资源简介

1.4《 分子间的相互作用力》课时教案
学科 物理 年级册别 高三上册 共1课时
教材 教科版选择性必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于教科版高中物理选择性必修第三册第一章第四节，是热学部分的核心基础之一。教材通过实验现象引入分子间同时存在引力和斥力的事实，构建“分子力模型”，并结合图像描述分子力随距离变化的规律。内容承接前面对分子动理论的基本认识，为后续学习固体、液体的性质以及物态变化打下微观基础。其作用在于帮助学生建立微观粒子相互作用的动态图景，深化对物质宏观表现与微观机制之间联系的理解。
学情分析
高三学生已具备一定的抽象思维能力和逻辑推理能力，且在高一阶段已初步学习过分子动理论的基本观点，知道分子永不停息地做无规则运动，了解分子间有空隙。但对分子间作用力的具体形式、随距离的变化规律仍停留在感性认知层面，缺乏定量或半定量的理解。部分学生容易将分子力与宏观弹力混淆，难以理解为何引力和斥力会同时存在。此外，图像分析能力虽有所提升，但在解读F-r曲线时仍可能误解极值点和零点的物理意义。突破措施：通过类比弹簧模型、微距观察实验视频、分组绘制草图等方式，引导学生从现象出发建构物理模型。
课时教学目标
物理观念
1. 理解分子间同时存在着引力和斥力，掌握这两种力的大小都随分子间距增大而减小，但变化快慢不同；
2. 掌握分子力随分子间距变化的关系，能说出r 的意义，并能用F-r图像表示分子力的变化规律。
科学思维
1. 能够通过宏观现象（如拉伸、压缩物体）反推微观机制，发展逆向推理能力；
2. 能够利用图像法分析分子力与距离之间的非线性关系，识别关键特征点（平衡位置、合力为零点、引力主导区、斥力主导区）。
科学探究
1. 能设计简单的生活化实验验证分子间存在引力，例如水膜托硬币、两块玻璃片叠合后难拉开等；
2. 能基于已有实验事实和理论假设，合作构建分子间作用力的理想模型，并进行合理外推。
科学态度与责任
1. 在探究过程中养成实事求是、尊重证据的科学态度，不凭直觉臆断物理规律；
2. 意识到微观世界的复杂性与统一性，增强探索自然奥秘的兴趣和责任感。
教学重点、难点
重点
1. 分子间同时存在引力和斥力，且二者均随距离增加而减小；
2. 分子力随分子间距变化的F-r图像及其物理意义。
难点
1. 理解当r = r 时分子力为零，但此时引力和斥力并不为零；
2. 理解当r < r 时斥力大于引力，合力表现为斥力；当r > r 时引力大于斥力，合力表现为引力。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
多媒体课件、分子力模拟动画、两块洁净玻璃片、水滴、投影仪
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，激发疑问
【5分钟】 一、创设生活情境，引发认知冲突 （一）、演示实验：玻璃片粘连现象
教师取出两块干净透明的玻璃片，在其中一块上滴一滴清水，然后将另一块轻轻覆盖上去，稍加按压后尝试水平拉开。学生可明显观察到两块玻璃片难以分离，仿佛被“吸”在一起。
提问引导：“同学们，这两块玻璃片明明没有胶水，为什么沾了水之后就很难拉开？是不是说明它们之间产生了某种‘吸引力’？”等待学生回应后继续追问：“那如果我们用力把它掰开呢？会不会感觉到一种抵抗的力量？这又说明了什么？”
进一步拓展：“我们再想想，当你用手去挤压一块橡皮泥或者弹簧时，也会感受到一种向外的推力。那么，在物质内部的微观层面，是否也存在着类似的‘拉’和‘推’的作用呢？这种力量来自哪里？”
（二）、播放微观动画：分子热运动与间距波动
教师播放一段高质量的三维动画，展示大量分子在不停地做无规则热运动，彼此之间保持着一定的平均距离，时而靠近，时而远离。画面中每个分子用小球表示，周围标有虚线圆圈代表其影响范围。
引导语：“刚才我们看到的是宏观现象背后的微观世界。这些不断运动的分子之间，真的会像弹簧一样既能拉又能推吗？今天我们就来揭开这个谜底——分子间的相互作用力。”
板书课题：1.4 分子间的相互作用力 1. 观察实验现象，思考玻璃片难以拉开的原因。
2. 联想生活中类似的现象，如湿毛巾贴墙、吸盘挂钩等。
3. 思考分子之间是否存在“拉力”和“压力”。
4. 带着问题进入新课学习。
评价任务 现象解释：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆
设计意图 通过贴近生活的实验迅速吸引学生注意力，制造认知冲突，使学生意识到看似简单的现象背后隐藏着深刻的物理原理。利用动画将不可见的微观过程可视化，降低理解门槛，为后续建立分子力模型做好铺垫。整个导入过程以“问题链”驱动，引导学生从生活经验走向科学探究。
合作探究，建构模型
【12分钟】 一、小组讨论：从宏观反推微观 （一）、设置探究任务卡，组织四人小组合作
教师发放“探究任务卡”，上面列出三个典型现象：
① 固体和液体难以被压缩——说明分子间可能存在什么力？
② 拉断一根铁丝需要用力——说明分子间可能存在什么力？
③ 压缩气体到一定程度后变得越来越困难——能否用分子力解释？
要求各小组围绕这三个问题展开讨论，每组派一名代表记录结论，并准备汇报交流。
巡视过程中，教师适时介入指导，提醒学生注意区分“是否存在力”和“表现为哪种力”的区别。例如：“当我们说‘难压缩’，其实是系统对外界施加的压力产生了反抗，这意味着内部有一种向外的作用力，也就是斥力。”
（二）、组织全班分享，归纳共性结论
邀请三组代表依次发言，其他小组补充或质疑。教师在黑板左侧列出关键词：
- 难压缩 → 斥力显著
- 易拉断 → 引力存在
- 极限压缩 → 斥力急剧上升
总结语：“大家的分析非常到位！无论是固体还是液体，甚至是气体，只要试图改变它们的体积，就会遇到阻力。这强烈暗示着：分子之间既存在相互吸引的趋势，也存在相互排斥的趋势。也就是说，引力和斥力是**同时存在**的！”
二、引入科学史实，增强可信度 （三）、讲述范德华的研究历程
教师简要介绍荷兰物理学家约翰内斯·范德华（Johannes Diderik van der Waals）如何通过对真实气体状态方程的修正，首次提出分子间存在弱相互作用力，后来这类力被称为“范德华力”。强调他因此获得1910年诺贝尔物理学奖。
引用其名言：“The molecules attract each other, but when they come too close, they repel.”（分子相互吸引，但靠得太近时，它们又会排斥。）这句话正是今天我们所要学习的核心思想。
过渡语：“那么，这种既吸引又排斥的力，到底是如何随着距离变化的呢？有没有一个清晰的规律可以描述？” 1. 小组合作讨论任务卡上的三个问题。
2. 记录讨论结果，形成初步结论。
3. 代表上台汇报，与其他小组互动交流。
4. 听取教师总结，理解分子力的双重性。
评价任务 讨论参与：☆☆☆
逻辑推理：☆☆☆
结论提炼：☆☆☆
设计意图 采用合作探究法，让学生亲身经历“现象→假设→论证”的科学思维过程。通过任务驱动促使学生主动调用已有知识进行迁移应用，培养批判性思维。引入科学家的真实研究案例，不仅增加了历史厚重感，也让抽象概念更具人文温度，体现“科学源于观察与思考”的本质。
模型解析，深化理解
【15分钟】 一、讲解分子力随距离变化的规律 （一）、展示F-r关系图像，逐段解析
教师在PPT中逐步呈现分子间作用力F与分子间距r的关系曲线图。横轴为r，纵轴为F，设定正值表示斥力，负值表示引力。
首先指出横轴上的特殊位置r ≈ 10-10 m，即通常所说的分子直径数量级。说明这是常温下分子间的平均距离。
接着分区域讲解：
① 当r = r 时，F = 0，合力为零，分子处于稳定平衡状态；
② 当r < r 时，F > 0，合力表现为斥力，且随r减小迅速增大；
③ 当r > r 时，F < 0，合力表现为引力，先增大后减小；
④ 当r > 10r 时，F ≈ 0，分子间几乎无作用力。
特别强调：“虽然在r = r 时合力为零，但这绝不意味着引力和斥力都消失了！恰恰相反，此时两者都存在，只是大小相等、方向相反而已。”为了帮助理解，类比两个劲度系数不同的弹簧反向连接在同一物体上，只有当形变量恰当时才合力为零。
（二）、对比引力与斥力的变化速率
教师补充说明：分子间的斥力随距离的变化比引力更剧烈。也就是说，斥力是“短程强作用”，而引力是“较长程弱作用”。可以用数学语言表达为：斥力∝ 1/r （n较大，如9--10），引力∝ 1/r^m（m较小，如6--7）。
举例说明：“就像你靠近一个磁铁，刚开始感觉不到吸力，越近越明显；但如果两个磁极同向相碰，则会立刻产生强烈的排斥感。分子间的力也有类似的‘敏感区’。”
二、动态模拟辅助理解 （三）、播放交互式动画：拖动分子看力变
教师播放一个可操作的模拟程序动画：屏幕上显示两个分子，用户可以通过鼠标拖动其中一个改变间距，实时显示引力、斥力及合力的大小和方向箭头。
现场邀请一位学生上台操作，体验当两分子由远及近的过程中，三种力如何变化。重点关注经过r 前后合力方向的突变。
教师同步讲解：“你看，当他慢慢靠近时，一开始只有微弱的引力；到了某个点引力最强；再往前走，斥力开始剧增，最终完全压倒引力，导致整体表现为推开。”
再次强调：“这就是为什么固体不会自动塌缩也不会无限膨胀的根本原因——分子总是在r 附近振动，维持动态平衡。” 1. 观察F-r图像，听教师逐段讲解。
2. 理解r 的物理意义及各区间力的表现。
3. 参与动画互动，直观感受力的变化趋势。
4. 记录重点内容，完善笔记。
评价任务 图像识读：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆
模型理解：☆☆☆
设计意图 通过精准的图像分析和动态模拟，将抽象的函数关系转化为可视化的物理过程，极大提升了学生的空间想象和逻辑推理能力。重点突破“合力为零≠单个力为零”这一常见误区，借助类比和数学表达加深理解。学生亲自参与操作增强了课堂沉浸感，真正实现“做中学”。
巩固应用，迁移提升
【8分钟】 一、解决实际问题，检验理解深度 （一）、布置应用型练习题
教师出示两道题目：
1. 解释为什么破镜不能重圆？
提示：镜子破裂后，断裂面处的分子间距远大于r ，此时分子间作用力极其微弱，无法重新形成有效连接。
2. 若将一块金属加热，它的体积一般会膨胀。请从分子动理论和分子力的角度解释这一现象。
提示：温度升高，分子热运动加剧，平均动能增大，克服分子引力的能力增强，使得分子间平均距离r略大于r ，宏观表现为体积膨胀。
要求学生独立思考2分钟后，与同桌交换意见，再由教师随机抽答。
（二）、联系现代科技前沿
教师拓展：“如今科学家已经能够利用扫描隧道显微镜（STM）操纵单个原子，甚至写出‘中国’二字。这正是基于对原子间作用力的精确控制。未来你们也许会参与到纳米材料、量子器件的研发中，那时你就会发现，今天学到的每一个微小的分子力，都是构建宏大科技世界的基石。”
引用费曼的话作结：“There’s plenty of room at the bottom.”（在微观底层，大有可为。） 1. 独立思考问题，尝试运用新知解答。
2. 与同伴交流思路，完善答案。
3. 主动回答问题，接受师生点评。
4. 感受物理知识的实际价值。
评价任务 知识迁移：☆☆☆
语言表达：☆☆☆
科技联系：☆☆☆
设计意图 通过典型问题训练学生将理论应用于解释自然现象的能力，强化“结构决定性质”的物理思想。引入高科技实例，拓宽视野，激发使命感。整环节注重思维输出与情感共鸣的结合，让知识不再孤立，而是融入更大的科学图景之中。
课堂总结，升华主题
【5分钟】 一、结构化回顾知识点 （一）、带领学生共同梳理本节课主线
教师站在黑板前，手指板书核心内容，带领学生回顾：
“今天我们从一个小小的水滴开始，发现了分子间竟然同时存在着引力和斥力；我们通过图像知道了r 是平衡距离，是引力与斥力博弈的临界点；我们明白了哪怕合力为零，也不代表没有力的存在——这正体现了物理世界的辩证统一之美。”
二、升华式总结：以哲思收尾 （二）、引用经典语句，提升精神境界
