关于“走进分子世界”的教学，本文主要内容关键词为：分子论文,世界论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“走进分子世界”是初中物理新课程实验教材“苏科版”（刘炳升、李容主编，江苏科技出版社出版）八年级（下）第七章“从粒子到宇宙”第一节教学内容。从教学角度看，“走进分子世界”这节知识内容是《物理课程标准》中内容标准“物质的结构与物体的尺度”主题内容的核心知识之广。“物质的结构与物体的尺度”作为《物理课程标准》中二级内容主题的要求十分明确，但能力要求不高。
一、“走进分子世界”的教学要求
学习本部分内容前，学生在化学课程中已学习了关于分子方面的知识，但这部分的内容比较抽象和陌生，与学生的生活实际联系比较少。客观上说，本部分知识内容总体要求不高，但从知识的理解和认知角度看，还是有相当难度的。因此，要准确定位本部分知识的教学要求，需要从“课程标准”“课时教学要求”和教材特点三个层次去理解和把握。
1.课程标准的规定
①通过学习要学生知道世界处于不停的运动中，明确知道分子运动是各种运动的一种形式。②知道物质是由分子组成的。③了解原子的核式模型，了解人类探究微观世界的历程，并认识到这种探索将不断深入。④对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解。⑤能初步认识宏观热现象与分子热运动的联系，能从生活和自然界中的一些简单热现象推测分子的热运动。⑥通过信息收集，了解纳米材料的应用和发展前景。⑦知道世界处于不停的运动中，能举例说明自然界存在多种多样的运动形式。
2.课时教学的要求
①通过活动了解分子模型的主要内容，知道分子是保持物质宏观性质的最小单元，对分子大小有一定的感性认识。②了解显微镜在拓展人们的视觉范围、探测微观粒子方面的重要作用，知道显微镜制造技术的进步对科学发现的巨大推动作用。③通过实验探究，初步了解分子动理论的主要内容，体会分子世界的物理性质，并能从微观分子运动的角度定性解释一些物理现象。④初步了解纳米科学技术，知道纳米材料的一些奇特性质以及潜在的重要应用前景。⑤了解科学家是如何探索微观世界奥秘的，初步体会科学家在探究微观物质结构时采用模型法的意义。
3.本节教材的特点
本节知识结构及内容编排上，力求体现从现象到本质，从知识到应用的特色。以活动探究为主线，提倡“做中学”，本节从宏观物理现象出发，了解物质内容的微观结构，需要合理的猜想，在逻辑推理的基础上，收集充分的证据来证实你提出的猜想，从而证实模型，了解物质的微观性质。教材的这样处理对提高学生的逻辑推理十分有益。一些物质，看不见，摸不着，也无法通过其他感觉器官来感知。可以仿照科学家的研究物质的过程与方法展开，即采取一种间接的研究方法，根据观测的一些宏观现象，提出一种模型作为猜想，然后收集证据证实这些猜想。这种“建立模型，提出猜想，收集证据”的研究过程是物理学研究的重要方法之一。其实，物理学中的猜想，也称想象或幻想，是用已知的物理知识对某些未知的事物做出科学的预测。它是人的思维的最高境界，合理的想象往往是人类创造发明的源泉。
在认识分子世界时，还介绍观测技术发挥的重要作用，提供了光学显微镜和电子显微镜两种工具，展示了探测微观世界工具的进展，也告知了学生通过这些工具可以拓展人们的视觉范围。而分子动理论的内容安排，遵循了从易到难，循序渐进的原则，设计具有探究性的活动，使学生获得的结论和结果更具有说服力。
为了更好的引导学生认识微观世界，教材还在“生活·物理·社会”中介绍了在分子水平研制的纳米材料的基本性质及其重要的应用前景，丰富了学生有关材料学方面的认识。
本节教学重点：猜想方法是研究微观世界时常用的方法；认识和感受分子的小和多，是以后学习有关知识的基础。这些都是本课的重点。
本节教学难点：此年龄阶段的学生对充满神秘色彩的微观世界只有一些感性认识，没有理性概念。让学生从宏观世界步入微观世界的过程中，合理运用猜想的方法研究问题，但是猜想往往与无端猜忌和臆测有关，因此让学生认识到猜想是一种科学研究方法并领会猜想的内涵是本节课的难点。
二、“走进分子世界”的核心知识解读
（一）什么是分子？
1.教材解读
一些物质，我们既看不见、摸不着，也无法通过其他器官感知。科学家采用了一种有效的间接方法，这就是先根据一些观测现象，提出一种模型作为猜想，然后收集证据证实这种猜想。我们正是按科学家研究物质的过程与方法来展开学习的。学习中要善于用现象明显的实验、用日常生活熟悉的例子来激起学生的思考，从而架起从宏观到微观的桥梁。
教材中安排了“活动7·1”的三个小实验展开探究，小实验1是说明物质是由小颗粒组成的，小实验2、3说明小颗粒之间有间隙。在以上活动的基础上，可以根据观察到的现象选择课本提供三种可能模型中的一种，并尝试解释观察到的现象。通过科学探究，建立分子模型，即物质是由大量分子组成的，分子间存在着间隙。分子分解到一定程度其化学性质会发生变化。因此，分子是保持物质化学性质的最小单位，分子的体积很小，一般分子直径的数量级为
。
随着科技的发展，人类对微观世界的认识工具逐步发展，放大镜和显微镜的发现，让人类可以收集到更多的证据来证实和支持科学家提出的微粒模型假说的正确性，并进一步认识到分子是一种微小的颗粒。
2.认识误区
由于受生活经验和前概念的影响，习惯性的认为分子应该是微小的颗粒，即只要生活中相对比较小的东西就容易误认为是分子。比如：有些学生将细胞、白砂糖、花粉粒、雪花、粉笔灰、光线照射下房间里空气中漂浮和弥散的尘埃以及烟囱中的烟尘都误认为是分子。再比如，用滴管将花露水一滴一滴的滴出，可以说明液体由很多小的颗粒组成，但不能说明这些液滴是分子。
3.学法指导
要建构分子大小的正确认识，应当从分子的尺度上来理解，要让学生明确：分子一般的数量级在左右，人用肉眼是无法直接看到的，一般要借助电子显微镜才能看到。尽管细胞很小，也需要用光学显微镜才能看到，课本中展示了电子显微镜下分子的照片，帮助学生消除对分子概念的神秘感，了解科学技术的进步帮助我们能够看得见分子的科学事实。但是要明确，细胞尽管很小，但仍然不是分子，因为其尺度大小也远远大于分子直接数量级。
由于分子的数量级之小，学生往往缺乏感性认识，可以充分利用比喻和列数字的方式加以说明。比如：把28g的金均匀拉长为65km的细金属丝，金丝的直径仍比金分子的直径大得多；2500万个水分子一个挨一个地排成一行，长约1cm；若把水分子与乒乓球相比，它们的比例就好像乒乓球与地球之比。
的空气中，约有
个分子，如果每秒让1亿个分子跑出来，要经过9000年才能使容器中所有的分子都跑出来；若有这么多砖块，它们能将地球铺满，且厚度达120km，相当40000层楼高；因此，要认识到，生活中一般被人眼直接观察到的灰尘、固体颗粒均不是分子。
为了帮助学生把握分子是“保持物质原来性质微小粒子”的确切含义，教学中需要举出一些日常生活中的实例让学生去体会。可以用分割糖块为例说明：开始的分割的糖块会保持甜的味道，但是不断地分割下去，糖的微粒会越来越小，直到把糖分到没有甜味的时刻，那时的微小粒子就不是糖了，我们所说的分割的“限度”，就在于此。因此保持糖原来性质的最小微粒就是糖的“分子”。
从能力拓展的角度，可以适当介绍“油膜法实验”，能测出了分子直径的数量级。即把1滴油酸滴入盘中的水面，让其展开，形成单分子油膜，若把分子看成球形，则单分子油膜的厚度就可认为是油酸分子的直径，我们只要测出一滴油酸分子的体积，再测出油酸展开后的面积就可算出油膜的厚度，即为分子直径。
4.典型例题
