張紅菊
摘 ? 要:《固體》和《液體》是“人教版”教材選修3-3《固體、液體和物態(tài)變化》中的一、二節(jié)。這兩節(jié)以分子動(dòng)理論為基礎(chǔ),主要講述了固體和液體的性質(zhì)。筆者以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求為依據(jù),參考了一些老師的教學(xué)內(nèi)容,然后對(duì)該部分教學(xué)內(nèi)容做了一些分析、思考和調(diào)整,形成了自己的教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了多種教學(xué)方法,特別是動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、科學(xué)探究,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,也積極培育了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。
關(guān)鍵詞:固體;液體表面張力;液晶;作用
中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ?文章編號(hào):1003-6148(2015)9-0076-5
【課標(biāo)分析】
課程標(biāo)準(zhǔn)的要求:
1.了解固體的微觀結(jié)構(gòu)。會(huì)區(qū)分晶體和非晶體,列舉生活中的晶體和非晶體。
2.了解材料科學(xué)技術(shù)的有關(guān)知識(shí)及應(yīng)用,體會(huì)它們的發(fā)展對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展的影響。
3.了解液晶的微觀結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)例了解液晶的主要性質(zhì)及在顯示技術(shù)中的應(yīng)用。
4.通過(guò)實(shí)驗(yàn),觀察液體的表面張力,解釋表面張力產(chǎn)生的原因,交流日常生活中表面張力的實(shí)例。
【教材分析】
物體是由大量分子組成的。分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),分子間存在相互作用的引力和斥力。這些因素決定了分子的不同聚集態(tài),也就決定了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。物質(zhì)的不同結(jié)構(gòu),自然表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。這一章的主要任務(wù)就是學(xué)習(xí)不同物態(tài)下物質(zhì)的一些物理性質(zhì)。《固體》和《液體》講述固體和液體的性質(zhì),這部分內(nèi)容是第七章《分子動(dòng)理論》的具體應(yīng)用。
《固體》這一節(jié)在分子動(dòng)理論的基礎(chǔ)上,定性地研究了晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及晶體和非晶體內(nèi)部物質(zhì)微粒的排列不同所造成的物理性質(zhì)的差別。教材是從三個(gè)宏觀特征加以說(shuō)明:其一,有沒(méi)有規(guī)則的幾何外形;其二,物態(tài)變化時(shí)有沒(méi)有確定的熔點(diǎn);其三,物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性還是各向異性。這三方面既是鑒別晶體和非晶體的標(biāo)志,也是區(qū)分不同類(lèi)型晶體的基本條件。另外,教材提到晶體的多形性以及同一物種既能以晶體的形式存在,又能以非晶體的形式存在,避免了學(xué)生認(rèn)識(shí)上的絕對(duì)化。
《液體》這一節(jié)也是從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)出發(fā),分析了構(gòu)成氣體、液體、固體的分子間相互作用力的差異,引出液體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。隨后,主要圍繞表面張力、浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)、毛細(xì)現(xiàn)象三個(gè)問(wèn)題展開(kāi)討論。表面張力是液體表面層各個(gè)部分之間相互作用的吸引力,它是由于液體表面層的分子分布比液體內(nèi)部稀疏產(chǎn)生的,對(duì)液體表面層具有收縮的趨勢(shì)。教材從觀察實(shí)驗(yàn)入手,目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象,深入思考,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)于浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)、毛細(xì)現(xiàn)象,教材也是從實(shí)驗(yàn)入手,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋。
【學(xué)情分析】
學(xué)生在第七章學(xué)習(xí)了《分子動(dòng)理論》,知道了固體和液體的分子可以看作球體模型,緊密地挨在一起,分子間有很強(qiáng)的相互作用和分子勢(shì)能?!豆腆w》和《液體》就是在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)固體和液體分子的微觀結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步討論,了解固體和液體的不同特點(diǎn)或性質(zhì)上的差異。從而提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力,也加深了對(duì)前面知識(shí)的記憶和理解。
【設(shè)計(jì)思想】
教學(xué)要求《固體》一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)用一課時(shí),《液體》一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)用一課時(shí)。通過(guò)閱讀課程標(biāo)準(zhǔn)知道,這兩節(jié)內(nèi)容在考綱中有兩個(gè)目標(biāo):1.知道晶體、非晶體的區(qū)別;2.理解表面張力,會(huì)解釋有關(guān)現(xiàn)象。所以,筆者對(duì)教材進(jìn)行了處理和課時(shí)的重新分配:《固體》一節(jié)中的“科學(xué)漫步”欄目的內(nèi)容讓學(xué)生課下閱讀,課上沒(méi)有涉及。這樣,這一節(jié)的內(nèi)容就變少了,所以就把《液體》的表面張力和液晶兩個(gè)內(nèi)容提了上來(lái)組成一課時(shí)。液體的浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)、毛細(xì)現(xiàn)象放到第三節(jié)作為一課時(shí)。這樣處理使得重點(diǎn)更突出,表面張力中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象讓學(xué)生更加有興趣,對(duì)后面的學(xué)習(xí)有一定的幫助。
【教學(xué)目標(biāo)】
知識(shí)與技能:
1.知道固體可分為晶體和非晶體,知道晶體和非晶體在物理性質(zhì)上的差異。
2.知道晶體又可分為單晶體和多晶體,并知道它們之間的區(qū)別。
3.知道液體的表面張力,能解釋有關(guān)現(xiàn)象。
4.了解液晶對(duì)光的各向異性和流動(dòng)性。
過(guò)程和方法:
1.能用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)初步說(shuō)明液體表面張力現(xiàn)象。
2.理論聯(lián)系實(shí)際,學(xué)習(xí)運(yùn)用表面張力解釋自然現(xiàn)象。
情感、態(tài)度和價(jià)值觀:
通過(guò)對(duì)表面張力現(xiàn)象在實(shí)際中的應(yīng)用,感受成功的喜悅,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、獨(dú)立思考的能力。
教學(xué)重點(diǎn):
1.晶體和非晶體的特點(diǎn)和區(qū)別。
2.液體表面張力的有關(guān)現(xiàn)象。
教學(xué)難點(diǎn):
晶體與非晶體有什么區(qū)別,表面張力的形成和方向。
教學(xué)模式:
“講解、閱讀、討論、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)”五環(huán)節(jié)教學(xué)。
教具:
多媒體,食鹽、明礬等晶體樣品圖片,玻璃、松香等非晶體樣品圖片,硬幣,水,水杯,縫衣針,液體表面張力演示儀。
【教學(xué)過(guò)程】
(教師活動(dòng))引入新課
分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),它們之間又存在相互作用力。分子力的作用使分子聚集在一起,分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)又使它們分散開(kāi)來(lái)。這兩種作用相反的因素決定了分子的三種不同的聚集狀態(tài):固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。處于固態(tài)的物體稱(chēng)為固體,處于液態(tài)的稱(chēng)為液體。今天我們?cè)诜肿觿?dòng)理論的基礎(chǔ)上,了解固體和液體的特點(diǎn)。
板書(shū):(標(biāo)題)固體和液體
一、固體
自然界中很多種物質(zhì)表現(xiàn)為固態(tài),如何對(duì)這些固體進(jìn)行分類(lèi)?不同種類(lèi)的固體性質(zhì)有什么不同?下面請(qǐng)同學(xué)們帶著以下問(wèn)題閱讀課本。
(學(xué)生活動(dòng))帶問(wèn)題閱讀課本。
1.自然界中,可以把固體分為晶體和非晶體,晶體和非晶體有什么區(qū)別?
2.晶體和非晶體是否絕對(duì)?
3.晶體可以分為單晶體和多晶體,它們有什么區(qū)別?
(教師活動(dòng))
1.板書(shū):①固體的分類(lèi)和晶體的分類(lèi)
2.展示圖片,演示PPT
(1)固體可以分成晶體和非晶體兩類(lèi)。
在常見(jiàn)的固態(tài)物質(zhì)中,石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精等都是晶體,玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等都是非晶體。
(2)晶體、非晶體的物理性質(zhì)的差異——各向同性和各向異性。
晶體的物理性質(zhì)(導(dǎo)熱性能、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性能等)與方向有關(guān)。這些性質(zhì)在各個(gè)方向上都是相同的,稱(chēng)為各向同性。某種性質(zhì)在各個(gè)方向上不同的,稱(chēng)為各向異性。
(教師活動(dòng))提出問(wèn)題
晶體和非晶體在物理性質(zhì)上有什么不同呢?同學(xué)們閱讀課本。
(學(xué)生活動(dòng))閱讀課本了解各向同性和各向異性。
實(shí)驗(yàn)表明:云母晶體在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性能不同,稱(chēng)為各向異性;而非晶體玻璃在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性能相同,稱(chēng)為各向同性。
(教師活動(dòng))提問(wèn)并板書(shū)
1.晶體、非晶體的外形和物理性質(zhì)有什么差異?
2.晶體和非晶體是否絕對(duì)?
3.板書(shū):②晶體和非晶體的區(qū)別
(學(xué)生活動(dòng))回答問(wèn)題。
(教師活動(dòng))總結(jié)
(1)晶體中,原子(或分子、離子)都是按照一定規(guī)則排列的,有規(guī)則的幾何外形。非晶體則沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀。
(2)晶體有一定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有一定的熔點(diǎn)。
(3)晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān),這種特性叫做各向異性。非晶體的各種物理性質(zhì)在各個(gè)方向上都是相同的,所以是各向同性的。
一種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),也就是一種物質(zhì)是晶體還是非晶體,并不是絕對(duì)的。
(教師活動(dòng))
1.展示PPT——單晶體和多晶體。
2.板書(shū):③晶體又可以分為單晶體和多晶體
如果一個(gè)物體就是一個(gè)完整的晶體,例如雪花、食鹽小顆粒等,這樣的晶體就叫做單晶體。如果整個(gè)物體是由許多雜亂無(wú)章地排列著的小晶體組成,這樣的物體就叫做多晶體。由許多食鹽單晶體粘在一起而成大塊的食鹽,就是多晶體,其中的小晶體叫做晶粒。各種金屬材料,也是多晶體。
(教師活動(dòng))提出問(wèn)題
通過(guò)以上學(xué)習(xí),總結(jié)單晶體、多晶體、非晶體在外形和物理性質(zhì)上有什么區(qū)別。
(學(xué)生活動(dòng))小組討論、總結(jié)并完成表格(表1)。
(教師活動(dòng))小結(jié)
(1)單晶體具有各向異性,但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。
(2)只要是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。
(3)只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。
研究固體的性質(zhì)、固體的微觀結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)等的學(xué)科稱(chēng)為固體物理學(xué)。固體物理是微電子技術(shù)、光電子學(xué)技術(shù)、能源技術(shù)、材料科學(xué)等技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)。固體物理對(duì)于技術(shù)的發(fā)展有很多重要的應(yīng)用,晶體管發(fā)明以后,集成電路技術(shù)迅速發(fā)展,電子學(xué)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)以至整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)也隨之迅速發(fā)展。其經(jīng)濟(jì)影響和社會(huì)影響是革命性的。這種影響甚至在日常生活中也處處可見(jiàn)。
(學(xué)生活動(dòng))做練習(xí)并回答。
【隨堂練習(xí)】
1.關(guān)于晶體和非晶體,下列說(shuō)法正確的是( )
A.金剛石、食鹽、玻璃和水晶都是晶體
B.晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的
C.單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)
D.單晶體和多晶體的物理性質(zhì)是各向異性的,非晶體是各向同性的
(教師活動(dòng))提出下一個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容
固體和液體有一個(gè)共同的特點(diǎn):它們的分子間的距離跟分子本身的大小具有相同的數(shù)量級(jí),因而分子間有較強(qiáng)的相互作用,這使得固體和液體都不易壓縮。下面我們來(lái)學(xué)習(xí)液體的表面張力。
板書(shū):二、液體的表面張力
展示圖片提出問(wèn)題。
為什么泡泡膜能呈球形而且被拉得很大也不破裂?
為什么這只蜥蜴能在水上行走?
為什么蛛網(wǎng)上的水珠呈球狀?
