第一章《分子动理论》单元整体教学设计-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第三册）

2024-2025高中物理（人教2019版）大单元学科素养教学设计 单元教学课题 选择性必修第三册 第一章《分子动理论》 版本 人教版2019 年级 高二 单元 分子动理论 教师 Xxx 单元内容 热学是研究物质热运动规律及其应用的一门学科，是物理学的重要组成部分。分子动理论是研究物质热运动性质和规律的经典微观统计理论。 本章介绍分子动理论的基本观点，它的主要内容是:物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。这些观点是热现象微观理论的基础。分子动理论通过对大量分子求统计平均，建立了宏观量与相应的微观量统计平均值的关系，用以定量地说明扩散、气体的压强和内能等的微观本质。 本单元内容可开发的教学活动与资源:学校实验室活动，学生自主探究、小组活动、网络共享资源。 本单元教学重点：分子动理论的三个核心观点及其对宏观现象的解释。 本单元教学难点: 微观分子模型的抽象性；分子间作用力的动态平衡；统计观点的建立。 新课标要求 3.1.1 通过实验，估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据3.1.2通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。 单元学情 一、学生基本情况 1. 知识基础 学生已学过物质由分子/原子构成（分子动理论的基本观点）。 对扩散现象有直观认识（闻到气味、墨水扩散等）。 对温度、热量有初步概念（温度越高，热运动越剧烈；热传递）。 知道气体压强是气体分子撞击容器壁产生的。 对气体定律（体积、压强、温度的关系）有定性了解。 进行过简单的物质微观模型模拟实验。 2. 认知能力 拥有牛顿力学的基本框架，理解力、加速度、动量（选择性必修一才深入，但概念已有），动能等概念。具备基本的受力分析和运动分析能力。 具备较强的代数运算能力（比例、解方程）。理解正比、反比关系。 · 理解概率与统计的基本思想（知道平均值、概率分布的大致含义）。 二、学习难点预判 1.“看不见”的抽象性： 核心研究对象是肉眼无法直接观察的大量分子及其无规则运动，非常抽象。学生难以在脑中建立清晰、准确的微观图像。 布朗运动作为间接证据，理解其原理（分子撞击导致微粒受力不平衡）需要克服宏观力直觉的限制。 统计规律性（核心难点）： 理解单个分子运动无规则、不可预测，而大量分子的集体行为（如速率分布、平均动能、压强、温度）表现出确定性规律（统计规律）。这是与经典力学确定论的显著差异。 2.微观模型的建立与理解： 理想气体微观模型的关键假设： 分子大小忽略不计（质点）、碰撞是弹性碰撞（动能守恒）、分子间除碰撞瞬间外无相互作用力。这些理想化条件与现实分子的差异需要清晰把握。 理解模型建立的必要性：简化问题、抓住本质。 3宏观量与微观量的联系与区分： 学生容易混淆温度（宏观量，体现分子平均动能）与单个分子的动能或速度。 压强（宏观量）与分子撞击的平均冲力联系。 内能（宏观量）≠ 分子动能总和 + 分子势能总和（微观基础）。气体分子势能（除碰撞瞬间）在理想模型下为0，内能仅是分子的总动能（只与温度有关）。 单元目标 内容目标： 1．进一步理解分子动理论的三个基本观点。 2．理解阿伏伽德罗常量，会建立分子模型，并能进行微观量的计算。 3．知道分子热运动的概念；理解扩散现象和布朗运动的实质，以及影响它们的因素。 4．知道分子间存在相互作用力的宏观表现，理解分子力与分子间距离的关系。 核心素养 1.物质观： 理解物质由大量分子/原子组成；分子处于永不停息的无规则运动中（扩散、布朗运动）；分子间存在相互作用力（引力和斥力）。这是对物质基本构成的深入认识。 2.运动与相互作用观： 建立分子热运动与宏观现象（如温度、压强）的联系。理解温度是分子平均动能的标志；气体压强是大量气体分子频繁碰撞器壁的宏观表现；理解分子间作用力（如分子力势能与体积的关系）。 3.能量观： 建立分子动能（包括平动、转动、振动）、分子势能（由分子间相对位置决定）与宏观内能概念的关联。理解内能是物体所有分子热运动的动能和分子势能的总和； 达成评价表 水平等级 水平标准描述 自评 互评 等级一 (1)知道物体是由大量分子组成的。 通过实验了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。 (2) 知道扩散现象在实际中的应用。 (3)知道决定热运动激烈程度的因素。 (4)知道分子间存在空隙、分子间的作用力的变化规律，了解分子间的作用力是电磁力。 (5)知道分子动理论的基本内容。 等级二 (1)知道用分子的球形建立水面上油酸的单分子油膜的模型，并理解用单分子油膜测量油酸 分子直径的公式 (2)能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜的面积。(3)能对测量的数据进行综合分析和计算，得到油酸分子直径的数量级。(4)通过油膜法测量油酸分子直径的实验过程，体会用宏观量测量微观量的模型计算方法 等级三 (1)了解气体分子运动的特点:分子沿各个方向运动的机会均等，分子速率按一定规律分布。 (2)能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，知道气体的压强与所对应的微观物理量间的联系。 (4)知道温度是分子热运动平均动能的标志 (5)知道什么是分子势能，知道分子势能与分子间距离有关。知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关能够区别内能和机械能。 单元分课时规划和活动实施表 单元课时安排（共6课时） 第1节分子动理论的基本内容（2课时） 第2节实验:用油膜法估测油酸分子的大小（2课时） 第3节分子运动速率分布规律（1课时） 第4节分子动能和分子势能（1课时） 1. 第1节 分子动理论的基本内容 学习规划 学习内容 第1节 分子动理论的基本内容 课型课时 物理概念和规律 2课时 课时目标 1物理观念： 认识物体是由大量分子组成的(重点)。 2科学思维： 知道扩散现象和布朗运动，理解扩散现象和布朗运动产生的原因(重点)。 3科学探究： 知道分子间存在空隙和相互作用力，并理解分子间的作用力与分子间距离的关系(重难点)。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 达成评价 能使用分子动理论解释生活中有关的热现象。 驱动性问题 人为什么没有靠近花朵也能嗅到花的芬芳？ 学习活动 通过下图类比感受分子到底有多大？ 阿伏加德罗常数 NA （1）定义：1mol的任何物质都含有相同的粒子数 （2）数值：NA＝6.02×1023mol-1 （3）意义：微观世界的重要常数，联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 知识点一、物体是由大量分子组成的 活动一：探究微观量和宏观量之间的关系 分子数量 活动二：分子的两种模型 1.球形分子模型 2.立方体分子模型 知识点二、分子热运动 一、扩散现象 1.定义：不同物质相互接触时能够彼此进入对方的现象，叫做扩散现象。 2.产生原因：物质分子的无规则运动 3.意义：直接证明组成物质的分子在不停运动 二、布朗运动 实验：用显微镜观察炭粒的运动 知识点三、分子间的作用力 分子力随分子间距的变化规律 分子动理论：将物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现。这样建立的理论叫作分子动理论。 基本内容： 1. 物体是由大量分子组成的 2. 分子在永不停息地做无规则热运动 3. 分子之间存在相互作用力 及时性评价 理解好微观量和宏观量之间的关系，布朗运动剧烈程度与哪些因素有关。引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。 作业设计 通过分层小组题目设计掌握学生掌握分子动理论的内容，分析与分子动理论有关的热学现象。 板书小结 第一单元大单元教学 第2节 实验:用油膜法估测油酸分子的大小 学习规划 学习内容 第2节 实验:用油膜法估测油酸分子的大小 课型课时 新授规律课 2课时 课时目标 1物理观念： 掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。 2科学思维： 通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。 3科学探究： 通过测量油酸分子在水面形成的单分子层厚度（即分子直径），理解分子的微观尺度，并掌握间接测量微观量的科学方法。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决油膜法测分子大小实验步骤，数据处理问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 如何通过实验的方法估测分子的大小？ 学习活动 知识点一、实验原理 知识点二、实验步骤 1．用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积的滴数，求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V. 2．向容器中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上． 3．小心地将一滴油酸溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜． 4．轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上． 5．利用坐标方格计算出油膜的面积S，再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度d＝V/S，即为所测分子和直径. 知识点三、物理量的测量 知识点四、实验注意事项 1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差。 2.实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。 3.向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。 4.待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。 5.计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 及时性评价 对不同小组的课堂活动进行归纳分析，提出课堂活动的合理性、安全性、可操作性和科学性等。 作业设计 完成课堂活动。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 第一单元大单元教学 第3节 分子运动速率分布规律 学习规划 学习内容 第3节 分子运动速率分布规律 课型课时 新授课 1课时 课时目标 1物理观念： 初步了解什么是统计规律。 2科学思维： 了解气体分子运动的特点:分子沿各个方向运动的机会均等，分子速率按一定规律分布。 3科学探究： 能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，知道气体的压强与所对应的微观物理量间的联系。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决分子运动速率分布规律问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 实验：伽尔顿板 拓展：讨论生活中哪些问题的研究需要应用统计规律 学习活动 知识点一、气体分子运动的特点 模拟实验视频：气体分子运动的特点 气体分子运动的特点： 运动的自由性：运动的无序性：大量分子运动的规律性： 知识点二、分子运动速率分布图像 规律1：不同温度下，分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布。 规律2：温度越高，速率大的分子占比增加，反之减少 规律3：温度越高，图像峰值右移（速率大的一侧） ，即温度升高，气体分子的平均速率变大。 知识点三、气体压强的微观解释 模拟气体压强产生的机理 气体压强的微观解释 （1）微观因素 ① 气体分子的密集程度：气体分子的密集程度（即单位体积内气体分子的数目）大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。 ② 气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能越大，气体分子与器壁的碰撞（可视为弹性碰撞）给器壁的产生的作用力越大。 （2）宏观因素 ①与温度有关：温度越高，气体的压强越大。 ②与体积有关：体积越小，气体的压强越大。 及时性评价 知道气体分子运动特点、气体速率分布规律、气体压强的微观解释 作业设计 完成课堂活动。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 第一单元大单元教学 第4节 分子动能和分子势能 学习规划 学习内容 第4节 分子动能和分子势能 课型课时 新授课 1课时 课时目标 1物理观念： 知道温度是分子热运动平均动能的标志。 2科学思维： 知道什么是分子势能，会分析分子力做功和分子势能变化的关系，分子势能与分子间距离关系。 3科学探究： 知道什么是内能，知道物体的内能与温度和体积有关，能够区别内能和机械能。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决分子动能和分子势能问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 类比重力做功与重力势能变化的关系和静电力做功和电势能的关系，请思考分子力做功是否也与某种势能变化相对应？ 学习活动 1、 知识点：分子动能 分子动能和分子热运动的平均动能 1.分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能，这就是分子动能。 2. 在热现象的研究中，我们关心的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质，因而，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。 3.温度与分子动能 4.分子总动能 知识点二、分子势能 分子间存在着相互作用力，因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能。 [科学推理]分子力做功与分子势能变化的关系 知识点三、物体的内能 1、物体的内能： 物体中所有分子做热运动动能和分子势能的总和叫做物体的内能。也叫做物体的热力学能 2.任何物体都具有内能： 3.决定物体内能的因素 (1) 从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。 　(2) 从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 及时性评价 对不同小组的活动进行归纳分析，提出问题研究的合理性、科学性等。 作业设计 设计活动评价，完成小组分层练习。对分层练习进行评价和反思归纳。 板书小结 机械运动机械运动机械运动www.21cnjy.com机械运动机械运动精品试卷·第机械运动2机械运动页机械运动（共机械运动2机械运动页） 4 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $$