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第一章 分子动理论
人教版 选择性必修第三册
（单元解读）
目录
CONTENTS
1
《课标》要求
2
学习目标
3
内容分析
4
本单元教学重点与难点
5
教学策略
01
《课标》要求
《课标》要求
3.1.1通过实验，估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。
3.1.2通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。
02
学习目标
学习目标
节次 学习目标
第1节 分子动理论的基本内容 物理观念：知道扩散、布朗运动、热运动及分子动理论的基本观点和相关的实验证据。
科学思维：理解物体是由大量分子组成的，理解扩散现象与布朗运动的成因；培养学生分析问题和解决问题的能力；能用F r图像解释分子力。
科学探究：通过对布朗运动的探究，学会通过观察物理现象，揭示其本质，得出结论。
科学态度与责任：学会坚持实事求是的态度，用实验方法探究问题，培养探索科学的兴趣。
第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 物理观念：理解分子模型，知道分子直径的数量级。
科学思维：通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
科学探究：能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。
科学态度与责任：通过油膜法测分子直径应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
学习目标
节次 学习目标
第3节 分子运动速率分布规律 物理观念∶理解分子的统计规律、速率分布、气体压强。
科学思维∶通过比较不同温度下的分子速率分布图，以及气体压强的微观解释，体会它们的本质是分子热运动的相互作用的结果。
科学探究：模拟气体压强产生的机理实验，通过类比发现气体压强的作用的本质。
科学态度与责任∶使学生体验气体宏观性质、规律是由气体分子运动和相互作用的微观本质决定的，培养学生热爱科学的志趣。
第4节 分子动能和分子势能 物理观念∶通过类比宏观物体的动能、势能，得出分子动能、分子平均动能、分子势能、内能的概念。
科学思维∶分析理解分子平均动能随温度的变化关系，分子势能和分子间距离的关系，内能及决定因素。
科学探究：运用弹簧连接两小球模拟分子，探究分子势能的大小。
科学态度与责任∶学习好影响内能的因素，培养学生能够通过宏观与微观两种方面来看物理问题的思想。
03
内容分析
内容分析
第1节
第1节《分子动理论的基本内容》在课程标准中的要求为：了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。利用显微镜观察布朗运动。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：本条目要求学生认识分子动理论的基本观点，并且知道分子动理论的实验依据。学生应该知道“物体是由大量分子组成的、分子永不停息的无规则运动、分子间存在着引力和斥力”等基本内容，知道其中的基本概念，并能用分子动理论的基本观点解释一些实验现象。
学生要知道阿伏伽德罗常数的意义。阿伏伽德罗常数是一个重要的常数，它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量于分子质量、分子大小等微观物理量联系起来，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。
学生通过实验了解扩散现象，并结合日常生活中的现象加深对扩散现象的了解。利用显微镜观察布朗运动，分析布朗运动产生的原因，能够从微观层面解释布朗运动。
内容分析
第2节
《实验：用油膜法估测油酸分子的大小》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，估测油酸分子的大小。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：能用“油膜法估测分子的大小”的实验来估测油酸分子的大小，体会和掌握测量微观量的思想方法，能利用不同的方法和手段分析和处理信息。
本实验利用宏观量的测量推算微观量，有利于培养学生的模型建构意识，深化学生对分子大小的认识，提高实验技能。教材以“实验思路”“物理量的测量”“数据分析”三个问题展开，论述实验思路，引导学生建立单分子油膜模型，设计实验方案。
内容分析
第3节
