人教版 (2019)选择性必修 第三册分子动能和分子势能教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册分子动能和分子势能教学设计及反思，共18页。教案主要包含了情境导入，问题情境，思考与讨论，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
课题
分子动能和分子势能
教材分析
一种运动形式对应一种能量的形式。机械能与机械运动相对应，内能与大量分子的热运动相对应。本节就是从能量的角度引导学生运用统计思想认识热运动的。本节内容由分子动能、分子势能和物体的内能三部分组成。
物体是由分子组成的，组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此，每个分子都具有动能，但大小在不断地变化。在热现象的研究中，人们关心的是组成物体大量分子整体表现出来的热学性质，所以，引入了分子热运动的平均动能，从而建立了宏观量与相应的微观量统计平均值的关系。从分子动理论的观点来看，温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。
同时，分子间存在着相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关，进而引入分子势能的概念。分子势能变化图像可以从分子力做功和势能变化关系分析得到，这种分析方法在学习重力势能和电势能时已经多次遇到，是功能思想的基本应用。
本节内容概念性很强，不能从物理实验或物理现象直接得出结论。对于重要的物理概念，要让学生知道引入的目的、确切的含义，以及与其他概念的区别和联系。教学中要注意在实际情境中构建概念，让学生通过判断、推理来加深对这些概念的认识。
学情分析
在高一的学习过程中，学生已经初步掌握了能量守恒思想和功能思想，一种运动形式对应一种能量的形式，在了解分子动理论之后，学生结合具体情境从能量角度分析分子热运动过程中参与转化的能量应该问题不大。比如：根据已经学习的重力做功和重力势能变化关
系、电场力做功和电势能变化关系，教学时可以类比这些知识从分子力和距离关系得到分子势能和距离变化图像。不同的是，单个分子的运动是无规则的，因此，本节依然采用统计思想来认识热运动中的能量。最后，作为一种新的运动形式和能量形式，学生需要区分的是做机械运动的物体具有的动能不属于分子内能，教学可以从具体实例分析，帮助学生理解内能
和机械能的关系。
教学目标
1、物理观念∶
①知道温度是分子热运动平均动能的标志。
②知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离有关。
③知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关。
④能够区别内能和机械能。
2、科学思维∶
①能够构建微观模型，理解分子热运动中存在的能量。
②能够运用能量观念解决分子热运动中的实际问题。
3、科学探究：
能从观察中发现问题，提出假设，并做出解释。
4、科学态度与责任：
能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是，不迷信权威。
教学重点：
1.知道分子的动能、分子势能和物体的内能。
2.知道分子动能、分子势能以及物体内能的影响因素。教学难点：
1.理解温度是分子平均动能的标志。
2.理解分子势能随分子间距离变化的势能曲线 。
教学过程
【情境导入】
观看演示视频——试管的橡胶塞自动“跳开”。
问题引入：通过观察，橡胶塞的哪些能量发生了变化？是什么能量转化成了橡胶塞的这些能量？
（动能和重力势能。水蒸汽的内能。）
今天我们就从微观角度来认识一下什么是物体的内能。根据分子动理论，物体是由大量
分子组成的，物体的内能应该就是大量分子所具有的能量。那你们知道热运动的分子具有什么能量吗？
（分子动能：组成物体的分子由于热运动而具有的能量叫做分子动能。）
任务 1：构建分子平均动能的概念
【问题情境】我们周围做热运动的各个空气分子的动能是否相同？为什么？
（可能不同，空气分子的质量不同，而且根据分子动理论，物体中分子热运动的速率大小不一，所以各个分子的动能也有大有小，而且在不断改变。由于热现象是大量分子做无规则运动的结果，因此，研究个别分子运动的动能是没有意义的。这里重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值。这个平均值叫作分子热运动的平均动能。）
平均动能：物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
【实验】观察黑墨水在热水和冷水中的扩散现象，回答下列问题。
①哪杯水中墨水分子的平均动能更大？说出你的理由。
（热水。墨水在热水中扩散得快说明分子热运动更剧烈。）
②分子热运动的平均动能的影响因素是什么？
（温度。根据分子运动速率分布规律图像可以直观体会到温度越高，分子的热运动越剧烈。因此，可以得出结论：物体温度升高时，分子热运动的平均动能增加。这就是温度的微观意义。）
温度的微观含义：分子热运动平均动能的标志。
任务 2：构建分子势能的概念
【问题情境】
如上图，设两个孤立的分子相距无穷远（几乎没有相互作用时的距离），让一个分子 A固定不动，另一个分子 B 由静止释放。
【问题链】
①若不考虑其他影响，请结合分子力随距离 r 的变化曲线，试分析分子 B 在靠近分子 A 的过程中速度大小如何变化？
（在 r＞r0 时，分子力为引力，分子 B 做加速运动，在 r＜r0 时，分子力为斥力，分子 B 做减速运动，在 r0 处有最大速度。）
②在靠近的过程中，分子 B 的哪些能量发生了变化？
（分子动能增加了，从能量观点看，必然至少还有一种能量是减少的。分子间存在着相互作用，可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关，分子组成的系统具有分子势能。正如，刚才下落的小球与地球之间具有重力势能一样。）
③试分析分子 B 在靠近分子 A 的过程中，分子势能 Ep 随分子间距离 r 的变化情况？
（刚才我们已经分析出在靠近过程中，分子动能先增大后减小，在 r0 处有最大值，那么，根据能量守恒，分子势能 Ep 应当是先减小后增大，在 r0 处有最小值。）
④若我们规定两个分子相距无穷远时的分子势能为 0，你还能从分子力做功的角度来解释分子势能随分子间距离变化的势能曲线吗？
（分析：当分子 B 向分子 A 靠近，分子间距离 r 大于 r0 时，分子间的作用力表现为引力，力的方向与分子的位移方向相同，分子间的作用力做正功，分子势能减小。越过平衡位置 r0 后，分子 B 继续向分子 A 靠近，分子间的作用力表现为斥力，力的方向与分子的位移方向相反，分子间的作用力做负功，分子势能增大。从上面的分析可推断：当分子间距离 r
减小到 r0 时，分子间的作用力为 0，分子势能减到最小。）
【问题情境】将注射器中空气柱压缩后，分子势能会发生变化吗？
（会。因为物体体积发生变化时，分子间距将发生变化，因而分子势能随之改变。可见，分子势能与物体的体积有关。但不能简单理解成物体体积越大，分子势能就越大；体积越小，分子势能就越小。如 0℃的水变成 0℃的冰后，体积变大，但分子势能却减小了。所以一般来看，物体体积变化了，其对应的分子势能也将发生变化。具体怎么变化，关键要看在变化过程中分子间的作用力做正功还是负功。）
决定分子势能的因素：
从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。
从微观上看：分子势能跟分子间距离 r 有关。
任务 3：辨识内能和机械能的区别
内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。
【思考与讨论】
物体下落的时候，物体中的分子在做无规则热运动的同时还共同参与竖直向下的落体运动。再如，地面上滚动的足球，球内的气体分子在做无规则热运动的同时，还共同参与水平地面上的运动。当足球静止在地面上时，其中的气体分子是否还具有能量呢?
（气体分子仍然具有内能。）
分析：内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量，宏观上它与物体的温度、体积等因素有关，但与物体的机械运动情况没有关系。而机械能是由物体做机械运动和物体形变决定的能量，它是对宏观物体整体来说的。物体具有内能的同时又可以具有机
械能，机械能可以为 0，但物体在任何情况下都具有内能。物体的机械能变化时，内能不一定变化，同样，物体的内能变化时，机械能也不一定变化，但机械能与内能可以相互转化，转化过程遵循能量守恒定律。
内能与机械能的区别：
内能
机械能
对应的运动形式
微观分子热运动
宏观物体机械运动
常见的能量形式
分子动能、分子势能
物体动能、重力势能、弹性势能
影响因素
物质的量、温度、体积
等
物体的质量、机械运动的速度、相对高度、
形变量等
大小
永远不等于 0
一定条件下可以等于 0
联系
在一定条件下可以相互转化
【课堂小结】