1、
第一章 分子动理论 内能
一、分子及其热运动
教学建议
1.教材的第一页安排了一幅彩图,对这幅彩图不要只是看看就翻过去。彩图下有一句话“水,为什么会以如此不同的形式存在?壮丽的大自然背后隐藏着什么秘密呢?”可以让学生展开想象,尽兴地发挥,学生的想象力往往超出我们的意料,面对一幅壮观美丽的画卷,学生可能会作一首诗、说出抒发感情的几句话,也可能是自己再作一幅画……乍看起来很有可能与物理学不着边际,但归根到底是由于物理学所折射出的“美”,也能体现出物理学的人文特色。可由此引入第一节“分子及其热运动”。
2.热学的研究方法不同于力
2、学部分,统计观点和方法学生初次接触, 学生在学习的过程中,对很多问题感到疑惑,甚至接受不了,一步到位显然有悖于学生的心理特征与接受能力,因此要从本节课开始逐步地渗透,也可以列举生活中的事例进行类比,补充一些可读性较强的热学发展史的科普文章。这样课堂教学会很生动,老师在这方面要留心,注意循序渐进,降低学生接受新知识的坡度,让学生既不惧怕,也不感到索然无味,感到学习物理是一件非常愉快的事情。
3.古希腊思想家德谟克利特关于原子的叙述和我国古代墨家学派关于物质到“端”不再可分,都是很朴素的关于物质组成的物理思想。在现代用扫描隧道显微镜可以直接观察到原子。扫描隧道显微镜是高科技的产物,可以做一简单的
3、介绍,不用介绍原理。
4.另外教材中用图1.11扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的形状,并不是球形。这点可让学生认真观察,而后面的利用油膜法估测分子的大小的实验中,油酸分子是球形的只是一种假设,是为了便于计算、估测而进行的简化,在不涉及分子内部结构和运动时这种简化还是有意义的,这也是一种物理学的研究方法。
5.要让学生做好“用油膜法估测分子的大小”这个实验,讲清思路,是利用宏观量测微观量,油酸分子是单层铺在水面上的。学生理解起来感觉困难的地方是:这样做准确吗?误差是否太大了?这里要说明的关于分子的大小,只要数量级正确即可。更重要的是通过此实验也使学生明白,热学的研究方法不同于力学。
6.
4、学生在化学课上接触过阿伏加德罗常数,在这里要将教材上举的例子讲生动,也可以补充其他的实例。
7.通过油膜法估测分子的大小和阿伏加德罗常数,让学生归纳:
(1)物质是由大量分子组成的。
(2)分子很小。
8.学生在初中学过扩散现象,可以让学生举例,建议用两个相同的烧杯,装上质量相等的水,但温度不同,滴入红墨水后看哪个扩散较快,引出热运动。
9.关于布朗运动,一方面要做好演示实验,另一方面可结合书上的图1.16让学生回答下列问题:
(1)根据观察的实验结果,微粒的运动有无规则?
(2)微粒是单个分子吗?
(3)微粒大了布朗运动明显,还是微粒小了布朗运动明显?
(4)多长时间微粒的
5、运动停下来?
(5)布朗运动说明了什么问题?
(6)讨论为什么微粒大了布朗运动不明显。
在讨论为什么微粒大了布朗运动不明显时,要注意向学生渗透,大量分子的运动没有规则,使得大微粒受到的来自各个方向的分子的碰撞机会均等这一统计观点,再说明微粒大布朗运动不明显。
资源参考
分子大小的纳米机器人
美国人理查德·费恩曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家,1959年他在一次题目为《在物质底层有大量的空间》的演讲中提出:将来人类有可能建造一种分子大小的微型机器,可以把分子甚至单个的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质,这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西。从分子和原子着手改
6、变和组织分子是化学家和生物学家意欲达到的目标。这将使生产程序变得非常简单,你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体。世上每一个现实存在的物体无论是电脑还是奶酪都是由分子组成的。在理论上,纳米机器可以构建所有的物体。
表面来看,上述想法近乎不可思议,但这并非天方夜谭,也许用不了多久,个头只有分子大小的纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。它们将为我们治病、延缓衰老、清理有毒的废物、制造食品扩大世界的食物供应,为我们筑路、制造汽车、建造楼房和复制更多的机器人。要它们停止工作只需启动事先设定的程序。
当然从理论到真正实现应用是不能等同的,但纳米机械专家已经表明,实现纳米技术的应用是可行的。25年内,纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法,创造出真实的、可以工作的纳米机器。这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子;有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。“手指”可能由碳纳米管制造,它的强度是钢的100倍,细度是头发丝的五万分之一。“电脑”可能由碳纳米管制造,也可能由DNA制造。
纳米时代就要到来了。
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