第十一章 分子熱運動 能量守恒

我們通常把中學(xué)物理知識分為五大塊：力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和原子物理。隨著第十章的結(jié)束，我們就完成了力學(xué)的新課學(xué)習(xí)。熱學(xué)包括第十一、第十二兩章內(nèi)容，從知識份量上來，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于力學(xué)。事實上，中學(xué)熱學(xué)知識的深度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于力學(xué)，如果把大學(xué)（普通）物理的深度比做十分，中學(xué)的力學(xué)可能已經(jīng)到了五至六分，而熱學(xué)則不到一分，可以說只是了解一些皮毛而已。這是因為熱學(xué)的研究需要深入微觀空間，不象力學(xué)一樣直觀、表象，所以要常常用到一些特殊的方法，涉及的數(shù)學(xué)工具也比較深奧。這就意味著，知識內(nèi)容雖少，理解的難度依然存在，不能認(rèn)為就很輕松。在學(xué)習(xí)方向方面，我們不是重在定量的訓(xùn)練（過去的教材中關(guān)于氣體知識的運算量較大，從本屆起也砍掉了），而是要定性地建立一些有用的觀念（如守恒的觀念、統(tǒng)計的觀念、熵增大的觀念等），為高一級學(xué)校的學(xué)習(xí)做好思想方面的準(zhǔn)備。
從兩個章節(jié)的授課安排來看，下一章主要是閱讀知識，相對的重點落在第十一章。
第十一章分三個單元：分子動理論（第1 ~ 3節(jié)）、內(nèi)能介紹（第4節(jié)）、熱力學(xué)兩個定律（第5、6、7節(jié)）。
熱學(xué)的知識和其它領(lǐng)域相對獨立，但仍然和我們的生產(chǎn)生活、科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)，希望大家給予一定的重視。

§11~1 物體是由大量分子組成的

【目的】
1、知道物體是由大量分子組成的，知道分子的模型、大小、質(zhì)量
2、知道用油膜法測定分子大小的原理
3、理解阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁，并會用阿伏加德羅常數(shù)進行相關(guān)的計算
【重點】
知道物體是由大量分子組成的，知道分子的模型、大小、質(zhì)量
【教學(xué)難點】
結(jié)合阿伏加德羅常數(shù)對分子大小、質(zhì)量進行計算時，分子的排列模式處理（是球形還是立方體）
【教具】
投影儀、掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨照片、電子顯微鏡拍攝的硅原子照片
【教學(xué)過程】
○、引入
看到今天的標(biāo)題，我們就會想到化學(xué)中關(guān)于物質(zhì)組成的知識。事實上，今天的課差不多就是這部分知識的復(fù)習(xí)，只是某些素材和研究的途徑略有不同。
一、分子的大小
人們在認(rèn)識物質(zhì)組成方面的歷史，我們已經(jīng)知道得比較多了，這里不在贅述。
設(shè)問：什么是分子？
學(xué)生：分子是物質(zhì)保持化學(xué)性質(zhì)的最小單位，它可以包括單個或多個原子。
我們下面從物理學(xué)的角度介紹一下人們認(rèn)識分子組成的典型事實——
1、相關(guān)事實
掃描隧道顯微鏡觀察（教材彩圖2）→根據(jù)放大率反推分子大小
*電子顯微鏡（照片）→根據(jù)放大率反推分子大小
單分子油膜法
a、原理…，以油酸分子呈立方體排列“估算”→關(guān)系：d =
b、操作：油酸→稀釋→滴入→酒精溶解→撒石膏粉（或痱子粉）取膜→面積計算
例題：將1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的的油酸酒精溶液。已知1cm3溶液有50滴，現(xiàn)取其1滴，將它滴在水面上，隨著酒精溶于水，油酸在水面上形成一單分子薄層。現(xiàn)已測得這個薄層的面積為0.2m2 ，試由此估算油酸分子的直徑。
解：d = = = 5×10-10 m
答：略。
用不同的途徑測量，發(fā)現(xiàn)不同的分子，其大小雖然各不相同，但它們的數(shù)量級是相同的——
2、分子的大�。�10-10 m數(shù)量級
10-10 m在波動光學(xué)中也稱之為1埃（ ），它是納米的十分之一。
過渡：分子的線度是如此之小，那么組成物體的分子個數(shù)必然是巨大的。分子的線度和組成物體的分子個數(shù)除了實驗測量之外，還有沒有理論的方法尋求呢？
二、阿伏加德羅常數(shù)
（化學(xué)知識復(fù)習(xí)）一摩爾的任何物質(zhì)都含有相同的…
1、阿伏加德羅常數(shù)：1mol的任何物質(zhì)所含的粒子數(shù)，即：NA = 6.02×1023 mol－1（精確值為6.0221367×1023 mol－1）
顯然，有了阿伏加德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量，我們就能將宏觀量和微觀量聯(lián)系起來進行計算。阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀世界和微觀世界的重要紐帶。
2、分子大小和質(zhì)量的計算
當(dāng)然，在計算方面，除了重復(fù)化學(xué)科目已經(jīng)做過的一些處理外，還有一個分子怎么排布的問題。有關(guān)這方面的詳細(xì)知識，在下一章會具體介紹。今天，我們會用到一些相對“模糊”的處理。具體怎么個模糊法，看下面的例題——
例題：已知金剛石的密度ρ= 3.5×103 kg/m3 ，碳的摩爾質(zhì)量為12×10-3 kg/mol�，F(xiàn)有一塊體積V = 5.7×10-8 m3的金剛石，它含有多少個碳原子？如果認(rèn)為碳原子是緊密地排列在一起的，試求碳原子的直徑。
解：第一問很常規(guī)，屬化學(xué)知識復(fù)習(xí)。
N = n NA = NA = = ×6.02×1023 = 1.00×1022
解第二問，可以先求每個碳原子所占據(jù)的空間
v = = = = = = 5.70×10-30 m3
如果認(rèn)為碳原子呈立方體排列，碳原子的直徑d = = 1.79×10-10 m
如果認(rèn)為碳原子呈球形排列，則 v = π（ ）3 ，故，碳原子的直徑d = = 2.22×10-10 m
這兩種算法導(dǎo)致的結(jié)果差異較大，第二種看起來似乎更精確，但只要稍做思考，就會發(fā)現(xiàn)這樣的問題：如果把每個分子所占的空間作為每個分子的體積，那么，分子之間的間隙不是不存在了嗎？。所以，第一種算法事實上更為符合事實。
從本題的第一問可以看到，57mm3的鉆石（相當(dāng)于鉆戒上的一顆小鉆石）所含的碳原子居然有1022個！這個數(shù)字是龐大的，也就是說，物體是由大量分子組成的。建立起這樣的觀念非常重要。
第二問則告訴我們，遇到分子間距和質(zhì)量的問題，除了化學(xué)的知識復(fù)習(xí)之外，還要進行物理的思考…
三、小結(jié)
本節(jié)我們學(xué)習(xí)了兩部分內(nèi)容…。知識的重點還在對化學(xué)知識的復(fù)習(xí)，建立起“物體是由大量分子組成的”這樣的觀念。在分子的排布方面，我們可以相機行事，具體問題具體分析。分子所占的空間和分子本身的大小是有差距的，這樣的情形在氣體中將會更加明顯。
四、作業(yè)布置
教材P71第（1）（2）（3）（4）題，上作業(yè)本
《優(yōu)化設(shè)計》P58第1、2、3、4、5、6題，做在書上
【板書設(shè)計】
注意“教學(xué)過程”的灰色部分，即是板書計劃。
【教后感】
分量非常合適，計劃貫徹也很到位。主要還是備課細(xì)致，每個環(huán)節(jié)都想到了。具體教學(xué)的過程中，非常理智，語言都差不多按教案設(shè)計的內(nèi)容“發(fā)言”，完全沒有隨意性。
要說缺點，教學(xué)過程平淡了一些，差了一點激情。
此外，關(guān)于分子排布和分子之間有間隙的問題，沒有作業(yè)題照應(yīng)，鞏固就成了問題。

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