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(共22张PPT)
选择性必修三
第一章 分子动理论
1 mol 水中含有6.02×1023个水分子
这一个小小的水滴，
是由什么组成的呢？
分子
直径：10-10m
苹果
直径：10-1m
地球
直径：107m
分子如此小，是如何运动的呢？
分子
1cm小球
你能发现什么？
4s后
11s后
温度越高，扩散越快
点击尝试扩散仿真实验
一段时间后
现象 扩散现象 布朗运动 热运动
活动主体 分子 固体微小颗粒 分子
区别 是分子的运动,发生在任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动,只能在液体、气体中发生 是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到
共同点 (1)都是无规则运动; (2)都随温度的升高而更加激烈 联系 分子热运动是扩散现象形成的原因,布朗运动是分子热运动的反映
扩散现象、布朗运动与热运动的比较
(1)当r合力 F 为斥力
以弹簧模型类比
以弹簧模型类比
(2)当r=r0 时,
合力 F =0
平衡位置
以弹簧模型类比
(3)当r>r0时,
合力F 为引力
固体、液体分子模型
气体分子模型
谢谢观看
火花学院b
气体扩散实验
速度3000×
罗
化学筋斗云
b出
25℃蒸馏水
80℃蒸馏水
因
00:04:09
00:04:09学筋斗云b出
25℃蒸馏水
100倍速播放
80℃蒸馏水
國
00:11:09
00:11:09学筋斗云b
00
50
25℃蒸馏水
100倍速播放
80℃蒸馏水
数据
粒子数
0.0ps
30
0
30
60
吕
5
0
60
质量(AMU)
Tav
,=200K
l avg =500 K
T
19
32
半径(pm)
125
口
125
合
初始温度(K)
200
500
移除隔板
&
质心
口粒子流数率
心标度
TTT
心秒表
1 nm
e
粒子数
数据
0.0ps
19
11
30
7
60
5D
34
●26
质量(AMU)
Tavg =392 K
Tavg 411 K
19
32
半径(pm)
125
7
125
初始温度(K)
200
500
重置隔板
心质心
口粒子流数率
心标度
TTT门
秒表
1 nm
自制实验装置观察布朗运动
10
Temperature:4.56e+24 K
Avg Kinetic Energy:9.4301J
●
●o
8
●
●
●
6
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●
4
2
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●
●
8
0
4
6
P
10/ 让教学更有效 精品 | 物理学科
选择性必修三 1.1分子动理论-教学设计
教学目标
物理观念1、学生理解分子动理论的三个核心观点（物质微观结构模型、分子运动论、分子相互作用力）及其主要内容； 2、学生能运用分子动理论解释扩散现象、布朗运动等宏观热现象，建立宏观温度与微观分子热运动剧烈程度之间的对应关系。科学思维1、学生建立"宏观现象-微观解释"的思维模型，具有微观结构的科学想象力； 2、学生能辨析扩散现象与机械运动的本质区别，理解分子热运动的无规则性。科学探究1、通过教师的演示实验（布朗运动可视化放大实验、布朗运动微观仿真实验）与学生亲自实验（温度对于气体、液体扩散速率的影响）,让学生学会描述归纳实验现象，并学会用分子动理论对现象进行微观解释。科学态度 与责任1、结合当下社会热点问题，例如PM2.5污染物扩散等生活实例，培养学生用科学思维关注环境问题的社会责任感
教材分析
【教材地位】 本章作为选择性必修三的开篇章节，在高中物理课程体系中承担着衔接宏观热现象与微观机制的重要桥梁作用，承上启下，主要体现在： 承上性：系统整合初中定性的分子动理论认知，在宏观热现象的基础上通过微观定量化建模来解释原理； 启下性：为后续第二、三章学习物态变化、内能、热力学定律等章节建立微观理论基础； 学科奠基性：首次引入统计物理思想，奠定理解宏观热现象的概率统计视角。 【教材内容】 教材主要分为四个部分，采用"分-总-用"的三阶递进结构：从物质微观结构模型、分子运动论、分子相互作用力三个方面构建了核心理论，解释了热现象的本质——大量分子统计行为的宏观表现，最后凝练总结了分子动理论的核心内容，为我们解释生活现象提供了理论依据。 【内容特点】 本章内容抽象，着重从微观层面与统计角度解释分子运动本质，要注意从可视化的实验现象切入，逐步引导学生去从微观角度理解分子热运动，注意实现从现象认知到理论建模的完整认知。
学情分析
