高中物理-人教版选修3教学设计学情分析教材分析课后反思

《单分子层油膜法估测分子直径》教案一、任务分析本节课根据人教版物理选修3-3第七章《分子动理论》第一节《物体是由大量分子组成的》设计。人教版选修3-3以学生实验的形式呈现“单分子油膜法估测分子的大小”实验，通过该实验认识分子的大小和间接测量的方法。这是高中物理教学中利用宏观实验来测量微观量的唯一一个学生实验，此实验中除了间接测量外，还蕴含了丰富的科学思想方法，对认识建立物理模型在物理研究中的价值，学习累积放大的测量方法，对理解估算的方法和意义有着非常重要的作用。实验对操作细节的要求比较高，因此该实验的教学还有助于学生进一步养成良好的实验习惯。在学习本章之前，学生已经学习了宏观的机械运动，本节课是学生第一次进入微观世界进行学习。教学对象为高二学生，是第一次进入微观领域的学习，因此给教学带来不小的难度。这就要求教师要精心设计提问，逐步引导学生深入思考，在小组讨论等活动中通过同伴互助尽可能地调动起学生的学习兴趣，拓展学生的思维。本节课将采用问题链驱动的方法，引导学生经历探究“单分子油膜法估测分子的大小”实验的过程，并在此过程中体会各种思想、方法，最后通过联系生活实际进一步认识到这些思想、方法的广泛应用，同时深化对物理学与生活紧密联系的认识。二、教学目标1．知识与技能（1）学习用单分子油膜法估测分子的大小，知道实验目的、器材和步骤。（2）知道组成物质的分子有一定的大小，知道分子直径的数量级。2．过程与方法（1）通过小组讨论，明白“单分子油膜法估测分子的大小”的实验原理、方法，在经历实验探究的基础上，认识建模思想在间接测量中的重要作用。（2）通过实验和计算，初步学习累积放大、间接测量的实验方法，初步学习估算方法。3．情感、态度与价值观（1）通过完成“单分子油膜法估测分子的大小”实验，进一步养成观察仔细、操作认真、乐于交流的态度，并从中领略科学家利用宏观的测量方法来探测微观世界的精妙思想。（2）通过实验、观察、讨论等过程，感受物理学的思想、方法在生活、生产实际中的渗透和应用，激发学习物理的兴趣，增强主动探索物理规律的意识与动力。（3）通过实验过程中失败、寻找解决方法、克服困难的过程，认识到科学的发展不是一帆风顺的，而是充满艰辛的，同时领悟到不怕困难，迎难而上。三、重点和难点重点：（1）“单分子油膜法估测分子的大小”的实验原理和操作；（2）“单分子油膜法估测分子的大小”的实验思想方法；难点：（1）建立单分子油膜的物理模型；（2）提高“单分子油膜法估测分子的大小”学生实验的成功率。四、教学资源1．实验器材（1）演示实验器材：塑料浅水盆3个、注射器2支（1支装纯油酸、1支装油酸酒精溶液）、痱子粉、画有方格的透明玻璃板1块、水彩笔1支；（2）学生实验器材：“用单分子油膜法估测分子的大小”实验器材8套（每小组一套，每套含有塑料浅水盆1个、注射器1支、1∶200油酸酒精溶液、痱子粉、画有方格的透明玻璃板1块、水彩笔1支）；每组玻璃皿一个、小米若干、量筒一个、刻度尺一把；2．媒体资源（1）自制powerpoint课件（2）录像片段：0.2ml油酸酒精溶液中有多少滴（3）实物投影五、设计思路

本教学设计以“以学生发展为本”为指导，重视知识的形成过程，重在让学生亲历用宏观实验测量微观物理量的实验设计和实施过程。同时体现STS思想，通过该实验中蕴含的思想方法在生产、生活事例中的应用，让学生体会到“学有所用”，感受物理学与生活的联系。本节课需突出的重点是：（1）学会用单分子油膜法估测分子的大小，掌握分子大小的数量级；（2）感受实验中蕴含的物理思想方法。方法是：（1）利用问题作为支撑，层层推进，通过小组讨论等方式，明白实验原理和方法；（2）利用丰富的情景、资料，感受物理中的思想方法在生活、生产实际中的渗透、应用。本节课需突破的难点是：（1）建立单分子油膜的物理模型；（2）提高“油膜法估测分子大小”学生实验的成功率。方法是：

