资源简介

主题三 热现象及能量守恒
第一节 分子动理论 教学设计案例
课程内容 第一节 分子动理论
课程类型 启发讲授课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生了解分子动理论的基本观点，了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。了解温度、气体压强的概念，从微观角度了解气体分子运动与温度及压强的关系，知道常用的温度、压强的测量方法。了解热力学能的概念，知道改变物体热力学能的方法，结合具体案例，能应用其解释生产、生活中的相关现象，解决简单的实际问题。
学情分析 分子动理论是学生形成的物质观念的重要组成部分，是建构温度、压强、热力学能等概念的理论基础。学生虽然在初中也接触过该理论，但是内容不全面，也没有将其与温度、压强、热力学能等概念联系起来，因此在中职物理中还要更全面、深入地学习。
教学目标 1．建构温度、气体压强、热力学能等概念，形成物质由分子组成、分子是永不停息地运动的、分子之间有空隙、分子间有相互作用力、物体都具有热力学能、做功和热传递都可以改变物体的热力学能等物理观念，并应用其解释生产、生活中的相关现象，解决简单的实际问题。
2．了解解释布朗运动现象使用的假设推理方法，知道总结分子动理论、做功和热传递可以改变物体的热力学能时使用的归纳法、分析法和演绎法，了解在表述热力学温度和摄氏温度的数值关系时运用的数学方法。
3．通过观察布朗运动、扩散现象与温度的关系、做功改变物体的热力学能等演示实验，增加对相关现象的感性认识，增强实验观察能力。通过制作水火箭等实践活动，增强操作技能，提高技术运用、探究设计等物理学科核心素养。
4．通过对我国古代铸造工艺的了解，进一步发展工匠精神，增进对中华文明的自信和认同，增强家国情怀。通过对现代测量技术、现代焊接工艺等的了解，增强科技传承的使命感。
教学重点 让学生了解分子动理论的基本观点，建构温度、气体压强、热力学能等概念，了解做功和热传递都可以改变物体的热力学能。
教学难点 运用分子运动的观点和假设推理方法解释布朗运动现象，建构气体压强的概念。
教学策略 让学生通过自主学习与合作学习了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶。
主要教法 启发式讲授、演示实验、组织合作学习
主要学法 自主学习、观察实验、思考讨论、合作学习
教学资源 多媒体课件展示系统、显微图像显示仪、载玻片、盖玻片、稀释后的颜料溶液、盛冷水（约20 ℃）的烧杯、盛热水（约60 ℃）的烧杯、电子温度计、墨水、滴管、空气压缩引火仪、硝化棉少许等。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1. 如何近似测算出油酸分子直径的大小？ 2. 什么是布朗运动？布朗运动说明了什么？ 3. 通过对扩散现象的观察，可以得出什么结论？ 4. 什么是归纳法？ 5. 哪些现象能说明分子之间存在空隙？ 6. 哪些现象能说明分子之间存在相互作用力？ 7. 分子动理论的基本观点是什么？ 8. 热力学温度和摄氏温度的数值关系是什么？ 9. 从微观角度看，气体的压强是如何产生的？ 10. 什么是热力学能？如何改变物体的热力学能？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 将20 ℃的水和60 ℃的水分别放在相同的玻璃杯中，如果不用手触摸，仅凭肉眼观察，则很难分辨出水的冷热程度。 展示图片、提问： 除了触摸，还有其他能分辨两杯水温度高低的方法吗？ 观看、思考 激发学生学习动力，明确学习目标
新课教学 宏观物体是由大量分子组成的。分子的尺寸极小，很难被直接测量，但是我们可以利用转换法进行间接测量。例如，估测油酸分子的大小时，可以先测量100滴油酸的体积，计算出一滴油酸的体积；再将一滴油酸滴在水面上，让其形成一层单分子油膜，测量出该油膜的面积；最后用一滴油酸的体积除以一滴油酸形成的单分子油膜的面积，就可近似算出油酸分子直径的大小。 讲解 倾听、理解 让学生增加对分子大小的感性认识，了解转换法这一科学方法。
一般物质分子的直径都是以nm（纳米）为数量级的。如水分子的直径为0.4 nm，比可见光的波长小1 000倍以上，所以人类肉眼借助光学显微镜也无法观测到水分子。近年来，人们已经能够用放大200万倍的离子显微镜直接观察分子的大小，甚至能够用放大3亿倍的扫描隧道显微镜实现“操纵原子”的梦想，图中的“原子”两字就是由铁原子在铜表面排列而成的。 展示图片、讲述 观看、倾听 让学生进一步增加对分子大小的感性认识。
1827年，英国植物学家布朗在用显微镜观察悬浮在水中的植物花粉颗粒的形态时，发现花粉颗粒在水中不停地做无规则运动。最初他怀疑花粉颗粒是有生命的。当他用一些无机物的微粒代替花粉颗粒再观察时，发现水中的微粒仍然不停地做无规则运动。当时，人们都不理解产生这种运动的原因，于是把水中悬浮微粒的这种无规则运动称为布朗运动。 讲述 倾听 让学生初步了解布朗运动
演示实验：观察布朗运动 取一滴稀释后的颜料溶液放在载玻片的凹槽中，盖上盖玻片，放到显微镜下观察。 用显微图像显示仪进行演示实验，组织合作学习、讨论、提问： 布朗运动现象反映了什么？ 观看实验、合作学习、回答： 布朗运动反映了水分子的永不停息的无规则运动。 引导学生通过现象归纳规律。
后来，经过半个多世纪的研究，科学家们利用假设推理的方法，逐渐认识到水中的小颗粒是受到周围更微小的、肉眼看不见的水分子碰撞而导致的。由于水分子的运动是无规则的，悬浮微粒每一瞬间受到的来自周围的水分子的撞击往往是不平衡的，如图所示，因此导致悬浮微粒不停地做无规则运动。布朗运动间接地反映了液体分子永不停息的无规则运动。 展示图片、讲解 倾听、理解 让学生了解布朗运动的本质。
在日常生活中，我们还经常看到以下现象：在一间封闭的房间里，打开香水瓶盖，不一会儿，香水的气味就会弥漫到房间的每个角落；在一杯静置的清水中，轻轻滴入一滴红墨水，慢慢就会发现杯中的水全部变红了；长期堆放在墙脚的煤会渗进墙面中，使墙体变黑……这些现象都被称为扩散现象。 组织合作学习，提问： 分析现象，可以归纳出气体、液体和固体的分子做什么运动？ 合作学习、思考讨论、回答： 可以归纳出气体、液体、固体分子都做无规则的运动。 让学生练习通过现象归纳规律。
【思维与方法】 归纳法 归纳法是从具体的个别事物的认识中，概括出抽象的一般认识的思维方法。 讲述 倾听 让学生了解科学方法。
演示实验：观察扩散现象与温度的关系 取两个透明的水杯，往其中一杯中倒入约20 ℃的凉水，往另一杯中倒入约60 ℃的热水。用滴管往两杯中各滴入一滴墨水，观察墨水在水中的扩散速度有何不同。 进行演示实验，提问： 此实验现象说明什么？ 观看、思考、回答： 此现象说明热水分子比冷水分子运动得快。 让学生增加对分子运动与温度有关的感性认识。
通过大量观察，人们归纳出：分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈。因此，我们把分子的这种无规则运动称为分子的热运动。 从微观的角度看，当一种物质呈现为固体形态时，一般温度最低，其分子只能在固定的位置附近做微小的振动，因此固体都具有固定的体积。若给该种固体加热，会使其熔化为液体。液体的温度一般都比其为固体时的温度高，其分子与临近分子拥挤在一起，可以发生位置的交换，因此具有一定的流动性。若继续给该种液体加热，会使其汽化为气体。气体的温度一般比其为液体时的温度高，其分子可以自由地运动，因此气体可以充满任何密闭的容器，如图所示。 讲述、展示图片、讲解。 倾听、理解、记忆 让学生了解三种物态分子运动与温度的关系。
气体很容易被压缩，水和酒精混合后总体积会减小，高压下的油能透过钢壁渗出……通过对这类现象的观察，人们归纳出，不论是气体、液体，还是固体，组成它们的分子之间存在空隙。 在生产技术上，为了增强钢表面的硬度和耐磨性能而进行的渗碳处理；为了改变半导体材料的物理性能而掺入杂质等，都是对分子空隙的利用。 讲解 倾听、理解、记忆 让学生了解通过现象归纳规律的方法及规律在生产中的应用。
从水龙头里慢慢渗出的水总是一滴一滴地往下滴，荷叶上的露水也总是呈现出一个近似的球形，洗衣服时也总会形成一个个的肥皂泡……这些现象都说明液体分子间存在着引力；液体普遍具有的不易压缩性，又说明液体分子间存在着斥力。固体一般都具有固定的形状，它既不易被拉伸也不易被压缩，这些性质说明固体的分子间既存在着引力，也存在着斥力。 讲解 倾听、理解 让学生了解根据哪些现象归纳出物质分子间有相互作用力。
综上所述，人们归纳出，宏观物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则的热运动，分子之间有空隙，分子间存在着相互作用的引力和斥力。这就是分子动理论的基本观点。 综合讲述 倾听、记忆 让学生形成正确的有关分子动理论的物理观念。
【应用与拓展】 纳米技术 纳米技术是指在纳米尺度内（0.1～100 nm）研究物质的性质和应用的一种技术，也可以说是用单个原子、分子制造物质，以及利用这些物质特性的多学科交叉的科学和技术。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、质疑 让学生了解纳米技术。
表示物体冷热程度的物理量，称为温度。从微观角度看，温度反映了物体分子平均动能的大小。温度的数值表示方法，称为温标。常用的温标有：摄氏温标和热力学温标（也叫绝对温标）。 热力学温度和摄氏温度的数值关系为 T = t + 273 讲解 倾听、记忆 让学生建构温度的概念。
【应用与拓展】 新型温度计 随着科学技术的发展，人们对温度计的要求也越来越高。科学家们发明了多种形式的新型温度计。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、质疑 让学生了解现代测温技术。
在不接触的情况下，分辨两杯水的温度是可能的。例如可以分别往里滴一滴橙汁，观察橙汁扩散的快慢，即可分辨出两杯水温度的高低。也可以借助如图所示的红外线温度计直接读出温度值。 回应“情境与问题”中的问题。 倾听、理解 让学生了解运用所学知识解决实际问题。
现藏于我国国家博物馆的后母戊鼎（原称司母戊鼎，图3-1-7），是迄今世界出土最大、最重的青铜礼器，享有“镇国之宝”的美誉。 讲述 倾听 让学生了解我国古代先进的铸造技术。
【行为与责任】 我国古代先民曾经创造了辉煌灿烂的中华文明，在许多领域领先世界。现在，我们也应该有信心学好本领，建设好国家，让中华民族巍然屹立于世界民族之林。 讲述 倾听 让学生增强民族自豪感和家国情怀。
单个分子的撞击力很小，而且是不连续的，但大量分子对器壁的撞击却可以产生大而连续的压力。气体垂直作用在器壁单位面积上的压力，称为气体的压强。 从微观角度来看，气体温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子撞击器壁的力变大，所以压强增大。 动槽式（福丁）气压表的结构。 讲解 倾听、理解 让学生了解气体压强的微观原理、测量方法等。
【应用与拓展】 压力表 在工业上用来测量气体压强的仪表通常称为压力表。 压力表种类很多，按显示方式可分为指针式压力表和数字式压力表。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、质疑 让学生了解气压测量技术。
物理学中，把物体分子由于运动而具有的能量称为分子动能；把物体分子由于相互作用而具有的能量称为分子势能。把物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，称为物体的热力学能。 所有物体均含有热力学能。物体的热力学能与物体的温度和体积都有关系，即物体温度或体积的改变都可能改变物体的热力学能。 讲解 倾听、理解 让学生建构热力学能的概念。
演示实验：观察做功改变物体的热力学能 在空气压缩引火仪的玻璃筒中放一小团硝化棉，将活塞放进玻璃筒。用力迅速向下压活塞，观察发生的现象。 进行演示实验，提问： 看到什么现象？说明什么问题？ 观看、思考、讨论、回答： 玻璃筒中产生了明亮的火光。外界对气体做功，使气体的热力学能增加。 让学生增加对做功可以改变物体热力学能的感性认识。
列举钻木取火、焦耳热功当量实验、喷洒气雾剂、柴油发动机工作过程、摩擦焊接、热水散热等实例，归纳出做功和热传递都能改变物体的热力学能。 展示图片、讲解、组织合作学习。 观看、倾听、理解、讨论、合作学习 引导学生通过分析现象，归纳规律。
【应用与拓展】 热管技术 热管是一种导热能力非常大的装置，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、质疑 让学生了解热管技术及其应用。
综上所述，人们归纳出改变物体热力学能的物理过程有两种：做功和热传递。当外界对物体做功时，物体的热力学能增加；当物体对外界做功时，物体的热力学能减少。当外界向物体传递热量时，物体的热力学能增加；当物体向外界传递热量时，物体的热力学能减少。 讲解 倾听、理解、记忆 让学生形成做功和热传递可以改变物体热力学能的观念。
火力发电厂的工作原理如图所示，将燃料送入锅炉进行燃烧，使燃料中的化学能通过热传递，转化为水的热力学能；水的热力学能增加，变成高温高压的蒸汽，通过管道进入汽轮机，推动汽轮机做功，水的热力学能转化为汽轮机的机械能；汽轮机带动发电机一起转动，发电机将机械能转化为电能。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生了解火力发电厂的工作原理，理解所学规律的应用。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节学习了分子动理论的基本观点、建构了温度、气体压强、热力学能等概念，了解了通过实验或生活中的现象归纳规律的科学方法，感受了我国先进的文化和技术，受到了爱国主义熏陶等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
实践活动
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数，学生作业批改后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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