【认知基础】 1. 知识基础：学生在初中已初步了解分子动理论，知道物质由分子组成，分子在运动且存在间隙； 2. 能力基础：具备一定的抽象思维能力，能通过实验现象归纳结论； 3. 态度基础：对微观世界有好奇心，但对统计思想缺乏理解。 【认知障碍】 1. 迷思概念：易将布朗运动误认为是分子本身的运动，混淆扩散现象与机械运动的本质差异； 2. 抽象障碍：难以想象分子间作用力随距离变化的非线性关系； 3. 应用困难：无法将微观分子运动与宏观热现象（如温度）建立清晰联系。
教学重难点
【教学重点】 1. 分子动理论的三个核心观点及其微观解释； 2. 分子热运动的速率与温度的关系。 【教学难点】 1. 辨析扩散现象与布朗运动的异同（宏观现象与微观机制的联系）； 2. 掌握分子引力与分析斥力随着距离远近变化的规律，并探究其对物质性质的影响。
教学方法
讲授法、实验法、讨论法
教学流程
教学用具
实验1气体扩散：二氧化氮气体、空气、挡板玻璃片 实验2液体扩散：两个烧杯、红墨水、冷水与热水、秒表 实验3运动仿真：装有PHET仿真实验平台的电脑 实验4花粉布朗运动：激光笔、圆形玻璃鱼缸、粉笔灰、白色背景板
教学特色
创新点实际性技术赋能 微观可视利用 PHET仿真实验、Python动态模拟、激光放大布朗运动，将抽象的分子运动转化为直观图像，突破微观不可见的教学瓶颈低成本、易操作，如激光放大实验仅需常见器材（激光笔、粉笔灰），仿真平台免费开放，符合中学实验条件认知进阶 结构建模设计 “分-总-用”三阶认知路径，从实验现象（分）→理论建模（总）→跨界议题（用），辅以结构化板书（F-r曲线、物态对比图），强化逻辑关联符合高中生从感性到理性的认知规律，通过对比表格（扩散现象vs布朗运动vs分子热运动）破解迷思概念沉浸过渡 人文浸润以 “探索微观世界”视角重构课堂，用诗意的语言过渡课堂环节，将理性知识与浪漫表达相结合契合高中生浪漫主义认知倾向，激发兴趣的同时深化理解议题驱动 社会联结引入社会性科学议题（SSI），如“口罩分子筛设计”“高压储氢罐挑战”，引导学生用分子理论解释科技难题，培养社会责任感紧扣社会热点（如PM2.5扩散、能源安全），建立“知识-应用-责任”的完整链条
本次课堂设计以 “技术+人文+社会”三维创新 为核心，通过可视化工具破解微观抽象难点，用文艺过渡激活课堂温度，以现实议题牵引科学责任，既突破传统教学的枯燥性，又避免“为创新而创新”的形式主义，符合高中生认知特点与新课标素养导向。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
情境启航 宏观到微观的尺度跨越 5min 【图片展示与提问引入】 展示一滴水的图片并提问： ——一个小小的水滴，是由什么组成的呢？ ——1 mol水中含有6.02×1023个水分子 ——“若将1cm 的水分子连成链，可绕地球多少圈？”（数据：约10 个分子，可绕地球10 圈） 2. 展示PPT对比动画： 地球（107m）→苹果（10-1m）→分子（10-10m） 3.播放墨滴扩散视频，追问： ——宏观现象背后，是哪些微观行为在主导？ ——在微观尺度上，这些分子又是如何运动的呢？ 回答问题，体会小小的一滴水中可以含有如此多数量的分子。 观察尺度对比图，直观感受分子体积之小、数量之多。 基于扩散视频提出疑问：分子体积如此小，那么是如何运动的？其运动是否具有规律呢？ 通过小水滴与大量分子的认知冲突，体会分子大小的数量级，建立“物质由大量微小分子组成”的直观认知； 引导学生提出疑问，紧密衔接后续分子运动理论。 “分子如此微小，却以集体行为书写宏观现象。它们的运动隐藏着怎样的规律？”
实验探秘 分子的舞动与碰撞 15min 【实验1：气体扩散——扩散现象的本质探究】 教师演示实验： 将棕色的二氧化氮瓶子放置在透明的空气瓶子下面，抽出中间的阻隔玻璃片，一段时间后观察两瓶气体的现象。 （因为二氧化氮气体密度大于空气，所以要注意说明两者之间的扩散并不是由于密度导致的，注意放置气体的上下位置） 【实验2：液体扩散——探究影响扩散速度的因素】 学生分小组进行实验操作： 每个小组准备等量热水与冷水，同时向冷热水杯滴入等量红墨水，观察墨水的扩散过程，对比相同时间下两杯水的扩散差异。 教师引导学生总结： “温度升高→分子动能增加→扩散速率加快。” 【实验3：PHET分子热运动仿真实验】 教师演示实验： 教师操作PHET平台的分子热运动仿真实验 ①调节温度参数，对比不同温度下分子的运动速率 ②观察其中一个特定分子的运动轨迹，探究其运动是否具有规律 结合这三个实验，进行提问： ——扩散现象的成因是什么？在固体中也可以实现扩散吗？ ——影响分子热运动速率的主要因素主要有什么？ ——单个分子在运动过程中，其运动是否具有规律？