《分子运动速率分布规律》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。课程标准要求为：了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。能用分子动理论和统计观点解释气体压强。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：要求学生了解分子运动速率的统计分布规律。例如通过了解某种气体分子在一定的温度下速率分布的情况，体会尽管每个分子的速率有大有小，但从大量分子的整体来说，分子的速率是按照一定的规律分布的。这种大量分子的整体会表现出一定的规律性，这种规律性称为统计规律。学生要知道分子运动速率分布图像的物理意义。学生应该知道“温度是分子平均动能的标志”。要知道气体分子的速率分布规律与温度有关，能解释为什么分子的平均动能随温度的变化而变化。要求学生能从微观角度用分子动理论解释气体压强产生的原因，也能从宏观角度应用力学知识和统计的观点分析气体压强的大小。这里不要求学生推导气体压强的表达式。
内容分析
第4节
《分子动能和分子势能》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。本节从能量的角度运用统计思想认识热运动，热运动是运动的一种形式，分子具有热运动动能。分子的速率变化，热运动动能变化。重要的是大量分子热运动动能的平均值，它的大小标志系统温度的高低。
分子间的作用力属于电磁相互作用，做功和路径无关，可引入分子势能的概念。分子势能变化图像可以从分子力做功和势能变化关系分析得到，这种分析方法在重力势能和电势能已经多次遇到，体现功和能量两个物理量的关系。概念教学要让学生知道引入概念的目的、概念的确切含义与其他概念的区别和联系。
本节内容概念性强，抽象，不易理解把握，教学中要注意在实际情境中构建概念，在具体情境中应用概念分析问题，丰富、深化学生对概念的理解。
04
本单元教学重点与难点
本单元教学重点与难点
教学 重点 1、分子热运动及影响因素、分子间作用力变化规律、分子动理论基本内容。
2、体会用宏观量推算微观量的物理方法、油膜法估测分子大小原理、分子大小的数量级。
3、气体压强的产生机理。
4、分子动能，分子势能，物体内能。
教学 难点 1、布朗运动的成因。
2、规范实验操作。
3、气体压强的微观解释。
4、分子热运动的平均动能与温度的关系，分子间距和分子势能的关系以及影响内能的因素。
05
教学策略
教学策略
1.规范闸述分子动理论的基本内容
为了引导学生了解分子动理论的基本观点以及相关的实验证据，可依据教科书做如下处理：
第一，对“物体是由大量分子组成的”观点，教科书是从分子的大小和组成物体的分子数目的多少两个角度来阐述的。该观点还需要有相关的实验证据作支撑。教科书展示了用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的照片，学生看到客观存在的分子(原子)的照片，会加深认识，提高证据意识，为形成科学的物质观念和为后续热学的学习打下一定的基础。
教学策略
第二，“分子在做永不停息的无规则运动”的观点是分子动理论的核心内容。教科书通过“扩散”“布朗运动”两个现象阐述这一观点。 我们知道，扩散现象不是外界作用引起的而是分子做无规则运动的直接结果，是分子做无规则运动的宏观反映。由于有关液体和气体扩散方面的知识在初中已有涉及，所以本章没有重复相关的实验，只是通过一些实例加以说明。其中，关于扩散现象在科学技术的应用，教科书给出了“在生产半导体器件时，需要在纯净半导体材料中掺人其他元素。这一过程可以在高温条件下通过分子的打散来完成”的实例。关于布朗运动，教科书设计了一个演示实验，用显微镜观察炭粒的运动。另外，还利用微粒运动位置的连线图示，再次让学生感受到证据的力量。
教学策略
第三，对“分子之间存在着相互作用力”的观点，教科书是从让学生感受气体和液体的分子之间存在空隙的实验体验开始的。需要特别说明的是:本章关于分子间作用力问题的处理，没有出现以往分子间斥力、引力与分子间距离关系的F-r图像(图1)，而是直接给出了分子间作用力与分子间距离关系的F-r图像(图2)。 应该说，这样的处理更直接，符合学生的思维特点，不必再引入所谓的合力与分力的问题，只需明确分子间作用力随分子间距离的变化情况(当r>r0时，分子间作用力表现为引力；当r=r0时，分子间作用力为0；当r教学策略
2.让学生经历构建理想化模型的过程
在第2节“实验:用油膜法估测油酸分子的大小”中，需要建构分子的模型来研究和处理问题。把油酸分子看成小球，是对油酸分子建立的一种简化模型。 教科书注意渗透模型在物理学中的意义，目的是使学生认识到模型都是人们根据研究的问题建立的，理想模型是在一定场合、一定条件下为突出客观事物的某种主要因素、忽略次要因素而建立的。将分子看成小球，它与力学中的质点、电学中的点电荷一样， 都是理想模型。实际上，分子的结构是很复杂的，分子并不真是小球，分子间也存在着空隙，因此，我们所计算出的分子的直径(分子的大小)，只能从数量级上粗略地反映分子所占空间的大小。在研究分子内部结构和运动时，则需要较复杂的分子结构模型。
教学策略
3.努力呈现实验的真实情境，激发学生自 主设计、动手操作的兴趣
在本章多数实验中，我们力求多以真实情境来呈现实验思路、实验过程和实验结果，目的是让学生感受到该实验真实可信、可操作，激发他们自主设计、动手操作实验的兴趣。例如，教科书图1.1-3所示的观察布朗运动的实验装置;教科书图1.1-6所示的观察液体混合后体积的变化;教科书图1.2-2所示的记录油酸酒精溶液的滴数:教科书图1.2-3所示的记录油酸薄膜的形状;伽尔顿板等，都采用了真实照片反映实验情境。其中，“实验:用油膜法估测油酸分子的大小”一节的设计有以下思考。
在“实验思路”中，需要让学生清楚:怎样建构单层油酸分子的理想模型:怎样使油酸充分展开获得单分子油膜:怎样粗略地测出油酸分子的直径。
教学策略
在“物理量的测量”中，教科书设计了两个需要解决的问题，即“1. 测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V”和“2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S"。教科书以这两个问题为行文的线索，不仅有利于学生理解这个实验的原理，而且让学生看到了本实验的具体方案是怎样构思出来的。教科书把具体原理和步骤融人几个需要解决的问题中，为学生自主学习和相互交流创造了条件，有利于培养学生设计实验的能力。
在“数据分析”中，学生通过对实验结果的处理，可获得油酸分子的尺度大小。经历这样的过程，会加深学生对分子大小的数量级的认识。
教学策略
4.加强分子运动速率分布统计规律的学习
热现象与大量分子热运动的统计规律有关。在热学研究中，把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现。本次修订为了进- 步深化对分子热运动规律的学习，同时也为后续内容的学习作好铺垫，将“分子运动速率分布规律"的内容前置于本章，并单独设为一节。
对于任何一个分子而言，在每一时刻，沿着什么方向运动，以及运动的速率等都具有偶然性。但是，对于大量分子的整体而言，它们的运动却表现出规律性。为了渗透一些统计的观点，说明统计规律，教科书首先通过“问题”栏目展现了“伽尔顿板”实验，让学生看到投入大量的小球时所展现出的规律性。为了使学生对气体分子的运动在头脑中有深刻、形象的认识，教科书设置了示意图(教科书图1.3-1)。
教学策略
为了说明气体分子运动速率分布图像的物理意义，教科书通过氧气分子实例闸明了这样的观点:在每一时刻，气体内既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。速常很大和速率很小的分子所占的比例相对较少，大多数分子的速率和某一平均速率 相差很小。通常所说分子运动的速率，均指它们的平均速率而言。分子的平均速率与气体的温度以及分子的种类有关。
针对气体压强的微观解释，教科书选择了一个与器壁发生正碰的气体分子为研究对象，目的是使学生体会到，虽然单个分子的运动服从力学规律，它碰撞器壁时所产生的作用力可以用力学规律来计算，但涉及大量分子的集体行为却要用到统计观点。同时，为了让学生形成气体压强的微观图景，教科书中设计了模拟气体压强的演示实验。
教学策略
5.引导学生认识分子热运动中的能量特征
一种运动形式对应一种能量的形式。 机械能与机械运动相对应，内能与大量分子的热运动相对应。学生已经了解了组成物体的分子在永不停息地做无规则运动，本章第4节“分子动能和分子势能”就是从能量的角度引导学生运用统计思想来认识分子热运动的。
物体是由分子组成的，组成物体的大量分子在永不停息地做无规则热运动，所以每个分子都有分子动能。由于物体内分子是大量的，各个分子的速率大小不同，因此，每个分子的动能大小不同。从分子动理论的观点来看，温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计的意义。
教学策略
关于“分子势能”，教科书通过“问题”和“思考与讨论”两个栏目提出问题，目的是引导学生认识分子势能和它随分子间距离变化的关系，以便学生可以通过问题的台阶和自己已有的知识独立思考完成。通过以上活动，可以培养学生对物理概念和规律的认识能力，让学生学会运用宏观量重力势能来类比微观量分子势能的方法。重力势能是由物体所处的位置决定的能量:分子势能是由分子间相对位置决定的能量。必修课程中，我们曾用重力做功来分析重力势能的变化，类似地，对于分子势能的认识，教科书的处理方法是运用分子间的作用力做功来分析分子势能的变化。
教学策略
6.课时安排建议
第1节分子动理论的基本内容 1课时
第2节实验: 用油膜法估测油酸分子的大小 1课时
第3节分子运动速率分布规律 1课时
第4节分子动能和分子势能 1课时
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING

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