“古希腊哲学家赫拉克利特曾说：‘对立统一是一切事物的本质。’（Unity of opposites is the foundation of all things.）今天我们在分子尺度上见证了这一点——吸引与排斥，看似矛盾，却共同维系着物质世界的稳定。就像人与人之间的关系，适度的距离才能保持和谐；太远则疏离，太近则摩擦。物理不仅是公式与计算，更是关于世界运行之道的深刻洞察。”
最后寄语：“愿你们今后不仅能用眼睛看见万物之形，更能用心感知那些看不见的力——它们默默支撑着这个世界，一如那些无声付出的人们。让我们带着这份敬畏与好奇，继续探索宇宙的奥秘。” 1. 跟随教师回顾主要知识点。
2. 理解分子力中的哲学意蕴。
3. 感悟物理与人生的相通之处。
4. 树立探索自然的志向。
评价任务 要点复述：☆☆☆
哲理领悟：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+升华式”双重复合总结方式，既确保知识闭环，又实现情感升华。通过引用哲学名言打通自然科学与人文思想的界限，让学生体会到物理不仅是工具性的知识，更是一种世界观。结尾的语言富有诗意与温度，留下持久的精神回响。
作业设计
一、基础巩固题
1. 判断下列说法是否正确，错误的请改正：
（1）分子间只存在引力，不存在斥力。（ ）
（2）当分子间距等于r 时，分子间作用力为零，说明此时分子间无任何作用。（ ）
（3）气体容易被压缩是因为气体分子间没有作用力。（ ）
（4）固体难以被拉伸是因为分子间存在强大的引力。（ ）
2. 画出分子间作用力F随分子间距r变化的示意图，标出r 的位置，并说明当r < r 、r = r 、r > r 时，合力分别表现为哪种力。
二、能力提升题
3. 查阅资料，简要说明“表面张力”是如何由分子间作用力产生的。举例说明生活中有哪些现象与表面张力有关。
4. 假设地球上的所有分子突然失去斥力，只保留引力，你认为会发生什么后果？请发挥想象力，写一段不少于150字的小短文，描述可能出现的情景。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. （1）× 改正：分子间同时存在引力和斥力。
（2）× 改正：此时引力和斥力大小相等、方向相反，合力为零。
（3）× 改正：气体分子间距较大，作用力微弱，但并非完全没有。
（4）√
2. 图像应包含：横轴r，纵轴F；曲线在r 处穿过横轴；左侧（rr ）先下降至负值再趋近于零；标注r 点，并说明：
- r < r ：合力表现为斥力
- r = r ：合力为零
- r > r ：合力表现为引力
二、能力提升题
3. 表面张力源于液体表面层分子受到下方分子的引力大于上方气体分子的作用，导致表面分子被向内拉，形成收缩趋势。相关现象：露珠呈球形、昆虫水面行走、针浮于水面等。
4. 开放性答案。合理即可，如：所有物体将迅速坍缩成极高密度团块，地球可能变成一个致密球体，生命瞬间毁灭，物质结构彻底改变。
板书设计
1.4 分子间的相互作用力
【左侧】
现象引入：
- 玻璃片沾水难拉开 → 引力？
- 物体难压缩 → 斥力？
【中部主干】
一、分子力特点：
1. 同时存在引力F引与斥力F斥
2. 均随r↑而↓，但F斥变化更快
二、F-r图像：
r < r ：F>0 斥力为主
r = r ：F=0 平衡位置
r > r ：F<0 引力为主
r >> r ：F≈0 无作用
【右侧】
r ≈ 10 m
类比：双弹簧模型
科学史：范德华力
教学反思
成功之处
1. 实验导入效果显著，玻璃片粘连现象直观生动，成功点燃学生好奇心；
2. F-r图像讲解细致，配合动态模拟，有效突破了“合力为零≠无力”的认知障碍；
3. 结合科学史与哲学思想进行总结，提升了课堂的文化厚度与情感温度。
不足之处
1. 小组讨论时间略紧，个别小组未能充分表达观点；
2. 对于数学基础较弱的学生，F-r曲线的斜率变化理解仍有困难；
3. 缺少让学生亲手绘制图像的实践环节，动手体验不足。
改进方向：下次可提前布置预习任务，课堂增加“描点绘图”活动，让每位学生在坐标纸上尝试画出F-r草图，进一步强化空间想象能力。

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