例1 某小组用放大镜或光学显微镜观察实验现象：将以小滴墨汁滴到一大杯清水中（浓度要低），待扩散均匀，取一滴滴在白纸上，用放大镜或显微镜观察水中悬浮的小碳粒的运动。思考并回答：微小的碳粒是不是分子？微小碳粒的运动原因可能是什么？
［分析］分子是人眼直接看不见的，但是我们可以通过一些宏观的现象间接的“看到”它的存在。但是我们不能把人眼直接看到的一些实体的微小颗粒就当成是分子。因为组成一般物质的分子用放大镜和光学显微镜是无法直接看到的。分子直径的数量级是，水中的碳粒的直径要远远大于组成碳微小颗粒（实际是原子）的直径。
［答案］微小碳粒是有无数个分子组成的，但不是单个分子。微小碳粒运动的原因是水分子运动撞击碳微粒，从而使其产生运动的。
［点评］看到一种物理现象，再用物理工具细致观察，得出结论的研究方法是正确的，但是物理工具也有一定的局限性，需要透过现象解释其中的本质物理原因。
（二）如何认识组成物质的分子都在不停地做无规则运动？
1.教材解读
分子很小，我们无法用肉眼直接观察到分子，科学家可以用高科技手段对分子进行观察，而我们可以从一些日常生活中的现象，或用一些简单的实验方法来分析得出分子的运动情况。如人们把通过气体、液体、固体等不同物质相互接触时，可以彼此进入的现象，说明微小的分子在永不停息地运动着。分子的运动既可以发生在气体之间、液体之间，也会发生在固体之间。
2.认识误区
一般学生认为气体和液体的流动性较大，气体和液体分子容易不规则的运动。固体由于形状和体积一般短时间内不容易发生变化，所以经常误认为固体分子不做无规则运动。因此，一般不能根据直接人眼看到的颗粒来判断组织物质的分子在做规则运动。
3.学法指导
组成物质的分子总是永不停息在做规则运动，分子的运动不是外在原因导致的，而是分子本身的一种性质。当温度为零时，分子的运动速度可以减慢，但不会停下来，即使温度再低，组成物质的分子仍然做无规则运动。在相同条件下，一般气体分子无规则运动的速度较快，液体次之，固体最慢。比如，有人将铅片和金片紧压在一起，放置5年后再将它们分开，可以看到它们互相渗入约一毫米。在放衣服的箱子里放樟脑丸防虫蛀，不久只闻其味，不见其物。
分子的无规则运动不容易看见。物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。那么，组成物质的分子无规则运动就可以通过其他的一些相关现象间接的来感知。比如：过一段时间后，打开箱子取衣服，就会闻到一股刺激性的气体；把盐撒在菜上，过一段时间后菜就有了咸味；在一碗汤里倒入点酱油，则整碗汤都会有酱油的味道和颜色。
4.典型例题
例2 下列事例中，属于分子不停地做无规则运动的是()
A.秋风吹拂，树叶纷纷落下
B.在箱子里放几块樟脑丸，过些日子一开箱就能闻到樟脑的气味
C.繁华的街道上车水马龙，很热闹
D.室内扫地时，在阳光下，看见灰尘飞舞
［分析］注意区分宏观物质的一些细小微粒与微观粒子的一些区别。分子很小，一般分子的直径只有，因此，选项中的树叶，灰尘和车水马龙都是我们肉眼就能观察到的，它们应该属于宏观物体的运动，而不是分子的无规则运动，选项B中，开箱就能闻到樟脑的气味，是属于气体分子扩散现象，是分子无规则运动的结果。
［答案］B。
［点评］解此类问题的关键是正确理解物质是由分子组成的，分子的体积很小，靠我们肉眼是看不见的，组成物质的分子在永不停息地运动着，分子的运动我们的肉眼也无法看到，但分子的运动可通过一些宏观的现象表现出来，例如，香水瓶盖子打开后，屋子里充满香味；糖放入水中后，整杯水都变甜了；衣箱放入卫生球后，衣服充满卫生球的味道。这些都说明分子在不停地做无规则运动。而太阳光下扫地时，能看到尘土飞扬是一些小的灰尘颗粒的运动，不是分子的无规则运动。因此，在解决这类问题时，如果能够看到颗粒的运动，一般都不是分子的运动。
（三）是否组成物质的分子间同时存在相互作用力？
1.教材解读
分子间的引力和斥力是同时存在的。分子之间既有引力，又有斥力，会不会两种力总是相互抵消呢？当然不会，只有在特定的距离r时，分子间的引力才等于斥力，这个距离r就是通常的分子间隙的距离，大约是。当分子距离小于r时，斥力和引力都增大，但斥力增大得快，分子间表现为斥力。当分子间距离再增大，分子引力继续减小，当分子距离大于10r时，分子间的作用力将变得十分微弱，可以忽略了。
2.认识误区
学生缺乏认识上的整体性，一般认为组成物质分子之间的作用力是单独存在的，即认为分子间的相互作用力，要么只存在斥力，要么只存在引力。很难建立组成物质的分子间的斥力和引力是同时存在，而且随分子间距离的变化而发生变化，对外界只是表现为斥力和引力中其中一个起主导作用的力。比如：有些同学会认为破镜难以重圆，是因为分子间的斥力大于引力而不能重圆。其实是组成镜子的分子间距离大于的分子直径10倍以上，分子间的相互作用力几乎为零，分子间几乎无相互作用，无法重合，而并非此时斥力大于引力的缘故。
3.学法指导
组成物质的分子间的斥力和引力总是同时存在的，斥力和引力大小会随分子间距离的变化而发生变化，当分子间距离超过10倍分子直径时，通常分子间的作用力会很小，微乎其微，认为是零。我们只要细心观察、思考，日常生活中很多现象都能说明分子间有吸引力和排斥力。例如，一支粉笔有一定的形状和体积，而不是“一盘散沙”；用粉笔写字，黑板上留下字迹；把两滴水靠近后会溶在一起合成一滴水，等等。这充分说明了分子间存在着吸引力，但不否认同时也存在斥力，只是此时起主动作用的是吸引力。再如，固体、液体分子间有空隙，但是很难被压缩，同时也可以说明分子间存在着排斥力，此时组成固体或液体的分子间仍然存在着引力，只不过此时固体或液体受压缩时，对外主要表现为排斥力。
为了便于建立分子间既存在引力和排斥力，可借助下列模型进行类比，以获得分子间相互作用特点。取两个小球，中间用压缩弹簧和拉伸橡皮筋连在一起，两球相隔一定的距离时，弹簧的压力等于橡皮筋的拉力，两球处于平衡状态。当两球间的距离大于这个平衡距离时，引力大于斥力，两球间的相互作用力表现为引力；当两球间距离小于这个平衡距离时，两球间的相互作用表现为斥力。不过利用弹簧模型来推理分子间斥力和引力作用特点与分子间距离关系，一定要注意，分子间没有压缩弹簧，也没有拉伸的橡皮筋。
4.典型例题
例3 分子间有引力，为什么不能将打碎的玻璃吸引在一起？
［分析］分子间的作用力和分子间的距离有关，当分子间的距离大于分子直径的10倍时，分子间的作用力就变得十分微弱，可以忽略了。
［答案］两块玻璃碎片拼合在一起，不可能相距很近，它们之间的距离很难达到如此小的距离范围，分子间的引力十分微弱，所以不能吸引在一起。
［点评］分子间发生作用力时其距离人眼不能观察到。当分子处于平衡位置时，引力等于斥力，对外不表现力的作用；当分子间距离大于平衡位置的距离时，引力大于斥力，对外表现为引力的作用。比如：当棉线和铁丝被拉伸时，分子间都表现为引力，但是，由于物质结构的不同，分子间表现出引力的大小也不同，所以棉线一拉就断，而细铁丝不易拉断，其实棉线和铁丝分子间都存在着引力和斥力、都是引力起主要作用，但铁丝分子间的引力大于棉线分子间的引力。
例4 下列现象中，支持分子间存在引力的证据是()
A.两块表面光滑的铅块相互紧压后会黏在一起
B.固体和液体很难被压缩
C.磁铁能吸引大头针
D.破镜不能重圆
［分析］固体和液体很难被压缩说明分子间存在着斥力，磁铁能吸引大头针表明磁铁的吸铁性，破镜不能重圆表明破镜接上后分子间距离太大，几乎没有相互作用力。两块表面光滑的铅块相互紧压后会黏在一起，使分子间距离减小，分子间的引力起主要作用。
［答案］选A。
［点评］要透过现象看本质，根据现象收集物理证据来解释物理相关知识。
（四）如何认识固态、液态、气态的微观运动特点？
1.教材解读
物质处于不同状态时具有不同的性质。物质的状态发生变化时，构成物质的分子在排列方式上和分子之间存在的相互作用力发生变化，物质的体积也会随着发生变化。
固态物质中，分子的排列十分紧密，分子间有强大的作用力。分子只能在各自的平衡位置附近振动，位置不能移动，因此固体具有一定的体积和形状。
液态物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比较小。分子在各自平衡位置附近振动的同时，成群的分子还可以一起移动，因此液体没有确定的形状，具有一定的体积和流动性。
气态物质中，分子极度散乱，间距很大，分子之间的作用力很小。分子可以自由运动。因此气体容易被压缩，有很强的流动性，当分子间距离为液体中分子距离的十倍以上，每个分子能自由的各个方向运动，没有确定的形状和体积。
2.认识误区
学生一般比较缺乏微观分子结构特征的生活经验，不知道固体、液体和气体分子空间的排列特点，所以，一般认为气体容易挥发，气体容易运动，气体分子间距离较大，没有固定的体积。液体具有流动性，液体分子间距离稍次之，学生常误认为液体没有一定的体积。固体没有流动性，学生常误认为固体分子间没有距离，相互靠近很紧密，固体分子间没有缝隙和距离。
3.学法指导
固体、液体和气体分子的微观运动特点可以借助类比的方式，把微观现象与现实生活中的一些现象进行类比，帮助学生来理解微观运动的特点。比如：①固体有固定的形状和体积，可以把固体中的分子类比成城市中的人群一样，各自的位置相对稳定，但可在自己的位置附近来回活动。②液体有固定的体积而没有固定的形状，可以把液体中的分子类比成草原上的牧民，各自的位置不稳定，经过一段时间位置就会迁移。③气体没有固定的形状和体积，可以把气体中的分子运动类比成流浪乞讨者，没有固定的位置，无拘无束，到处流动。
4.典型例题
例5 某老师在引导学生理解固体、液体和气体的微观结构时，带领学生做游戏，用人群的状态变化类比物体的状态。附图所示(a)、(b)、(c)三种情景分别对应的是()
A.固态、液态、气态B.气态、固态、液态
C.固态、气态、液态D.液态、气态、固态
[分析]由图形可见，(a)的排列有一定的规律且较紧密；(b)比较散乱没有一定的规律，且彼此之间相距较远；(c)虽然各成员在某个位置运动，但这个位置并不固定可以移动。显而易见，(a)、(b)、(c)三种情景分别对应的是固态、气态、液态。
附图
[答案]C。
[点评]用人群的状态变化类比物体的状态，形象生动容易让人接受。运用类比的方法研究抽象的物理问题是科学家探究未知世界的重要手段。
（五）如何正确认识纳米材料的作用？
1.教材解读
纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米数量级，即
，它是一种在分子水平上的材料研制。纳米科学技术是当前科学技术的前沿，具有很大的发展潜力，预计可以从根本上改善人类的生存对资源的利用，让学生了解一些纳米科学技术方面的知识是十分有必要的。
2.认识误区
有些学生将纳米单纯的理解为长度的一种单位，误认为所有纳米材料都具有相同的材料特性。其实并非如此。
3.学法指导
纳米材料是一些处于纳米数量级具有一些特殊材料特性的称谓。这些材料一般尺度在1～100nm范围。不同的物质材料，在纳米数量级有不同的材料特性。研究表明，当物质微粒尺度小到1～100nm时，物质的属性一般会发生比较显著的变化。例如大块金子是黄色的，10nm的金颗粒是绿色的，而1nm的金颗粒是红色的。人们在纳米材料方面的研究，是利用它在某一特性方面的变化来改变原材料的效能。通常有些纳米材料具有超塑延展性、有的具有抗菌作用、有的硬度高、耐高温，并有一定的塑性，还有些纳米材料可以作为杀菌材料。