高中物理选修3-3全套精品教案(2)

多，撞击作用的不平衡性就表现得越不明显，以至可以认为撞击作用互相平衡，因此布朗运动不明显，甚至观察不到。

液体温度越高，分子做无规则运动越激烈，撞击微小颗粒的作用就越激烈，而且撞击次数也加大，造成布朗运动越激烈。

5．布朗运动的发现及原因分析的重要意义

（1）结合上面的讲解分析提问学生：布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒分子的运动吗？是液体分子无规则运动吗？布朗微粒是被谁无规则撞击而造成的？布朗运动间接地反映了谁的无规则运动？

综合学生回答归纳总结：

（1）固体颗粒是由大量分子组成的，仍然是宏观物体；显微镜下看到的只是固体微小颗粒，光学显微镜是看不到分子的；布朗运动不是固体颗粒中分子的运动，也不是液体分子的无规则运动，而是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动。无规则运动的原因是液体分子对它无规则撞击的不平衡性。因此，布朗运动间接地证实了液体分子的无规则运动。

（2）布朗运动随温度升高而愈加激烈，在扩散现象中，也是温度越高，扩散进行的越快，而这两种现象都是分子无规则运动的反映。这说明分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子无规则运动越激烈。所以通常把分子的这种无规则运动叫做热运动。

（三）课堂小结

1．要知道什么是布朗运动。它是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。

2．知道布朗运动的三个主要特点：永不停息地无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显。

3．产生布朗运动的原因：它是由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性造成的。

4．布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动，布朗运动、扩散现象都有力地说明物体内大量的分子都在永不停息地做无规则运动。

（四）课堂练习

1．关于布朗运动的下列说法中，正确的是 [ ]。

A．布朗运动就是液体分子的热运动

B．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒内的分子的无规则热运动

C．温度越高，布朗运动越激烈

D．悬浮颗粒越小，布朗运动越激烈 答案：C、D。

2．如图是观察记录做布朗运动的一个微粒的运动路线。从微粒在A点开始记录，每隔30s记录下微粒的一个位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则微粒在75s末时的位置 [ ]。

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A．一定在CD连线的中点 B．一定不在CD连线的中点

C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线的中点 D．可能在CD连线以外的某点 答案：C、D。

3、分子间的相互作用力

一、教学目标

1、知道分子同时存在着相互作用的引力和斥力，表现出的分子力是引力和斥力的合力。 2、知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律，知道分子间距离是时分子力为零，知道的数量级。

3、了解在固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动的特点。

4、通过一些基本物理事实和实验推理得出分子之间有引力，同时有斥力。这种以事实和实验为依据求出新的结论的思维过程，就是逻辑推理。通过学习这部分知识，培养学生的推理能力。

二、 重点、难点的分析

1． 重点内容有两个，一是通过分子之间存在间隙和分子之间有引力和斥力的一些演示实

验和事实，推理论证出分子之间存在着引力和斥力；二是分子间的引力和斥力都随分子间距离的变化而变化，而分子力是引力和斥力的合力，能正确理解分子间作用力与距离关系的曲线的物理意义。

2． 难点是形象化理解分子间作用力跟分子间距离关系的曲线的物理意义。

三、教具

1．演示分子间有间隙的实验。

①约lm长的，外径约lcm的玻璃管，各约20～30ml的酒精和有红色颜料的水、橡皮塞。

②长15cm的U形玻璃管、架台、橡皮塞、红墨水。 2．演示分子间存在引力的实验。

两个圆柱形铅块(端面刮光、平滑)、支架、钩码若干。用细线捆住的平板玻璃、直径20cm的盛水玻璃槽、弹簧秤。

3．图片：分子力随分子间距离变化的曲线和两个分子距离在r＝，r>，r<时分子力的示意图。 四、教学过程 (一)引入新课

分子动理论是在坚实的实验基础上建立起来的。我们通过单分子油膜实验、离子显微镜观察钨原子的分布等实验，知道物质是由很小的分子组成的，分子大小在m数量级。我们又通过扩散现象和布朗运动等实验知道了分子是永不停息地做无规则运动的。分子动理论还告诉我们分子之间有相互作用力，这结论的实验依据是什么?分子间相互作用力有什么特点?这是今天要学习的问题。 (二)教学过程设计

1．已知的实验事实分析、推理得出分子之间存在着引力， (1)演示实验：

①长玻璃管内，分别注入水和酒精，混合后总体积减小。 ②U形管两臂内盛有一定量的水(不注满水)，将右管端橡皮塞堵住，左管继续注入水，右管水面上的空气被压缩。

提问学生：这两个实验说明了什么问题?

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总结归纳学生的回答：上述实验可以说明气体、液体的内部分子之间是有空隙的。钢铁这样坚固的固体的分子之间也有空隙，有人用两万标准大气压的压强压缩钢筒内的油，发现油可以透过筒壁溢出。

布朗运动和扩散现象不但说明分子不停地做无规则运动，同时也说明分子间有空隙，否则分子便不能运动了。

前面第一节讨论分子的大小时，认为固体和液体分子是一个挨一个排列的，那只是估算分子直径的数量级而做的设想，实际上分子大小比估算值要小，中间存在着空隙，但数量级还是正确的。

(2)一方面分子间有空隙，另一方面，固体、液体内大量分子却能聚集在一起形成固定的形状或固定的体积，这两方面的事实，使我们推理出分子之间一定存在着相互吸引力。 (3)演示实验：两个圆柱体形铅块，当把端面刮平后，让它们端面紧压在一起，合起来后，它们不分开，而且悬挂起来后，下面还可以吊起一定量的重物。 还有平时人们用力拉伸物体时，为什么不易拉断物体。 (4)以上所有实验事实都说明分子之间存在着相互吸引力。 2．根据已知的实验事实，推理得出分子之间还存在着斥力。 提问学生：由哪些实验事实，判断得出分子之间有斥力?

综合学生的回答，总结出：固体和液体很难被压缩，即使气体压缩到了一定程度后再压缩也是很困难的；用力压缩固体(或液体、气体)时，物体内会产生反抗压缩的弹力。这些事实都是分子之间存在斥力的表现。

运用反证法推理，如果分子之间只存在着引力，

分子之间又存在着空隙，那么物体内部分子都吸引到一起，造成所有物体都是很紧密的物质。但事实不是这样的，说明必然还有斥力存在着。

3．分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系。

(1)经过研究发现分子之间的引力和斥力都随分子间距离增

大而减小。但是分子间斥力随分子间距离加大而减小得更快些，如图1中两条虚线所示。 (2)由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。在图1图象中实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。当两个分子间距在图象横坐标距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，的数量级为m，相当于位置叫做平衡位置。

分子间距离当r<时，分子间引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得更快，因此分子间作用力表现为斥力。展示幻灯片图2。当r>时，引力和斥力都随距离的增大而减小，但是斥力减小的更快，因而分子间的作用力表现为引力，但它也随距离增大而迅速减小，当分子距离的数量级大于m时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了。在图2中表示分子间距离r不同的三种情况下，分子间引力斥力大小的情况。 4．固体、液体和气体的分子运动情况。

分子动理论告诉我们物体中的分子永不停息地做无规则运动，它们之间又存在着相互作用力。分子力的作用要使分子聚集起来，而分子的无规则运动又要使它们分散开来。由于这两种相反因素的作用结果，有固体、液体和气体三种不同的物质状态。 (1)提问学生：固体与液体、气体比较有什么特征?