观察实验现象，分析回答两瓶气体最终混合均匀的原因（排除密度影响，得出分子在不停运动的结论）； 对比不同温度下的扩散速率，分析影响分子热运动速率的因素——温度越高，扩散越快； 选取一个粒子，观察其运动轨迹是否存在规律。思考总结分子热运动的特点。 1.通过逆向密度梯度设计（重气体在下），有效证伪"扩散由密度差驱动"的朴素认知，说明扩散现象是由于分子不停运动产生的； 2.通过实验现象与理论衔接，引导学生从感性观察转向理性分析。 “分子的自由意志创造了宏观的混沌，它们之间是否存在隐形作用力？”
微观建模 运动分析概念辨析 10min 【实验4：自制实验装置观察花粉布朗运动】 教师演示实验： 用激光笔照射粉笔灰悬浮液，利用玻璃鱼缸将粉笔灰投影放大至幕布，提问： ——粉笔灰的运动有什么特点？ ——粉笔灰的运动是自身在动，还是被撞击的结果？ ——粉笔灰不规则运动的外力来自于哪里？ 说明：“布朗运动的无序性，本质是液体分子无规则撞击的宏观表现。” 【利用微观模型解释宏观现象】 教师展示利用Python绘制的分子热运动模拟动图，说明分子在永不停息做无规则运动，且这样的运动会推动其周围的微观粒子进行运动，得到了我们所看尽的花粉颗粒在不停的做无规则运动的宏观结果。 【“扩散现象—布朗运动—分子热运动”概念辨析】 结合四个实验内容，以及微观模型的讲解，从运动主体出发，对扩散现象、布朗运动、分子热运动的相同点与不同点进行归纳，引导学生完成表格。 总结将微观与宏观联系起来：分子热运动是扩散现象形成的原因,布朗运动是分子热运动的反映 观察粉笔灰运动，概括其特点，分析粉笔灰运动的外力来源； 对比扩散现象、布朗运动与分子热运动，完成表格： 现象扩散 现象布朗运动热运动活动 主体区别共同点联系
辨析扩散现象、布朗运动、分子热运动的本质差异，理解分子热运动的无规则性。 教会学生运用分子动理论解释扩散现象、布朗运动等宏观热现象，建立宏观现象-微观分子运动之间的对应关系。 “微观的秩序，在无序中诞生；分子的语言，在碰撞中书写。分子间作用力大小，是否存在变化规律？”
距离解密 分子力的平衡艺术 10min 【动态模型建构】 动画展示分子间作用力曲线，并且与弹簧模型进行类比： 分子间距＜r 时，斥力主导（弹簧压缩） 分子间距＞r 时，引力主导（弹簧拉伸） 分子间距=r 时，斥力等于引力（弹簧没有形变） 分区域探讨：用不同颜色标注三个关键区域，并利用PHET仿真实验平台依次对三个区域以此进行模拟，对比每个区域内分子引力与分子斥力的大小，实现分子力大小的可视化展示 分子模型深化理解： —— 冰→水→气的相变中，分子间距与作用力如何变化？ ——为什么气体易压缩，固体难变形？ 小组讨论后用分子模型解释物态差异： 固体：分子紧靠（r≈r ）斥力≈引力，结构稳定； 气体：分子间距大（r＞r ）引力微弱，自由运动。 1. 绘制分子间作用力-距离图像（F-r图像），并且标注出平衡点r0； 2.对三个区域依次进行分析，总结分子间作用力随着距离的变化关系；
3. 小组讨论，尝试回答： 冰→水→气的相变过程中，分子作用力如何变化？尝试辨析两类分子模型区别以及由此对物质性质造成的影响 1.通过可视化的图像，让学生掌握分子间作用力随距离变化的规律，并利用其解释宏观物态性质。 “分子间若没有力的约束，世界将分崩离析。这些法则如何守护我们的科技与生活？”
思维赋格 科学社会议题探究 5min 【科学应用的思考与挑战】 1. 口罩的“分子筛”设计 分析气溶胶颗粒（≈0.1μm）与口罩滤材孔径（≈1μm），提问： ——“仅靠孔径能否阻隔病毒？分子运动如何影响防护效果？” 2. 高压储氢罐的挑战 讨论分子间作用力对氢气压缩的影响，引申材料强度与安全设计。 1. 结合分子大小、分子运动与碰撞概率，解释口罩的多层防护机制。 2. 分析高压下分子碰撞频率增加对容器内壁的冲击。 强化“宏观现象-微观原因”思维，培养科学知识的理解应用能力，强化学生的科学思维与探究能力。 “从防护到能源，微观法则为人类发展奠基。今天的探秘，只是翻开微观诗集的第一页。下次课，我们将继续深入走进分子微观世界”
板书设计
第一章第一节 分子动理论 物质微观结构模型 （一）分子特性 1.体积小、数量多 2.分子间存在间隙 （二）实验特性 1.气体扩散：氧气与二氧化氮 2.液体扩散：红墨水在冷热水中扩散速率存在差异 分子热运动 1. 扩散现象 → 微观本质：分子无规则运动 2. 布朗运动 → 宏观表现：液体分子撞击微粒 3. 温度影响：T↑ → 分子动能↑ → 运动加剧 rr → 引力主导（气体易扩散） 三、分子间作用力 1. F-r曲线： 2. 物态差异： 固体（r≈r ）引力≈斥力，结构稳定 液体（r稍>r ）引力主导，可以流动 气体（r>>r ）引力微弱，自由运动 四、社会性科学议题 口罩分子筛设计 高压储氢罐挑战

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