(學(xué)生活動(dòng))思考并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。
1.有趣小實(shí)驗(yàn):在硬幣上的水滴。
2.觀察現(xiàn)象,得出結(jié)論,思考產(chǎn)生的原因。
(教師活動(dòng))提出問(wèn)題
通過(guò)以上生活現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,我們發(fā)現(xiàn)液體的表面就像有一層“膜”。這層“薄膜”是怎樣形成的?它有什么特點(diǎn)?下面我們做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)。
探究實(shí)驗(yàn)1
(1)將兩端系有紅棉線(xiàn)的鐵環(huán)放入肥皂水中, 拿出后,使鐵環(huán)上布滿(mǎn)肥皂膜(將肥皂膜及棉線(xiàn)的位置畫(huà)于紙上)。
(2)刺破一側(cè)的肥皂膜,仔細(xì)觀察另一側(cè)肥皂膜和棉線(xiàn)的變化情況。
現(xiàn)象:刺破棉線(xiàn)左邊的薄膜,右側(cè)的薄膜___,使棉線(xiàn)___________;刺破棉線(xiàn)右側(cè)的薄膜,左側(cè)的薄膜__________,使棉線(xiàn)_____________。
探究實(shí)驗(yàn)2
(1)將系有紅棉線(xiàn)圈的鐵環(huán)放入肥皂水中,拿出后,使鐵環(huán)上布滿(mǎn)肥皂膜。
(2)刺破中間線(xiàn)圈的肥皂膜,仔細(xì)觀察剩余液面及棉線(xiàn)圈的變化情況。
現(xiàn)象:此時(shí)棉線(xiàn)圈成___________。
(教師活動(dòng))提出問(wèn)題
通過(guò)實(shí)驗(yàn),你發(fā)現(xiàn)液體的表面有什么特點(diǎn)?
(學(xué)生活動(dòng))回答問(wèn)題。
(教師活動(dòng))小結(jié)
液面有收縮的趨勢(shì),且會(huì)收縮到液面表面積最小。
(教師活動(dòng))展示圖片,對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理論分析
(1)從分子力的角度。
(2)從功能關(guān)系的角度。
小結(jié):具有收縮趨勢(shì)的液面類(lèi)似于張緊的彈性膜。
在液體表面設(shè)想一條任意直線(xiàn),把液面分成兩個(gè)部分(如圖1),表面張力方向垂直于所畫(huà)的線(xiàn)MN,線(xiàn)兩側(cè)液體分子之間相互作用的引力,平行于液體表面,使液體表面繃緊,稱(chēng)為液體的表面張力。
即:液體表面分子之間距離大于r0,分子作用力表現(xiàn)為引力,吸引力的作用使得液體表面像一層彈性膜。液體表面分子的相互吸引力稱(chēng)為液體的表面張力。
(教師活動(dòng))演示小實(shí)驗(yàn)
把縫衣針?lè)旁谇逅?,針浮在液體表面。
提出探究問(wèn)題:液面對(duì)針的作用是什么力?液面對(duì)針的作用力是表面張力嗎?
(學(xué)生活動(dòng))分析回答問(wèn)題。
(教師活動(dòng))小結(jié)
縫衣針受到的不是表面張力,而是液體表面的“膜”對(duì)針的彈力。
(學(xué)生活動(dòng))總結(jié)知識(shí)。
(1)生活中與液體表面張力有關(guān)的現(xiàn)象:_______。
(2)液體表面張力產(chǎn)生的原因:________。
(3)液體表面張力的方向:____________。
(4)液面收縮的原因: _______________。 ? 【隨堂練習(xí)】
2.如下圖2所示,布滿(mǎn)了肥皂膜的金屬框架上有一段質(zhì)量不計(jì)的棉紗,現(xiàn)將金屬框架下部分的肥皂膜刺破,則棉紗將為下圖中的( ? ?)
A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B
C ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? D
3.下列現(xiàn)象中,由表面張力引起的現(xiàn)象是( ? ?)