总结学生回答的结果，说明固体为什么有一定的形状和体积呢?因为在固体中，分子间距离较近，数量级在m，分子之间作用很大，绝大部分分子只能在各自平衡位置附近做无规则的振动。

(2)液体分子运动情况。

固体受热温度升高，最终熔化为液体，对大多数物质来说，其体积增加10％，也就是说分子之间距离大约增加3％。因此，液体分子之间作用力很接近固体情况，分子间有较强的作用力，分子无规则运动主要表现为在平衡位置附近振动。但由于分子间距离有所

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增加，使分子也存在移动性，所以液体在宏观上有一定的体积，而又有流动性，没有固定的形状。

(3)液体汽化时体积扩大为原来的1000倍，说明分子间距离约增加为原来，即10倍。因此气体分子间距离数量级在m，分子间除碰撞时有相互作用力外，彼此之间一般几乎没有分子作用力，分子在两次碰撞之间是自由移动的。所以气体在宏观上表现出没有一定的体积形状，可以充满任何一种容器。 五、课堂小结

1．前面三课时内学习的内容是对初中物理已学过的分子动理论的加深和扩展。总结起来，分子动理论内容是：物体是由大量分子组成的，分子做永不停息的无规则热运动，分子之间存在着引力和斥力。分子动理论是建立在大量实验事实基础上的，这理论是解释、分析热现象的基本理论。

2．通过实验知道分子之间存在着引力和斥力，而且知道分子间的引力和斥力都随分子间距离增大而减少，尤其斥力随距离增大减小得更快。由于分子间的斥力和引力同时存在，每个分子受到引力和斥力的合力大小及方向随分子间距离大小而改变。其中分子间距离在m的数量级有一个平衡位置()，此位置下，斥力与引力的合力为零。当分子间距离大于引力显著，当分子间距离小于斥力显著。分子间距离接近m时，分子间作用力将微小到可忽略的程度。

3．固体、液体、气体三种状态的分子之间距离不同，分子之间作用力的变化也由大到小至几乎不计。造成固、液、气三种物质状态的特性不同。 课堂练习：

1．用分子动理论的知识解释下列现象：

(1)洒在屋里的一点香水，很快就会在屋里的其他地方被闻到。 (2)水和酒精混合后，总体积减小。 (3)高压下的油会透过钢壁渗出。

(4)温度升高，布朗运动及扩散现象加剧。 (5)固体不容易被压缩和拉伸。

2．把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面(如图3)。如果你想使玻璃板离开水面，用手向上拉橡皮筋，拉动玻璃板的力是否大于玻璃板受的重力?动手试一试，并解释为什么?

课堂上，表演后让学生回答。

正确答案是：拉力会大于玻璃板的重力。玻璃板离开水面时水会发生分裂，由于水分子之间有引力存在，外力要克服这些分子引力造成外界拉力大于玻璃板的重力。玻璃板离开水面后，可以看到玻璃板下表面上仍有水，说明玻璃板离开水时，水层发生断裂。

4、物体的内能

??一、教学目标

??1．在物理知识方面要求：

??（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标

志。

??（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的

定性规律。

??（3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和

机械能。

??2．在培养学生能力方面，这节课中要让学生建立：分子动能、分子平均动能、分子

势能、物体内能、热量等五个以上物理概念，又要让学生初步知道三个物理规律：

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温度与分子平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做功与热传递在改变物体内能上的关系。因此，教学中着重培养学生对物理概念和规律的理解能力。

??3．渗透物理学方法的教育：在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的方法。在分子间势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推理方法。 ??二、重点、难点分析

??1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），掌握

三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。

??2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子势能随分子间距离

变化的势能曲线是教学上的另一难点。 ??三、教具

??1．图片，展示分子间势能随分子间距离变化而变化的曲线。 ??四、主要教学过程 ??（一）引入新课

我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。 ??（二）教学过程的设计 ??1．分子的动能、温度

物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。

学习布朗运动和扩散现象时，我们知道布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧。用上述分子热运动的平均动能来说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能增大。如果温度降低，说明分子热运动的平均动能减小。因此从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。“标志”的含义是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小。温度不变，就表示了分子热运动的平均动能不变。其他宏观物理量如时间、质量、物质种类都不是分子热运动平均动能的标志。但是，温度不是直接等于分子的平均动能。

另一方面，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。

我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。 ??2．分子势能

分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。

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??如果分子间距离约为10m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0。 ??当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。如图1中弹簧压缩，弹性势能Ep增大。

如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。如图1中弹簧拉伸，Ep增大。

从以上两种情况综合分析，分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。如果分子间距离是无限远时，

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