分子热运动高端备课研究论文

水的表面张力表面张力是一种特殊的力，它是液体（纯净液体、溶液）性质的一种表现．从微观上看，表面张力是因液体麦面薄层（约10-9米，并非几何面）内分子间的相互作用，它不同于液体内部分子间的相互作用，从而使液体表面层具有一种特殊性质．表面张力是分子力的一种宏观表现，在内聚力的作用下，表面层液体分子的移动总是尽量地使表面积减小．在液体表面形成一层弹性薄膜，这样便出现了表面张力．表面张力起源于分子引力，从其作用效果来看，它属一种拉力． 不同液体表面张力不同，是由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子力．分子间作用力越大，密度越大，越不容易蒸发的液体，其表面张力越大，比如：水分子是由氢键缔合的，因此水的表面张力较大．液态汞原子是由金属键缔合的，其表面张力更大．一般液体表面张力系数约为40×10-3N／m左右． 液体能否浸润固体，与其表面张力有关．表面张力系数小者（30×10-3N／m左右），几乎能浸润一切固体；水的表面张力系数较大．它只能浸润某些固体．汞的表面张力系数更大，则仅能浸润某些金属． 表面张力系数是表征表面张力大小的物理量，是讨论液体表面现象、了解液体性质的重要物理参量．它与温度、压强、密度、纯度、气相或液相组成以及液体种类等有关，通常，密度小、容易蒸发的液体其表面张力系数较小．液氢、液氦的表面张力系数很小，汞则很大． 1、液体表面具有收缩趋势的微观解释 从力的角度分析：由于液体表面层分子显著地受到液体内部分子引力的作用（这其间也存在着分子斥力，只是分子引力占了优势）．表面层外气体或其它液体分子的作用很小．于是，表面层内分子受力上、下不均，所以表面层分子仅受到了一指向液体内部的合引力，这一引力导致了表面层分子有向液体内部运动的趋势，宏观上便表现出液体表面具有自动收缩的趋势． 从能量的角度分析：由于液体表面层内出现了一个指向液体内部、自液面而下逐渐增强的分子引力场．液体分子由液体内部进入分子引力场，需要外力做功，其分子势能将增大（类似重力场中举起重物），而液体分子由表面进入液体内部，其势能会减小（类似重力场中下落物体）．因任何物体的势能总有减小的倾向，以便使其稳定（势能最小原理），所以表面层的分子总想进入液体内部以获得“安稳”，从而使表面层分子的总势能尽可能减小．这一趋势宏观上使表面积趋于减小，即液面具有自动收缩的趋势． 2、表面张力和分子引力联系的解释 众所周知，表面张力及其形成和分子引力有着密切的关系．那么，与液面共面相切的宏观力——表面张力，和垂直液面指向液体内部的微观力——分子引力合力，二者的联系如何理解？ 如前所述，液体表面层的分子因受到指向液体内部的拉力——分子引力的作用．表面层分子总要尽可能地向液体内部钻．这样一来，宏观上整个液面就会处在一种张紧的状态，表面上出现张力，即和液体表面共面且相切的表面张力．分子引力、表面张力的联系可用下面的事例说明类比：一直位于水平面上的小车，通过一个定滑轮在垂直向下的拉力作用下，该车上便会有一沿水平方向的力．分子引力和表面张力的关系是：前者为因，后者为果 3、表面张力和温度的关系 表面张力一般随温度升高而减小，因为温度升高，分子热运动加剧，液体分子之间距离增大．相互吸引力将减小，所以表面张力要相应地减小．到达临界温度（物质以液态形态出现的最高温度）时，表面张力减小到零．通常表面张力和温度的关系成一直线；也有的表面张力虽随温度增加而减小，但不是直线关系；有的二者关系则更复杂．表1是不同温度下水的表面张力系数值． 表1（第二行数值均乘以10-3） 4、表面张力和表面接触物质的关系 表面张力和液体表面接触的物质有关．通常不说明接触物质的表面张力值，是液体和该液体的饱和蒸汽或含有其饱和蒸汽的空气接触时的数值．如果接触的物质是别的气体或液体，那么表面张力将发生变化，这有点类似于物体间的动摩擦因数，如木块与铁块，木块与冰块之间的动摩擦因数就不一样·表2是20℃下水与不同物质接触时的表面张力系数值． 表2 5、表面张力和杂质的关系 纯净液体中溶有不同种类的物质时，由于溶液中部分溶质分子进入到溶液的表面层．如此，表面层的结构将变化，分子组成将会改变，分子间作用力也会随之发生变化，所以表面张力将改变．如：水中溶入酸、酯等物时，其表面张力（系数）相对纯水会减小，并随溶液浓度增加而渐小（20℃下，水中溶有肥皂，表面张力系数将从×10-3N／m，减至40×10-3N／m）；水中溶入食盐、蔗糖等物时，表面张力（系数）则会稍稍变大，且随浓度加大而逐渐增大． 纯净液体的表面张力系数和液体表面的大小无关，但有时表面张力系数也和表面的大小有关，溶解了活性表面物质的液体（如肥皂水）便是如此． 水的表面张力： 一切物质分子间都存在吸引力：同一种类物质分子间的吸引力称之为内聚力；不同物质分子间的吸引力称之为附着力。在流体力学中，水分子是在不断作布朗运动的，水分子间互相存在吸引力，分子间的距离越小，吸引力就越大，这就是水的内聚力。水分子的这种内聚力在水表界面上的作用就使得水表界面(其厚度只有水分子直径的数量级)自动收缩的现象称为水表张力。但是，浮漂(固体)周围表面和水(流体)接触之间存在着的吸引力，则是两种不同物质的吸引力——即附着力。附

热学发展史对中学热学教学的启示学是中学物理教学中必不可少的一个重要内容，而由于比较抽象，因此成为中学物理教学中的一个难点.热现象普遍存在.同学们很早就有了相关的经验，这是进行热学教学的一个很好基石.但也正因为这个基石的作用，一些不正确的观点很难进行纠正.根据教学经验和相关研究人员的调查结论知道，不管是小学生还是中学生，不管是否学过物理，都有相当多的人对热的理解不科学，其中非常典型的想法就是把热看成是一种可以流动的物质.根据当前国际科学教育上富有广泛影响的学习理论即“概念转变”理论认为:科学学习的过程就是概念转变过程，提出了为概念转变而教.那么作为中学物理热学部分的教学，其主要目标是让同学们通过热学的学习.实现其概念发生转变，建立起科学的分子运动论观点.为了实现概念发生转变，很多的教师和研究者进行了多种尝试，如通过“做中学”“实验探究”等方法来帮助学生建立科学的热观点，都取得了一定的成效.而本文中笔者试从利用热学发展史开展有效教学帮助学生转变概念进行浅析.从认知发展心理学的观点看，同学们个体在对某一事物认识的时候，认识水平是在主体与客体间不断地相互作用过程中变化和提高的.个体的认识发展过程是人类认识发展过程的一个缩影.因此个体的认知发展水平和历史上人类对其认识水平是相对应的.也就是说从人类对热的认识发展就可预知学生对热的理解情况.那么要进行有效的热学教学，我们有必要向学生介绍有关热学发展史.在历史上，人类对“热”是什么的思考一直没停止过.对热的认识不断变化和发展.大致可以归纳为以下三个阶段:一、热质说的形成受古希腊原子论思想的影响，热是某种特殊的物质实体的观点也得到流传.法国科学家和哲学家伽桑狄认为，热和冷也是由特殊的.‘热原子”和’‘冷原子”引起的，波尔哈夫认为热的本源是钻在物体细孔中的、具有高度可塑性和贯穿性的物质粒子，它们没有重量，彼此排斥.这个观念，把人们引向“热质说”.‘’热”可以从高温物体传向低温物体，就好似水从高处流向低处.认为热是一种特殊的物质.它暗藏在物质粒子之间，受到物质粒子的吸引，热质粒子之间互相排斥.在18世纪..热质说”几乎统领热学各个领域，当时“热质说”能简单地、比较满意地解释当时发现的大部分热现象，并取得了一定的成功.例如.物体温度的变化是吸收或放出“热质”引起的;热传导是“热质”的流动，等等.在“热质说”的影响下，热学(主要是量热学)的研究取得了一些进展.但到了后来，“热质说”无法解释热缩冷胀、摩擦生热等现象，受到了严重的挑战.二、定性的热动说的形成1658年，伽桑狄提出物质是由分子构成的假设，假想分子是硬粒子，能向各个方向运动，使它们以不同形式进行结合并表现出不同的特征.他用这个假说进一步解释了固、液、气三种状态.即在固体内部，硬粒子结合得很紧密，粒子之间强大的力使它们保持着固定的形状、粒子排列规则;在液体内部，相距较近的粒子之间的力使它们不易分散开来;在气体中，相距很远的粒子之间不存在相互作用力，各个粒子自西运动.19世纪初，随着化学原子论的确立，分子概念同样也被提了出来，分子无规则运动的现象也由实验所呈现出来.在1803年时，道尔顿(英国化学家)通过对大气的成分、性质以及气体的扩散和混合现象的研究，提出了他的新原子学说的基本要点.即:一切化学元素都是由不可分割的原子组成的;各种元素的原子以其不同的形状、性质而区别，并具有特定的质量;不同元素的原子以简单整数的比例柑结合而形成各种化合物的原子.当时由于“分子”概念尚未建立，道尔顿把不同原子组成的分子称为“复杂原子”.1811年，阿伏加德罗(意大利物理学家)在道尔顿的原子论的思想基础上，开始引入“分子”的概念，并把它与原子概念相区别.1827年，由于布朗(英国植物学家)长期的观察研究，发现布朗运动，他在分子运动论方面做出了新发现，为分子运动提供了有力的证据.1905年爱因斯坦从统计力学观点最终建立了布朗运动的理论，给分子运动的研究提供了理论依据.接着法国的佩兰根据爱因斯坦及他人的理论研究成果，做了多年的关于布朗运动的实验，并由此相当精确地测定了阿伏加德罗常数和分子的各个有关的数据.因此，布朗运动是微观分子运动的宏观表现.也是分子存在热运动和分子间存在空隙的有力证据.三、定盆的热动说的形成焦耳等人通过大量的实验，认为热和机械运动等同其他运动形式一样，也是运动的一种形式，而不是一种特殊的物质(热质).之后，人们进一步对热运动作了定量的比较系统的研究.使分子运动论得以建立起来.在分子运动论方面做出大量工作的有许多科学家，其中克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼的工作尤为重要，他们是分子运动论的主要奠基者.经过许多物理学家几代人的共同努力，分子运动理论终于建立起来了.它不仅揭示了宏观“热”过程与分子的微观运动状态之间的联系，而且表明了热是大量分子的无规则运动的表现，一个宏观系统的热力学状态是由组成该系统的大量分子的统计规律决的.这也说明热运动和机械运动是完全不同的运动形式.单个分子的运动遵从牛顿力学规律，大量分子的运动遵从的是统计规律性.四、热学发展史对中学热学教学的启示中学物理教学，不要求定量地掌握有关分子运动论，所以目前的中学物理教科书中只涉及到分子运动论的一些基本概念，内容表述为:(l)宏观物体是由大量微粒—分子或原子组成的;(2)物体内的分子在不停地运动着，这种运动是无规则的，其剧烈程度与物体的温度有关;(3)分子之间有相互作用力.由此可以看出，对于中学生只要建立起定性的分子运动论的观点就可以了，这是中学热学的教学目标.真正有效的教学过程实际上就是想办法缩短学生科学认识所用的时间，不必再像历史上人类那样通过那么长的时间去摸索探究，所以在热学教学中，不能忽视学生原有经验，设置合适的问题情景，让学生面临当初科学家们所面临的问题，通过探究来不断发展或改变原有不科学的概念.了解在人类认识历史上是如何从热质说发展到热动说，难点何在，怎么突破等问题，对中学物理教学具有参考意义.参考文献1丁帮平.国际科学教育导论.太原:山西教育出版社，20022吴瑞贤，章立源.热学研究.成都:四川大学出版社，1987

初中物理分子热运动是中学物理从宏观现象涉及微观本质的启蒙课,无论从知识内容和能力培养的角度,该节课都具有特殊的重要意义。下面我为你整理了初中物理分子热运动教案，希望对你有帮助。

教学目标

(1)知道什么是热运动，知道分子热运动剧烈程度与温度有关.

(2) 知道布朗运动和扩散现象，并能简单解释其原因

教学建议

教材分析

分析一：本节教材内容特点是先实验(扩散现象和布朗运动两个实验现象)，后得出结论(分子的无规则运动)，并根据现象说明热运动与温度有关，因此做好演示实验是关键.

分析二：由于液体或空气分子在热运动过程中对悬浮于其中的颗粒的碰撞的不平衡性，使这些颗粒受力不平衡而开始运动，这就是布朗运动.由于分子运动的无规则性，造成布朗运动的不规则性.另外，温度越高，分子热运动越快，对颗粒的撞击更强，布朗运动更显著.

分析三：温度越高，分子无规则运动平均速度越快，这是一个宏观统计结果，而对于具体某个分子，温度与其运动速度并不一定存在这一关系，也许温度升高，这个分子的运动速度相反可能在降低.

教法建议

建议一：做好演示实验是关键，扩散现象实验和布朗运动实验都需要认真做.在做观察布朗运动的实验过程中，用稀释的墨汁做悬浊液，过稀时液体中的微粒太少，过浓时亮度变暗，而且微粒连在一起，不便观察，可以多试几次.墨汁也可以不放在载片玻璃的凹槽中而只简单地滴一滴在载片玻璃上，盖上盖玻璃就可以.显微镜的放大率在40倍左右最合适.

建议二：在实验的基础上，推出分子在不停地热运动后，要注意再用热运动的观点解释造成该实验现象的原因，以便巩固、加深学生的认识.

建议三：有关布朗运动和扩散运动的实验除做好演示实验外，若有条件，最好能用计算机模拟一下该运动的微观机制，这样有利于学生对该实验现象的理解.

教学设计方案

教学重点：知道分子不停地无规则热运动，知道布朗运动和扩散运动

教学难点：布朗运动和扩散运动的微观解释

一、扩散运动

1、演示实验

空气与二氧化氮气体间的扩散现象

2、概念：扩散现象

3、扩散现象的微观解释：分子的无规则热运动

4、计算机演示扩散过程

5、对比实验：红墨水在热水和冷水中的扩散快慢.

结论：温度越高，分子运动越剧烈，扩散越快

6、列举日常生活中的扩散现象：如香水味等

二、布朗运动

1、学生观察布朗运动现象

2、微观解释布朗运动：分子撞击不平衡

3、观察布朗运动与温度高低、颗粒大小关系：温度越高，布朗运动越显著;颗粒越小，布朗运动越显著.

4、计算机演示布朗运动现象以及产生原理

例：关于布朗运动，下列说法正确的是

A、布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的运动

B、布朗运动是指液体分子的运动

C、布朗运动是液体分子无规则运动的反映

D、布朗运动是指悬浮在液体中的颗粒的无规则运动

答案：CD

评析：熟知布朗运动的实质是解决本题的关键.

三、热运动

由布朗运动和扩散运动说明分子的无规则运动与温度的关系.

四、作业

探究活动

题目：研究不同物质形态间扩散速度快慢

组织：个人或分组

方案：比较气体、液体、固体间的扩散速度，并得出结论

评价：实验的科学性、创新性，实验报告的规范性

教学设计(一)

教学目标

1.知道物质是由分子组成的，一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

2.能识别扩散现象，并能用分子热运动的观点进行解释。

3.知道分子热运动的快慢与温度的关系。

4.知道分子之间存在相互作用力。

教学重难点

1.通过对演示实验的观察、分析、推理，了解分子动理论的初步知识。

2.分子之间存在相互作用力。

教学过程

导入新课

方案一 ：创设情境

1827年的一天，布朗把花粉放入水中。然 后取出一滴这种悬浊液放在显微镜下观察，发现花粉小颗粒在水中像着了魔似地不停地运动，而且每个小颗粒的运动方向和速度都改变得很快，不会停下来。这些小颗粒实际上是由上万个分子组成的分子团，由于受到液体分子的撞击而受力不平衡，从而表现出无规则的运动。

这就是著名的布朗运动，你知道布朗运动说明了什么吗?

方案二：教师在教室中洒 几滴香水，让学生谈一下有什么感觉?闻到香水味。

引导学生思考：为何能闻到香水味而看不到带香味的分子的运动?分子体积很小，用我们肉眼是看不到的。

让学生阅读本节教材第一自然段，能得出什么结论?

讨 论得出：分子体积小而数量多。

提出问题：既然分子有这样的特点，那我们如何研究分子的运动?用电子显微镜来观察，这不失为一种方法，有没有其他方法呢?

讨论得出：能闻到香水味，说明香水分子跑到了我们鼻子里，我们可以通过研究这种宏观现象来推知分子的运动情况，这种通过转换来研究问题的方法，就是我们常用的一种物理研究方法——转换法。

下面我们就用这种方法来研究分子的运动情况。

方案三：上课开始，教师吹出许多肥皂泡，满屋飘泡泡……教师(端起盛肥皂水的玻璃杯问)：肥皂水是什么状态的?为什么用肥皂水吹起的泡泡不会破呢?这个现象跟分子有关。今天我们来学习《分子动理论的初步知识》。通过美妙的现象(好玩)，尖锐的问题(好奇)，立刻把学生的注意力吸引到课堂上来。

推进新课

一、扩散现象

演示实验1：教师打开一盒香皂，让附近的学生闻一下。

问题：能不能闻到香味?为什么?

演示实验2：我们将一个空瓶子，倒扣在一个装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面，抽掉盖在 二氧化氮瓶上的玻璃板。

观察并思考：上面空瓶有红色现象说明了什么?将空瓶与装着红棕色二氧化氮气体的瓶子颠倒放置，重做这个实验能否得出相同的结论?

结论：上面空瓶有红色，说明二氧化氮气体分子到了上面空瓶中，分子是运动的。这个实验是一种扩散现象。颠倒放置时不能得出相同的结论，因为二氧化氮密度大，在重力作用下会向下运动，无法证明分子是运动的。

讲述：不同的物质在接触时，彼此进入对方的现象，叫做扩散。

在我们日常生活中，扩散现象很常见，请你试着 举出几个例子?到医院闻到消毒液味;烧菜时有香味传出;到花园里会闻到花香……

提出问题：气体可以发生扩散，那么液体和固体是否可以发生扩散呢?

演示实验3：向一个盛有水的烧杯中用滴管注入两滴红墨水。

观察并思考：发生扩散现象说明了什么?

对照课本第124页图讲述实验过程。

①在量筒里装一半清水，水下面注入硫酸铜溶液。硫酸铜溶液开始时及静放10天、20天、30天的对比图片。

②把磨得很光的铅片和金片紧压在一起，在室温下放置5年后再将它们切开，可以看到它们互相渗入约 1 mm深。

观察并思考：固体、液体、气体都有扩散现象，在以上几个扩散实验中，扩散快慢为何不同?影响扩散快慢的因素是什么?

演示实验4：在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的冷水。用滴管先向冷水、再向热水中分别注入两滴红墨水。

观察并思考：装热水的烧杯很快变红了说明了什么?扩散现象与什么因素有关?

结论：扩散 现象与温度有 关，温度越高，扩散越快。

小组讨论：讨论“想想议议”中三个问题，1.以上几个实验是否说明分子在不停地运动着?2.分子的运动快慢跟温度有关系吗?3.对分子的运动你能做出哪些推测?

得出结论：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则的运动叫做分子的热运动。温度越高，热运动越剧烈。

二、分子间的作用力

拿一个铅块，用力拉，为什么拉不断?用力捏，为什么捏不扁?

演示实验5：将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，两块铅就会结合起来，教师在下面逐个加挂钩码，挂很多个都不能把它们分开。

观察并思考：这个实验说明了什么?

结论：分子之间存在引力。

教师分析：分子间的引力使得固体和液体能保持一定的体积，所以，用力拉铅块时，分子间的引力使得铅块拉不断;用力捏时，由于斥力的存在而捏不扁。

类比：让学生取一根弹簧，感受拉和压时作用于手的力。然后教师拿两个乒乓球，中间放一根弹簧，告诉学生用这个模型来比拟两个连着的分子，教师操作，让学生来回答。当弹簧拉长，分子间的距离增大，作用力表现为引力;当弹簧压缩，分子间的距离缩小，作用力表现为斥力;当弹簧不用力时，引力=斥力。

教师分析：分子之间既有引力又有斥力，是同时存在的。距离越小，作用力越大，如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略。

课堂小结

1.一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。温度越高，热运动越剧烈。

2.分子之间既有引力又有斥力。

板书设计

一、分子热运动

分子热运动扩散现象――――――→快慢影响因素温度分子间的作用分子之间的引力分子之间的斥力

教学设计(二)

学习 目标

1.通过观察和实验，初步了解分子动理论的 基本观点：物体是由 分子组成的，分子之间存在空隙，分子在永不停息地运动着，分子之间存在引力和斥力。

2.了解气态、液态、固态分子的模型。

3.能从生活、自然中的一些简单现象推测分子的热运动，初步认识宏观热现象与分子热运动的联系。会利用分子动理论解释有关现象。

课前准备

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、扩散现象

活动1：观察图、、 所示的实验，你发现什么现象?由此推测分子具有什么特点?

填一填

研究表明，物质中的分子都在不停地______。

思考讨论：你见到的哪些现象可以支持“分子在永不停息地运动着”这一观点，列举有关现象并加以说明。

(提示：1.扩散现象分子在不停地做无规则的运动“填一填”：做无规则的运动2.思考讨论：略)

活动2：阅读教材第125页的“想想议议”及，思考：什么是热运动?热运动的剧烈程度和温度有什么关系?

(提示：温度越高，热运动越剧烈)

二、分子间的作用力

活动3：观察图所示的实验，你看到什么现象?这个现象能说明什么?

观察如图所示的实验，你看到什么现象?这个现象能说 明什么?

填一填

物体很难被拉开，说明分子间存在______，物体很难被压缩，说明分子间存在______。

思考1：观察图所示的实验后，有同学认为铅块被吸住是因为两个铅块挤压时挤出空气后，有大气压作用而不掉下来的。对此，你是怎么认识的?

思考2：有同学认为如图所示的实验中，水不能被压缩，是因为水分子挤在一起造成的。对此，你的观点是什么?