分子的熱運動
一、教學目標
1．物理知識方面的要求：
�。�1）知道并記住什么是布朗運動，知道影響布朗運動激烈程度的因素，知道布朗運動產(chǎn)生的原因。
（2）知道布朗運動是分子無規(guī)則運動的反映。
�。�3）知道什么是分子的熱運動，知道分子熱運動的激烈程度與溫度的關(guān)系。
2．通過對布朗運動的觀察，發(fā)現(xiàn)其特征，分析概括出布朗運動的原因；培養(yǎng)學生概括、分析能力和推理判斷能力。
從對懸浮顆粒無規(guī)則運動的原因分析，使學生初步接觸到用概率統(tǒng)計的觀點分析大量偶然事件的必然結(jié)果。
二、重點、難點分析
1．通過學生對布朗運動的觀察，引導學生思考、分析出布朗運動不是外界影響產(chǎn)生的，是液體分子撞擊微粒不平衡性產(chǎn)生的。布朗運動是永不停息的無規(guī)則運動，反映了液體分子的永不停息的無規(guī)則運動。這一連串結(jié)論的得出是這堂課的教學重點。
2．學生觀察到的布朗運動不是分子運動，但它又間接反映液體分子無規(guī)則運動的特點。這是課堂上的難點。這個難點要從開始分析顯微鏡下看不到分子運動這個問題逐漸分散解疑。
三、教具
1．氣體和液體的擴散實驗：分別裝有H氧化氮和空氣的玻璃儲氣瓶、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、主要教學過程
�。ǎ┮胄抡n
讓學生觀察兩個演示實驗：
1．把盛有二氧化氮的玻璃瓶與另一個玻璃瓶豎直方向?qū)谙嘟佑|，看到二氧化氮氣體從下面的瓶內(nèi)逐漸擴展到上面瓶內(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展開來。
提問：上述兩個實驗屬于什么物理現(xiàn)象？這現(xiàn)象說明什么問題？
在學生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：上述實驗是氣體、液體的擴散現(xiàn)象，擴散現(xiàn)象是一種熱現(xiàn)象。它說明分子在做永不停息的無規(guī)則運動。而且擴散現(xiàn)象的快慢直接與溫度有關(guān)，溫度高，擴散現(xiàn)象加快。這些內(nèi)容在初中物理中已經(jīng)學習過了。
�。ǘ┬抡n教學過程
1．介紹布朗運動現(xiàn)象
1827年英國植物學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)則運動，后來把顆粒的這種無規(guī)則運動叫做布朗運動。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動存在。
介紹顯微鏡下如何觀察布朗運動。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，仔細觀察其中某一個很小的顆粒，會發(fā)現(xiàn)在不停地活動，很像是水中的小魚蟲的運動。將一臺顯微鏡放在講臺上，然后讓用顯微攝像頭拍攝布朗運動，經(jīng)過電腦在大屏幕上顯示投影成像，讓全體學生觀察，最好教師用教鞭指一個顆粒在屏幕上的位置，以此點為參考點，讓學生看這顆微粒以后的一些時間內(nèi)對參考點運動情況。
讓學生看教科書上圖，圖上畫的幾個布朗顆粒運動的路線，指出這不是布朗微粒運動的軌跡，它只是每隔30秒觀察到的位置的一些連線。實際上在這短短的30秒內(nèi)微粒運動也極不規(guī)則，絕不是直線運動。
2．介紹布朗運動的幾個特點
�。�1）連續(xù)觀察布朗運動，發(fā)現(xiàn)在多天甚至幾個月時間內(nèi)，只要液體不干涸，就看不到這種運動停下來。這種布朗運動不分白天和黑夜，不分夏天和冬天（只要懸浮液不冰凍），永遠在運動著。所以說，這種布朗運動是永不停息的。
（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動，說明布朗運動不取決于顆粒本身。更換不同種類液體，都不存在布朗運動。
（3）懸浮的顆粒越小，布朗運動越明顯。顆粒大了，布朗運動不明顯，甚至觀察不到運動。
�。�4）布朗運動隨著溫度的升高而愈加激烈。
3．分析、解釋布朗運動的`原因
�。ɑィ┎祭蔬\動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、壓強差、液體振動等等。
分層次地提問學生：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，還是無規(guī)則運動？溫度差這樣的外界因素能產(chǎn)生布朗運動嗎？
歸納總結(jié)學生回答，液體存在著溫度差時，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。但布朗運動對不同顆粒運動情況不相同，因此液體的溫度差不可能產(chǎn)生布朗運動。又如液體的壓強差或振動等都只能使液體具有走向運動，懸浮在液體中的小顆粒的定向移動不是布朗運動。因此，推理得出外界因素的影響不是產(chǎn)生布朗運動的原因，只能是液體內(nèi)部造成的。
布朗運動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個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，因為液體分子太小。但液體中許許多多做無規(guī)則運動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當微小顆粒足夠小時，它受到來自各個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，微小顆粒在某個方向受到撞擊作用強，它就沿著這個方向運動。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強，它又向著另一個方向運動。任一時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)則的布朗運動。
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。布朗運動微粒大小在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，布朗運動越明顯。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，以至可以認為撞擊作用互相平衡，因此布朗運動不明顯，甚至觀察不到。
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