《固體》和《液體》教學設計

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)以分子動理論為基礎，主要講述了固體和液體的性質。筆者以《普通高中物理課程標準》的要求為依據，參考了一些老師的教學內容，然后對該部分教學內容做了一些分析、思考和調整，形成了自己的教學設計。教學設計中運用了多種教學方法，特別是動手實驗、科學探究，充分調動了學生的學習積極性，也積極培育了學生的科學態(tài)度和科學精神。

關鍵詞：固體;液體表面張力;液晶;作用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2015）9-0076-5

【課標分析】

課程標準的要求：

1.了解固體的微觀結構。會區(qū)分晶體和非晶體，列舉生活中的晶體和非晶體。

2.了解材料科學技術的有關知識及應用，體會它們的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響。

3.了解液晶的微觀結構。通過實例了解液晶的主要性質及在顯示技術中的應用。

4.通過實驗，觀察液體的表面張力，解釋表面張力產生的原因，交流日常生活中表面張力的實例。

【教材分析】

物體是由大量分子組成的。分子永不停息地做無規(guī)則運動，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)，也就決定了物質的結構。物質的不同結構，自然表現(xiàn)出不同的物理性質。這一章的主要任務就是學習不同物態(tài)下物質的一些物理性質。《固體》和《液體》講述固體和液體的性質，這部分內容是第七章《分子動理論》的具體應用。

《固體》這一節(jié)在分子動理論的基礎上，定性地研究了晶體的結構特點，以及晶體和非晶體內部物質微粒的排列不同所造成的物理性質的差別。教材是從三個宏觀特征加以說明：其一，有沒有規(guī)則的幾何外形;其二，物態(tài)變化時有沒有確定的熔點;其三，物理性質表現(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志，也是區(qū)分不同類型晶體的基本條件。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，避免了學生認識上的絕對化。

《液體》這一節(jié)也是從分子動理論的觀點出發(fā)，分析了構成氣體、液體、固體的分子間相互作用力的差異，引出液體的微觀結構特點。隨后，主要圍繞表面張力、浸潤和不浸潤、毛細現(xiàn)象三個問題展開討論。表面張力是液體表面層各個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部稀疏產生的，對液體表面層具有收縮的趨勢。教材從觀察實驗入手，目的是通過實驗，引導學生觀察現(xiàn)象，深入思考，發(fā)現(xiàn)問題。對于浸潤和不浸潤、毛細現(xiàn)象，教材也是從實驗入手，引導學生運用已學知識進行解釋。

【學情分析】

學生在第七章學習了《分子動理論》，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，分子間有很強的相互作用和分子勢能?！豆腆w》和《液體》就是在已學知識的基礎上對固體和液體分子的微觀結構做進一步討論，了解固體和液體的不同特點或性質上的差異。從而提高學生對知識的運用能力，也加深了對前面知識的記憶和理解。

【設計思想】

教學要求《固體》一節(jié)內容的教學用一課時，《液體》一節(jié)內容的教學用一課時。通過閱讀課程標準知道，這兩節(jié)內容在考綱中有兩個目標：1.知道晶體、非晶體的區(qū)別;2.理解表面張力，會解釋有關現(xiàn)象。所以，筆者對教材進行了處理和課時的重新分配：《固體》一節(jié)中的“科學漫步”欄目的內容讓學生課下閱讀，課上沒有涉及。這樣，這一節(jié)的內容就變少了，所以就把《液體》的表面張力和液晶兩個內容提了上來組成一課時。液體的浸潤和不浸潤、毛細現(xiàn)象放到第三節(jié)作為一課時。這樣處理使得重點更突出，表面張力中設計的實驗和現(xiàn)象讓學生更加有興趣，對后面的學習有一定的幫助。

【教學目標】

知識與技能：

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，能解釋有關現(xiàn)象。

4.了解液晶對光的各向異性和流動性。

過程和方法：

1.能用分子動理論的觀點初步說明液體表面張力現(xiàn)象。

2.理論聯(lián)系實際，學習運用表面張力解釋自然現(xiàn)象。

情感、態(tài)度和價值觀：

通過對表面張力現(xiàn)象在實際中的應用，感受成功的喜悅，培養(yǎng)學生科學探究、獨立思考的能力。

教學重點：

1.晶體和非晶體的特點和區(qū)別。

2.液體表面張力的有關現(xiàn)象。

教學難點：

晶體與非晶體有什么區(qū)別，表面張力的形成和方向。

教學模式：

“講解、閱讀、討論、實驗、練習”五環(huán)節(jié)教學。

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。

【教學過程】

（教師活動）引入新課

分子不停地做無規(guī)則運動，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，分子的無規(guī)則運動又使它們分散開來。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)的物體稱為固體，處于液態(tài)的稱為液體。今天我們在分子動理論的基礎上，了解固體和液體的特點。

板書：（標題）固體和液體

一、固體

自然界中很多種物質表現(xiàn)為固態(tài)，如何對這些固體進行分類？不同種類的固體性質有什么不同？下面請同學們帶著以下問題閱讀課本。

（學生活動）帶問題閱讀課本。

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？

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）

1.板書：①固體的分類和晶體的分類

2.展示圖片，演示PPT

（1）固體可以分成晶體和非晶體兩類。

在常見的固態(tài)物質中，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、非晶體的物理性質的差異——各向同性和各向異性。

晶體的物理性質（導熱性能、機械強度、導電性能等）與方向有關。這些性質在各個方向上都是相同的，稱為各向同性。某種性質在各個方向上不同的，稱為各向異性。

（教師活動）提出問題

晶體和非晶體在物理性質上有什么不同呢？同學們閱讀課本。

（學生活動）閱讀課本了解各向同性和各向異性。

實驗表明：云母晶體在各個方向上的導熱性能不同，稱為各向異性;而非晶體玻璃在各個方向上的導熱性能相同，稱為各向同性。

（教師活動）提問并板書

1.晶體、非晶體的外形和物理性質有什么差異？

2.晶體和非晶體是否絕對？

3.板書：②晶體和非晶體的區(qū)別

（學生活動）回答問題。

（教師活動）總結

（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。非晶體則沒有規(guī)則的幾何形狀。

（2）晶體有一定的熔點，非晶體沒有一定的熔點。

（3）晶體的物理性質與方向有關，這種特性叫做各向異性。非晶體的各種物理性質在各個方向上都是相同的，所以是各向同性的。

一種物質可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，也就是一種物質是晶體還是非晶體，并不是絕對的。

（教師活動）

1.展示PPT——單晶體和多晶體。

2.板書：③晶體又可以分為單晶體和多晶體

如果一個物體就是一個完整的晶體，例如雪花、食鹽小顆粒等，這樣的晶體就叫做單晶體。如果整個物體是由許多雜亂無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）提出問題

通過以上學習，總結單晶體、多晶體、非晶體在外形和物理性質上有什么區(qū)別。

（學生活動）小組討論、總結并完成表格（表1）。

（教師活動）小結

（1）單晶體具有各向異性，但不是在各種物理性質上都表現(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的物體必定是晶體，反之，必是非晶體。

研究固體的性質、固體的微觀結構及其內部運動等的學科稱為固體物理學。固體物理是微電子技術、光電子學技術、能源技術、材料科學等技術學科的基礎。固體物理對于技術的發(fā)展有很多重要的應用，晶體管發(fā)明以后，集成電路技術迅速發(fā)展，電子學技術、計算技術以至整個信息產業(yè)也隨之迅速發(fā)展。其經濟影響和社會影響是革命性的。這種影響甚至在日常生活中也處處可見。

（學生活動）做練習并回答。

【隨堂練習】

1.關于晶體和非晶體，下列說法正確的是（ ）

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，非晶體沒有固定的熔點

D.單晶體和多晶體的物理性質是各向異性的，非晶體是各向同性的

（教師活動）提出下一個學習內容

固體和液體有一個共同的特點：它們的分子間的距離跟分子本身的大小具有相同的數量級，因而分子間有較強的相互作用，這使得固體和液體都不易壓縮。下面我們來學習液體的表面張力。

板書：二、液體的表面張力

展示圖片提出問題。

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？

為什么蛛網上的水珠呈球狀？

（學生活動）思考并動手實驗。

1.有趣小實驗：在硬幣上的水滴。

2.觀察現(xiàn)象，得出結論，思考產生的原因。

（教師活動）提出問題

通過以上生活現(xiàn)象及實驗現(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？下面我們做幾個實驗。

探究實驗1

（1）將兩端系有紅棉線的鐵環(huán)放入肥皂水中， 拿出后，使鐵環(huán)上布滿肥皂膜（將肥皂膜及棉線的位置畫于紙上）。

（2）刺破一側的肥皂膜，仔細觀察另一側肥皂膜和棉線的變化情況。

現(xiàn)象：刺破棉線左邊的薄膜，右側的薄膜___，使棉線___________;刺破棉線右側的薄膜，左側的薄膜__________，使棉線_____________。

探究實驗2

（1）將系有紅棉線圈的鐵環(huán)放入肥皂水中，拿出后，使鐵環(huán)上布滿肥皂膜。

（2）刺破中間線圈的肥皂膜，仔細觀察剩余液面及棉線圈的變化情況。

現(xiàn)象：此時棉線圈成___________。

（教師活動）提出問題

通過實驗，你發(fā)現(xiàn)液體的表面有什么特點？

（學生活動）回答問題。

（教師活動）小結

液面有收縮的趨勢，且會收縮到液面表面積最小。

（教師活動）展示圖片，對實驗現(xiàn)象的理論分析

（1）從分子力的角度。

（2）從功能關系的角度。

小結：具有收縮趨勢的液面類似于張緊的彈性膜。

在液體表面設想一條任意直線，把液面分成兩個部分（如圖1），表面張力方向垂直于所畫的線MN，線兩側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為液體的表面張力。

（教師活動）演示小實驗

把縫衣針放在清水中，針浮在液體表面。

提出探究問題：液面對針的作用是什么力？液面對針的作用力是表面張力嗎？

（學生活動）分析回答問題。

（教師活動）小結

縫衣針受到的不是表面張力，而是液體表面的“膜”對針的彈力。

（學生活動）總結知識。

（1）生活中與液體表面張力有關的現(xiàn)象：_______。

（2）液體表面張力產生的原因：________。

（3）液體表面張力的方向：____________。

（4）液面收縮的原因： _______________。 ? 【隨堂練習】

2.如下圖2所示，布滿了肥皂膜的金屬框架上有一段質量不計的棉紗，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.水銀溫度計中的水銀柱的升或降

C.荷葉上的水珠呈球形

D.游泳時，當頭發(fā)浸泡在水中時呈散開狀，露出水面后頭發(fā)聚攏到一起

4.下列說法正確的是（ ? ? ）

A.小昆蟲能在水面自由往來而不陷入水中，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果

D.噴泉噴射到空中的水形成一個個球形的小水珠，是表面張力作用的結果

（教師活動）提出下一個學習內容

如果物質既有液體的流動性，又具有晶體的分子排列整齊，各向異性的狀態(tài)，就叫做物質的液晶態(tài)，處于液晶狀態(tài)的物質叫做液晶。液晶在技術上有廣泛的應用，下面我們簡單了解一下。

板書：三、液晶

（教師活動）

簡單介紹：液晶的分子排布，液晶的特點，液晶在技術等各個領域的應用。

1.液晶的特點

①具有液體的流動性;

②具有晶體的光學各向異性;

③在某個方向上看其分子排列比較整齊，但從另一個方向看，分子的排列是雜亂無章的。

2.液晶的應用

液晶的特性決定了它的用途，它在顯示技術、電子工業(yè)、航空工業(yè)、生物醫(yī)學等多方面都有廣泛的應用。

（學生活動）總結本堂課的學習內容。

知識小結：

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，分子勢能大于液體內部的分子勢能。

（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。

（4）表面張力的效果：表面張力使液體表面具有收縮趨勢，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性，而其光學性質與某些晶體相似，具有各向異性，人們把處于這種狀態(tài)的物質叫液晶。

（2）物理性質：

①具有液體的流動性;

②具有晶體的光學各向異性;

③在某個方向上看其分子排列比較整齊，但從另一個方向看，分子的排列是雜亂無章的。

（3）應用：

①液晶顯示器：用于電子手表、計算器、微電腦等。

②利用溫度改變時，液晶顏色會發(fā)生改變的性質來探測溫度。

③在電子工業(yè)、航空、生物醫(yī)學等領域應用廣泛。

課后作業(yè)：完成評測練習以及課本問題與練習

【課后反思】

這節(jié)課筆者把《固體》和《液體》的內容做了調整，主要講了三個問題：1.固體的分類以及單晶體、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”教學的過程中，筆者只注重了主干知識的教學，固體材料在科研、生產和生活中的廣泛應用，介紹得有一點少，這是一個不足。在“液體表面張力”的教學過程中，筆者沿著“從生活中或小實驗中觀察現(xiàn)象—提出問題—探究實驗發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—應用結論解釋問題”的思路設計，環(huán)環(huán)相扣，學生積極動手實驗，積極動腦思考，教學效果較好。但是，如果一些實驗結論讓學生總結出來，效果就更好了。“液晶”部分屬于閱讀內容，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，所以筆者簡單介紹了液晶的定義、分子排布特點和科技上的應用。這樣開闊了學生的視野，也使知識的傳授更完整。

參考文獻：

[1]中學課程標準研制組.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2003：4.

[2]張月紅.《物態(tài)和物態(tài)變化—液體》教學設計[J].物理教學探討，2009，27（1）：24—26.

（欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊）