05
教學策略
教學策略
1.規范閘述分子動理論的基本內容
為了引導學生了解分子動理論的基本觀點以及相關的實驗證據，可依據教科書做如下處理：
第一，對“物體是由大量分子組成的”觀點，教科書是從分子的大小和組成物體的分子數目的多少兩個角度來闡述的。該觀點還需要有相關的實驗證據作支撐。教科書展示了用掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面原子的照片，學生看到客觀存在的分子(原子)的照片，會加深認識，提高證據意識，為形成科學的物質觀念和為后續熱學的學習打下一定的基礎。
教學策略
第二，“分子在做永不停息的無規則運動”的觀點是分子動理論的核心內容。教科書通過“擴散”“布朗運動”兩個現象闡述這一觀點。 我們知道，擴散現象不是外界作用引起的而是分子做無規則運動的直接結果，是分子做無規則運動的宏觀反映。由于有關液體和氣體擴散方面的知識在初中已有涉及，所以本章沒有重復相關的實驗，只是通過一些實例加以說明。其中，關于擴散現象在科學技術的應用，教科書給出了“在生產半導體器件時，需要在純凈半導體材料中摻人其他元素。這一過程可以在高溫條件下通過分子的打散來完成”的實例。關于布朗運動，教科書設計了一個演示實驗，用顯微鏡觀察炭粒的運動。另外，還利用微粒運動位置的連線圖示，再次讓學生感受到證據的力量。
教學策略
第三，對“分子之間存在著相互作用力”的觀點，教科書是從讓學生感受氣體和液體的分子之間存在空隙的實驗體驗開始的。需要特別說明的是:本章關于分子間作用力問題的處理，沒有出現以往分子間斥力、引力與分子間距離關系的F-r圖像(圖1)，而是直接給出了分子間作用力與分子間距離關系的F-r圖像(圖2)。 應該說，這樣的處理更直接，符合學生的思維特點，不必再引入所謂的合力與分力的問題，只需明確分子間作用力隨分子間距離的變化情況(當r>r0時，分子間作用力表現為引力；當r=r0時，分子間作用力為0；當r教學策略
2.讓學生經歷構建理想化模型的過程
在第2節“實驗:用油膜法估測油酸分子的大小”中，需要建構分子的模型來研究和處理問題。把油酸分子看成小球，是對油酸分子建立的一種簡化模型。 教科書注意滲透模型在物理學中的意義，目的是使學生認識到模型都是人們根據研究的問題建立的，理想模型是在一定場合、一定條件下為突出客觀事物的某種主要因素、忽略次要因素而建立的。將分子看成小球，它與力學中的質點、電學中的點電荷一樣， 都是理想模型。實際上，分子的結構是很復雜的，分子并不真是小球，分子間也存在著空隙，因此，我們所計算出的分子的直徑(分子的大小)，只能從數量級上粗略地反映分子所占空間的大小。在研究分子內部結構和運動時，則需要較復雜的分子結構模型。
教學策略
3.努力呈現實驗的真實情境，激發學生自 主設計、動手操作的興趣
在本章多數實驗中，我們力求多以真實情境來呈現實驗思路、實驗過程和實驗結果，目的是讓學生感受到該實驗真實可信、可操作，激發他們自主設計、動手操作實驗的興趣。例如，教科書圖1.1-3所示的觀察布朗運動的實驗裝置;教科書圖1.1-6所示的觀察液體混合后體積的變化;教科書圖1.2-2所示的記錄油酸酒精溶液的滴數:教科書圖1.2-3所示的記錄油酸薄膜的形狀;伽爾頓板等，都采用了真實照片反映實驗情境。其中，“實驗:用油膜法估測油酸分子的大小”一節的設計有以下思考。
在“實驗思路”中，需要讓學生清楚:怎樣建構單層油酸分子的理想模型:怎樣使油酸充分展開獲得單分子油膜:怎樣粗略地測出油酸分子的直徑。
教學策略
在“物理量的測量”中，教科書設計了兩個需要解決的問題，即“1. 測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V”和“2.測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S"。教科書以這兩個問題為行文的線索，不僅有利于學生理解這個實驗的原理，而且讓學生看到了本實驗的具體方案是怎樣構思出來的。教科書把具體原理和步驟融人幾個需要解決的問題中，為學生自主學習和相互交流創造了條件，有利于培養學生設計實驗的能力。
在“數據分析”中，學生通過對實驗結果的處理，可獲得油酸分子的尺度大小。經歷這樣的過程，會加深學生對分子大小的數量級的認識。
教學策略
4.加強分子運動速率分布統計規律的學習
熱現象與大量分子熱運動的統計規律有關。在熱學研究中，把物質的熱學性質和規律看作微觀粒子熱運動的宏觀表現。本次修訂為了進- 步深化對分子熱運動規律的學習，同時也為后續內容的學習作好鋪墊，將“分子運動速率分布規律"的內容前置于本章，并單獨設為一節。
對于任何一個分子而言，在每一時刻，沿著什么方向運動，以及運動的速率等都具有偶然性。但是，對于大量分子的整體而言，它們的運動卻表現出規律性。為了滲透一些統計的觀點，說明統計規律，教科書首先通過“問題”欄目展現了“伽爾頓板”實驗，讓學生看到投入大量的小球時所展現出的規律性。為了使學生對氣體分子的運動在頭腦中有深刻、形象的認識，教科書設置了示意圖(教科書圖1.3-1)。
教學策略
為了說明氣體分子運動速率分布圖像的物理意義，教科書通過氧氣分子實例閘明了這樣的觀點:在每一時刻，氣體內既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。速常很大和速率很小的分子所占的比例相對較少，大多數分子的速率和某一平均速率 相差很小。通常所說分子運動的速率，均指它們的平均速率而言。分子的平均速率與氣體的溫度以及分子的種類有關。
針對氣體壓強的微觀解釋，教科書選擇了一個與器壁發生正碰的氣體分子為研究對象，目的是使學生體會到，雖然單個分子的運動服從力學規律，它碰撞器壁時所產生的作用力可以用力學規律來計算，但涉及大量分子的集體行為卻要用到統計觀點。同時，為了讓學生形成氣體壓強的微觀圖景，教科書中設計了模擬氣體壓強的演示實驗。
教學策略
5.引導學生認識分子熱運動中的能量特征
一種運動形式對應一種能量的形式。 機械能與機械運動相對應，內能與大量分子的熱運動相對應。學生已經了解了組成物體的分子在永不停息地做無規則運動，本章第4節“分子動能和分子勢能”就是從能量的角度引導學生運用統計思想來認識分子熱運動的。
物體是由分子組成的，組成物體的大量分子在永不停息地做無規則熱運動，所以每個分子都有分子動能。由于物體內分子是大量的，各個分子的速率大小不同，因此，每個分子的動能大小不同。從分子動理論的觀點來看，溫度是大量分子無規則熱運動的宏觀表現，具有統計的意義。
教學策略
關于“分子勢能”，教科書通過“問題”和“思考與討論”兩個欄目提出問題，目的是引導學生認識分子勢能和它隨分子間距離變化的關系，以便學生可以通過問題的臺階和自己已有的知識獨立思考完成。通過以上活動，可以培養學生對物理概念和規律的認識能力，讓學生學會運用宏觀量重力勢能來類比微觀量分子勢能的方法。重力勢能是由物體所處的位置決定的能量:分子勢能是由分子間相對位置決定的能量。必修課程中，我們曾用重力做功來分析重力勢能的變化，類似地，對于分子勢能的認識，教科書的處理方法是運用分子間的作用力做功來分析分子勢能的變化。
教學策略
6.課時安排建議
第1節分子動理論的基本內容 1課時
第2節實驗: 用油膜法估測油酸分子的大小 1課時
第3節分子運動速率分布規律 1課時
第4節分子動能和分子勢能 1課時
謝謝觀看
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