分子的熱運(yùn)動(dòng)
一、教學(xué)目標(biāo)
1．物理知識(shí)方面的要求：
�。�1）知道并記住什么是布朗運(yùn)動(dòng)，知道影響布朗運(yùn)動(dòng)激烈程度的因素，知道布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因。
（2）知道布朗運(yùn)動(dòng)是分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映。
（3）知道什么是分子的熱運(yùn)動(dòng)，知道分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度與溫度的關(guān)系。
2．通過對布朗運(yùn)動(dòng)的觀察，發(fā)現(xiàn)其特征，分析概括出布朗運(yùn)動(dòng)的原因；培養(yǎng)學(xué)生概括、分析能力和推理判斷能力。
從對懸浮顆粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的原因分析，使學(xué)生初步接觸到用概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)分析大量偶然事件的必然結(jié)果。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．通過學(xué)生對布朗運(yùn)動(dòng)的觀察，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析出布朗運(yùn)動(dòng)不是外界影響產(chǎn)生的，是液體分子撞擊微粒不平衡性產(chǎn)生的。布朗運(yùn)動(dòng)是永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，反映了液體分子的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這一連串結(jié)論的得出是這堂課的教學(xué)重點(diǎn)。
2．學(xué)生觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)，但它又間接反映液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。這是課堂上的難點(diǎn)。這個(gè)難點(diǎn)要從開始分析顯微鏡下看不到分子運(yùn)動(dòng)這個(gè)問題逐漸分散解疑。
三、教具
1．氣體和液體的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)：分別裝有H氧化氮和空氣的玻璃儲(chǔ)氣瓶、玻璃片；250毫升水杯內(nèi)盛有凈水、紅墨水。
2．制備好的有藤黃懸浮顆粒的水、顯微鏡用載物片、顯微攝像頭、大屏幕投影電視。
四、主要教學(xué)過程
（－）引入新課
讓學(xué)生觀察兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：
1．把盛有二氧化氮的玻璃瓶與另一個(gè)玻璃瓶豎直方向?qū)谙嘟佑|，看到二氧化氮?dú)怏w從下面的瓶內(nèi)逐漸擴(kuò)展到上面瓶內(nèi)。
2．在一燒杯的凈水中，滴入一二滴紅墨水后，紅墨水在水中逐漸擴(kuò)展開來。
提問：上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)屬于什么物理現(xiàn)象？這現(xiàn)象說明什么問題？
在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：上述實(shí)驗(yàn)是氣體、液體的擴(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散現(xiàn)象是一種熱現(xiàn)象。它說明分子在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。而且擴(kuò)散現(xiàn)象的快慢直接與溫度有關(guān)，溫度高，擴(kuò)散現(xiàn)象加快。這些內(nèi)容在初中物理中已經(jīng)學(xué)習(xí)過了。
�。ǘ┬抡n教學(xué)過程
1．介紹布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象
1827年英國植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察懸浮在水中的花粉，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒在水中不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，后來把顆粒的這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做布朗運(yùn)動(dòng)。不只是花粉，其他的物質(zhì)加藤黃、墨汁中的炭粒，這些小微粒懸浮在水中都有布朗運(yùn)動(dòng)存在。
介紹顯微鏡下如何觀察布朗運(yùn)動(dòng)。在載物玻璃上的凹槽內(nèi)用滴管滴入幾滴有藤黃的水滴，將蓋玻璃蓋上，放在顯微鏡載物臺(tái)上，然后通過顯微鏡觀察，在視場中看到大大小小的許多顆粒，仔細(xì)觀察其中某一個(gè)很小的顆粒，會(huì)發(fā)現(xiàn)在不停地活動(dòng)，很像是水中的小魚蟲的運(yùn)動(dòng)。將一臺(tái)顯微鏡放在講臺(tái)上，然后讓用顯微攝像頭拍攝布朗運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過電腦在大屏幕上顯示投影成像，讓全體學(xué)生觀察，最好教師用教鞭指一個(gè)顆粒在屏幕上的位置，以此點(diǎn)為參考點(diǎn)，讓學(xué)生看這顆微粒以后的一些時(shí)間內(nèi)對參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況。
讓學(xué)生看教科書上圖，圖上畫的幾個(gè)布朗顆粒運(yùn)動(dòng)的路線，指出這不是布朗微粒運(yùn)動(dòng)的軌跡，它只是每隔30秒觀察到的位置的一些連線。實(shí)際上在這短短的30秒內(nèi)微粒運(yùn)動(dòng)也極不規(guī)則，絕不是直線運(yùn)動(dòng)。
2．介紹布朗運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)特點(diǎn)
�。�1）連續(xù)觀察布朗運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)在多天甚至幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)，只要液體不干涸，就看不到這種運(yùn)動(dòng)停下來。這種布朗運(yùn)動(dòng)不分白天和黑夜，不分夏天和冬天（只要懸浮液不冰凍），永遠(yuǎn)在運(yùn)動(dòng)著。所以說，這種布朗運(yùn)動(dòng)是永不停息的。
�。�2）換不同種類懸浮顆粒，如花粉、藤黃、墨汁中的炭粒等都存在布朗運(yùn)動(dòng)，說明布朗運(yùn)動(dòng)不取決于顆粒本身。更換不同種類液體，都不存在布朗運(yùn)動(dòng)。
�。�3）懸浮的顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。顆粒大了，布朗運(yùn)動(dòng)不明顯，甚至觀察不到運(yùn)動(dòng)。
�。�4）布朗運(yùn)動(dòng)隨著溫度的升高而愈加激烈。
3．分析、解釋布朗運(yùn)動(dòng)的`原因
�。ɑィ┎祭蔬\(yùn)動(dòng)不是由外界因素影響產(chǎn)生的，所謂外界因素的影響，是指存在溫度差、壓強(qiáng)差、液體振動(dòng)等等。
分層次地提問學(xué)生：若液體兩端有溫度差，液體是怎樣傳遞熱量的？液體中的懸浮顆粒將做定向移動(dòng)，還是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)？溫度差這樣的外界因素能產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)嗎？
歸納總結(jié)學(xué)生回答，液體存在著溫度差時(shí)，液體依靠對流傳遞熱量，這樣是浮顆粒將隨液體有定向移動(dòng)。但布朗運(yùn)動(dòng)對不同顆粒運(yùn)動(dòng)情況不相同，因此液體的溫度差不可能產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)。又如液體的壓強(qiáng)差或振動(dòng)等都只能使液體具有走向運(yùn)動(dòng)，懸浮在液體中的小顆粒的定向移動(dòng)不是布朗運(yùn)動(dòng)。因此，推理得出外界因素的影響不是產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因，只能是液體內(nèi)部造成的。
布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個(gè)方向液體分子撞擊作用不平衡造成的。
顯微鏡下看到的是固體的微小懸浮顆粒，液體分子是看不到的，因?yàn)橐后w分子太小。但液體中許許多多做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時(shí)，它受到來自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。如教科書上的插圖所示。
在某一瞬間，微小顆粒在某個(gè)方向受到撞擊作用強(qiáng)，它就沿著這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強(qiáng)，它又向著另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。任一時(shí)刻微小顆粒所受的撞擊在某一方向上占優(yōu)勢只能是偶然的，這樣就引起了微粒的無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)。
懸浮在液體中的顆粒越小，在某一瞬間跟它相撞擊的分子數(shù)越小。布朗運(yùn)動(dòng)微粒大小在10－’m數(shù)量級，液體分子大小在 10－“m數(shù)量級，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因此，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞擊的分子越多，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越不明顯，以至可以認(rèn)為撞擊作用互相平衡，因此布朗運(yùn)動(dòng)不明顯，甚至觀察不到。
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