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初中物理中“分子动能”的教学是一个难点。如何帮助学生较好地理解分子动能这一概念呢?笔者结合一节公开课的思考和探究,谈谈如何巧妙移植高中阶段的布朗运动实验,让学生深入理解分子动能这一概念。
难点一:初中阶段的学生对于动能这一概念的学习侧重于知道,对物体具有动能时具有什么本质特征缺乏深度理解。我们可以先通过两个案例让学生深刻认识具有动能的物体,对其外显具有的特征或能力进行概括。提问:飞行的足球具有动能吗?你是如何判断的?奔驰的汽车具有动能吗?你是如何判断的?这几个问题引导学生通过物体对外的表现(能对外界物体做功,通常表现为撞击、推开、排开等动作特征),来理解物体具有动能的本质含义,从而为接下来探究微观分子是否具有动能奠定设计实验的基础。
难点二:分子的无规则运动难以被直接观察到。通过案例分析,学生可以理解宏观物体具有动能时的表现特征。但由于我们不能直接观察到分子的无规则运动,这就给学生认识分子的动能特征造成了困难。
我们可以引导学生借鉴判断宏观物体是否具有动能的方法,来设计探究微观分析动能的实验。
1. 复习分子运动理论,提出问题:分子永不停息地做无规则运动,那么,分子是否具有动能呢?2. 引导学生思考:微观世界里的分子,如果具有动能,是否也会表现出撞击外物的行为呢?不妨以水分子为例,如何证明水分子具有动能呢?3. 思考:为了判断水分子是否具有动能,我们应该想办法在水分子周圍放置可被撞击的物体,但是在微观世界里,只能放置很小的物体;否则,水分子的撞击难以产生可被观察到的现象。那么,该如何设计实验呢?
教师引导:如果我们用可以被显微镜观察到的固体小颗粒放到水中,那么,当水分子无规则运动撞击这些固体小颗粒时,固体小颗粒也会表现出无规则运动,这样就可以判断水分子是否因为运动而具有动能了。
实验设计: (1) 用儿童绘画用的颜料棒向烧杯中滴入黄豆粒大小的颜料(红、黄、蓝、绿较好),用搅拌棒充分搅拌。(2) 用滴管取一小滴溶液,滴到数字显微镜的载玻片上。(3) 打开显微镜配套的Motic软件,调节显微镜目镜的高度,直到从电脑的显示窗口中能清晰地观察固体小颗粒。(4) 观察颜料固体小颗粒的无规则运动。
继续提问:以上实验证明了水分子因为运动而撞击颜料固体小颗粒(外物),结合判断宏观物体动能的方法,你认为水分子具有动能吗?
至此,学生通过实验深入地理解了微观分子具有动能这一事实。
尽管微观世界的实验很难做,但是我们通过合理地移植高中阶段的布朗运动实验,通过现场实验让学生认识到分子因为运动而具有撞击外物的能力,与学生在宏观世界获得的体验和认识相吻合,大大地加强了结论的可信度和真实性。
(作者单位:南京市人民中学)
难点一:初中阶段的学生对于动能这一概念的学习侧重于知道,对物体具有动能时具有什么本质特征缺乏深度理解。我们可以先通过两个案例让学生深刻认识具有动能的物体,对其外显具有的特征或能力进行概括。提问:飞行的足球具有动能吗?你是如何判断的?奔驰的汽车具有动能吗?你是如何判断的?这几个问题引导学生通过物体对外的表现(能对外界物体做功,通常表现为撞击、推开、排开等动作特征),来理解物体具有动能的本质含义,从而为接下来探究微观分子是否具有动能奠定设计实验的基础。
难点二:分子的无规则运动难以被直接观察到。通过案例分析,学生可以理解宏观物体具有动能时的表现特征。但由于我们不能直接观察到分子的无规则运动,这就给学生认识分子的动能特征造成了困难。
我们可以引导学生借鉴判断宏观物体是否具有动能的方法,来设计探究微观分析动能的实验。
1. 复习分子运动理论,提出问题:分子永不停息地做无规则运动,那么,分子是否具有动能呢?2. 引导学生思考:微观世界里的分子,如果具有动能,是否也会表现出撞击外物的行为呢?不妨以水分子为例,如何证明水分子具有动能呢?3. 思考:为了判断水分子是否具有动能,我们应该想办法在水分子周圍放置可被撞击的物体,但是在微观世界里,只能放置很小的物体;否则,水分子的撞击难以产生可被观察到的现象。那么,该如何设计实验呢?
教师引导:如果我们用可以被显微镜观察到的固体小颗粒放到水中,那么,当水分子无规则运动撞击这些固体小颗粒时,固体小颗粒也会表现出无规则运动,这样就可以判断水分子是否因为运动而具有动能了。
实验设计: (1) 用儿童绘画用的颜料棒向烧杯中滴入黄豆粒大小的颜料(红、黄、蓝、绿较好),用搅拌棒充分搅拌。(2) 用滴管取一小滴溶液,滴到数字显微镜的载玻片上。(3) 打开显微镜配套的Motic软件,调节显微镜目镜的高度,直到从电脑的显示窗口中能清晰地观察固体小颗粒。(4) 观察颜料固体小颗粒的无规则运动。
继续提问:以上实验证明了水分子因为运动而撞击颜料固体小颗粒(外物),结合判断宏观物体动能的方法,你认为水分子具有动能吗?
至此,学生通过实验深入地理解了微观分子具有动能这一事实。
尽管微观世界的实验很难做,但是我们通过合理地移植高中阶段的布朗运动实验,通过现场实验让学生认识到分子因为运动而具有撞击外物的能力,与学生在宏观世界获得的体验和认识相吻合,大大地加强了结论的可信度和真实性。
(作者单位:南京市人民中学)