A.酒精和水混合后體積減小
B.水銀溫度計(jì)中的水銀柱的升或降
C.荷葉上的水珠呈球形
D.游泳時(shí),當(dāng)頭發(fā)浸泡在水中時(shí)呈散開(kāi)狀,露出水面后頭發(fā)聚攏到一起
4.下列說(shuō)法正確的是( ? ? )
A.小昆蟲(chóng)能在水面自由往來(lái)而不陷入水中,是液體表面張力在起作用
B.小木塊能夠浮在水面上,是液體表面張力和重力平衡的結(jié)果
C.縫衣針浮在水面上不下沉,是重力和水的浮力平衡的結(jié)果
D.噴泉噴射到空中的水形成一個(gè)個(gè)球形的小水珠,是表面張力作用的結(jié)果
(教師活動(dòng))提出下一個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容
如果物質(zhì)既有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的分子排列整齊,各向異性的狀態(tài),就叫做物質(zhì)的液晶態(tài),處于液晶狀態(tài)的物質(zhì)叫做液晶。液晶在技術(shù)上有廣泛的應(yīng)用,下面我們簡(jiǎn)單了解一下。
板書(shū):三、液晶
(教師活動(dòng))
簡(jiǎn)單介紹:液晶的分子排布,液晶的特點(diǎn),液晶在技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
1.液晶的特點(diǎn)
①具有液體的流動(dòng)性;
②具有晶體的光學(xué)各向異性;
③在某個(gè)方向上看其分子排列比較整齊,但從另一個(gè)方向看,分子的排列是雜亂無(wú)章的。
2.液晶的應(yīng)用
液晶的特性決定了它的用途,它在顯示技術(shù)、電子工業(yè)、航空工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等多方面都有廣泛的應(yīng)用。
(學(xué)生活動(dòng))總結(jié)本堂課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
知識(shí)小結(jié):
1.晶體和非晶體
(1)單晶體具有各向異性,但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。
(2)只要是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。
(3)只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。
2.液體表面張力
(1)形成原因:表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大,分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力。
(2)表面特性:表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜,分子勢(shì)能大于液體內(nèi)部的分子勢(shì)能。
(3)表面張力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各條分界線(xiàn)。
(4)表面張力的效果:表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì),使液體表面積趨于最小,而在體積相同的條件下,球形的表面積最小。
3.液晶
(1)定義:有些化合物像液體一樣具有流動(dòng)性,而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向異性,人們把處于這種狀態(tài)的物質(zhì)叫液晶。
(2)物理性質(zhì):
①具有液體的流動(dòng)性;
②具有晶體的光學(xué)各向異性;
③在某個(gè)方向上看其分子排列比較整齊,但從另一個(gè)方向看,分子的排列是雜亂無(wú)章的。
(3)應(yīng)用:
①液晶顯示器:用于電子手表、計(jì)算器、微電腦等。
②利用溫度改變時(shí),液晶顏色會(huì)發(fā)生改變的性質(zhì)來(lái)探測(cè)溫度。
③在電子工業(yè)、航空、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
課后作業(yè):完成評(píng)測(cè)練習(xí)以及課本問(wèn)題與練習(xí)
【課后反思】
這節(jié)課筆者把《固體》和《液體》的內(nèi)容做了調(diào)整,主要講了三個(gè)問(wèn)題:1.固體的分類(lèi)以及單晶體、多晶體和非晶體的區(qū)別;2.液體的表面張力;3.了解液晶。在“固體”教學(xué)的過(guò)程中,筆者只注重了主干知識(shí)的教學(xué),固體材料在科研、生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用,介紹得有一點(diǎn)少,這是一個(gè)不足。在“液體表面張力”的教學(xué)過(guò)程中,筆者沿著“從生活中或小實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象—提出問(wèn)題—探究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—解決問(wèn)題—應(yīng)用結(jié)論解釋問(wèn)題”的思路設(shè)計(jì),環(huán)環(huán)相扣,學(xué)生積極動(dòng)手實(shí)驗(yàn),積極動(dòng)腦思考,教學(xué)效果較好。但是,如果一些實(shí)驗(yàn)結(jié)論讓學(xué)生總結(jié)出來(lái),效果就更好了。“液晶”部分屬于閱讀內(nèi)容,但是液晶與現(xiàn)代生活聯(lián)系密切,題目中出現(xiàn)的頻率較高,所以筆者簡(jiǎn)單介紹了液晶的定義、分子排布特點(diǎn)和科技上的應(yīng)用。這樣開(kāi)闊了學(xué)生的視野,也使知識(shí)的傳授更完整。
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(欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊)