1、7.1 物体是由分子组成的 一、教学目标 1在物理知识方面的要求： （1）知道一般分子直径和质量的数量级； （2）知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位； （3）知道用单分子油膜方法估算分子的直径。 2培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分 子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。 3渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型， 是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。 二、重点、难点分析 1重点有两个，其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径） 的方法；其二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、
2、分子数等）的 方法。 2尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现 出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了 运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要 意义。 三、教具 1幻灯投影片或课件：水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子 分布的图样。 2演示实验：演示单分子油膜：油酸酒精溶液（1200），滴管，直径约 20cm 圆形水槽，烧杯，画有方格线的透明塑料板。 四、主要教学过程 导入 古代人类对物质的组成的思考：公元前 5 世纪，古希腊哲学家留基波和他的学 生的争论：把一块金子切成两半，接着把
3、其中一块金子再切成两半，这样继续下去， 能分割到什么程度。要么这种分割能够永远继续下去；要么有一个限度，不能进一步 分割了。也就是说，物质要么是连续的，可以无限分割下去；要么物质是由不可分的 1,3,5 粒子构成的。在他们看来，第一种说法是荒谬的，因此，他们的结论是：物质是由小 得不被察觉的“a-tomos”粒子（即原子）构成。我国古代的一种说法：“一尺之椎， 日取其半，万世不竭”古代，人们对物质组成的认识更多的是体现了一种哲学思 想。而在今天，我们则更多的建立在严密的实验基础上。 利用多媒体，逐张播放一片树叶被不断放大的图片放大 6 倍时，可以看到清晰 的叶脉；放大 20000 倍时，可以看
4、到它是由细胞所组成的；放大到 50000000 倍时，就 可以看到他的分子结构了 提议学生想象 一张光盘、一片陶瓷或一块布片不断放大的情景 展示图片 扫瞄隧道显微镜下的硅片表面原子的图像 总结板书 物体是由大量分子所组成的 新课教学 过渡上面分析知道：分子的体积是极其微小的,用肉眼和光学显微镜都不能 看到;放大到几十亿倍的扫描隧道显微镜才能看到。既然分子小得看不见，那怎 样能知道分子的大小呢？怎样测量呢？ 1分子的大小。 （1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。 将一滴体积已知的小油滴, 滴在水面上, 在重力作用下尽可能的散开形成一层极 薄的油膜, 此时油膜可看成单分子油膜,油膜的
5、厚度看成是油酸分子的直径, 所以只要 再测定出这层油膜的面积, 就可求出油分子直径的大小. 介绍演示如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可 以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。 如图 1 所示。 当然，这个实验要做些简化处理：(1)把分子看成一个个小球; (2)油分子一个紧挨一个整齐排列; (3)认为油膜厚度等于分子直径. 提问已知一滴油的体积 V 和水面上油膜面积 S，那么这种油分子的直径是多少？ 学生回答d=V/S FLASH 课件模拟演示 油膜法测分子直径 在此基础上，进一步指出 介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，
6、为了书写方便，习惯上用 科学记数法写成 10 的乘方数，如 310-10m。我们把 10 的乘方数叫做数量级，那么 110-10m 和 910-10m，数量级都是 10-10m。 如果分子直径为 d，油滴体积是 V，油膜面积为 S，则 d=V/S，根据估算得出分 子直径的数量级为 10-10m。 （2）利用扫描隧道显微镜测定分子的直径。 （3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的 大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是 10-10m。例如水分子直径是 410-10m，氢分子直径是 2.310-10m。 （4）指出认为分子是小球形是
7、一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结 构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。 2阿伏伽德罗常数 向学生提问在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确 1mol 物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数）都相同。此数叫阿伏 伽德罗常数，可用符号 NA表示此常数，N A=6.021023个/mol，粗略计算可用 NA=61023个/mol。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法 测量它，以期得到它精确的数值。） 再问学生摩尔质量、摩尔体积的意义。 例题分析 下列叙述中正确的是： （1）1cm3 的氧气中所含有的氧分子数为
8、6.021023 个 （2）1 克氧气中所含有的氧分子数为 61023 个； （3）1 升氧气中含氧分子数是 61023 个； （4）1 摩氧气中所含有的氧分子数是 61023 3微观物理量的估算 若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近 似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。 例题分析 水的分子量 18，水的密度为 103kg/m3,阿伏加德罗常数为 NA=6.021023 个/ mol，则： （1）水的摩尔质量 M=_ （2）水的摩尔体积 V=_ （3）一个水分子的质量 m0 =_ （4）一个水分子的体积 V0 =_ （5）将水分子看
9、作球体，分子直径 d=_ （6）10g 水中含有的分子数目 N=_ 归纳总结 以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。 因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩 尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。 阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数。现在测定它的精确值是 NA=6.0220451023/mol。 （三）课堂练习 1、已知氢气的摩尔质量是 210-3kg/mol,水的摩尔质量是 1.810-2kg/mol,计 算 1 个氢分子和水分子的质量。 2、若已知铁的原子量是 56,铁的密度是 7.8103kgm3
10、,试求质量是 1g 的铁块 中铁原子的数目(取 1 位有效数字)及一个铁原子的体积. （四）课堂小结 1物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜 实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有 10-10米的数量级。 2阿伏伽德罗常数是物理学中的一个重要常数，它的意义和常数数值应该记住。 3学会计算微观世界的物理量（如分子数目、分子质量、分子直径等）的一般 方法。由于微观量是不能直接测量的，人们可以测定宏观物理量，用阿伏伽德罗常数 作为桥梁，间接计算出微观量来。如分子质量 m，可通过物质摩尔质量 M 和阿伏伽德 罗常数 NA，得到 m=M/NA。通过物质摩尔质量 M、
11、密度 、阿伏伽德罗常数 NA，计算出 分子直径 （五）说明 由于课堂内时间限制，单分子油膜法测定分子直径的实验不可能在课堂上完成全 过程。在课堂上通过课件的演示，让学生看到油膜散开现象和油膜面积的测量方法。 五、教后记 1、本课采用多媒体教学手段，通过丰富的图片的比较和展示，让学生对分子的大小有 一个感性的认识；同时用 FLASH 课件演示油膜法测分子直径的实验操作过程和分析方 法，形象生动，有助于学生的理解和掌握； 2、在分析分子直径的过程中还应用比喻的手法加以强调突出； 3、对阿夫加德罗常数的理解，则注重从具体例题入手。先以例题分析 NA的含义和用 途，再由学生当堂练习，在实践中掌握应用 NA分析问题的基本思路。 1,3,5