（1）以测量小米的直径为突破口，通过对测量小米直径方法的讨论，在教师的引导下逐步建立起单分子油膜模型；（2）实验前对实验中的注意事项展开充分的讨论，提供较为详细的实验指导；采用拔去注射器活塞让油酸酒精溶液在重力作用下滴下一滴的方法，减少学生滴出很多滴溶液导致实验失败的概率；两人一组进行学生实验，合作实验；在实验过程中教师通过巡视及时提供个别指导和帮助。六、教学流程1.流程说明（1）情景Ⅰ

展现在显微镜下逐渐放大的人体手部皮肤图像，放大十万倍时观察到白细胞，通过“一个细胞中含有的分子数相当于银河系中星星总量的一万倍之多”这一点，知道组成物质的分子是非常小的，引出课题“用实验室的普通仪器测量分子的大小”。（2）讨论Ⅰ

通过探究“如何测量一粒小米的直径”，寻找测量微小尺度的方法，建立相应的模型，引入估测方法。类比测量小米的方法，引导学生建立单分子油膜模型。（3）讨论Ⅱ

通过生生对话、师生对话解决测量微小体积、不规则面积、稀释溶液等问题，形成具体的实验方案。（4）演示实验

在前期讨论的基础上，师生共同归纳实验步骤。教师演示示范实验操作，并指出实验中的注意事项。（5）学生实验

学生实验完成“单分子油膜法估测分子大小”，计算油酸分子直径的数量级。知道除了一些有机物的大分子之外，一般分子的数量级为10-10m。（6）情景Ⅱ

以即将举办的校运会为话题，以估算生活委员要给全班准备多少瓶饮用水、在室外估算距离为例，领悟生产和生活中建立模型法、间接测量法、估算法等实验思想和方法的应用，体会物理学与生产和生活实际的紧密结合。（7）课堂小结

布置作业2．教学主要环节本节课主要分4个环节：第一个环节

情景引入

通过观察分析图片，知道分子非常小，引出测量分子大小的课题。第二个环节

实验设计

以问题为线索，层层推进，对单分子油膜模型的建立、油酸酒精溶液的配比、油酸体积的计算、油膜面积的显现和测量这些关键问题展开充分的讨论，做到“知其然，知其所以然”，最终形成完整的单分子油膜法估测分子大小的实验设计。第三个环节

实验体验

以两人一组的形式，通过实验，经历用单分子油膜法估测分子大小的实验过程，亲历得到分子直径数量级的过程，体验用宏观实验测量微观量的精妙实验思想和过程，并在此过程中锻炼认真细致的实验态度和技能。第四个环节

应用巩固

通过各种测量思想方法的实例应用，感受物理知识与生活的联系。4．作业布置（1）大量更精确的实验测得的油酸分子直径的平均值为1.12×10-9m

，请结合你们小组的实验，分析产生误差的主要因素是什么？提出几条减小误差的建议。（2）扫描隧道显微镜（STM）是一种能够对分子和原子进行观察和测量的先进仪器，请通过网络、期刊、报纸，搜索扫描隧道显微镜的相关资料，了解其基本原理，看看其中蕴含了哪些科学思想方法。

5．板书设计A-1

单分子油膜法估测分子的大小

一、实验原理1、油酸形成单分子油膜

2、需要测量的物理量（1）（2）二、实验步骤1、数滴2、洒粉3、滴油4、描线5、数格6、计算三、实验结果分子直径的数量级：10-10m四、思想方法建立模型间接测量估算累积放大

七、教学过程教学环节教学资源学生活动教师活动设计意图

（一）创设情景

引入课题

展现镜头下不断放大的人体手部皮肤图像，放大10万倍时清晰地观察到白细胞，通过一个细胞中含有很多分子这一点，知道组成物质的分子是非常小的，引出课题“测量分子的大小”。通过对情景的观察与思考，知道分子非常小，产生测量分子大小的学习需求。

1．展示情景2．提出问题：分子那么小，我们能不能用实验室里的普通仪器测量分子的大小呢？激发学生学习兴趣。界定“估测”、“大小”概念，提出本节课的学习内容：估测分子直径的数量级。本节课是高中学生第一次进入陌生的微观世界，从熟悉的情景出发，逐步展现微观世界，符合学生的认知规律。（二）探究测量分子直径的实验方法

建立模型1．小米

2．测量分子直径方法适用性的讨论：方法1：①测量单粒小米误差比较大；②没有那么小的尺可以直接测量分子的大小，所以不适用。方法2：我们实验室里没有先进的仪器排列分子，所以不适用。方法3：普通的光学显微镜无法观察分子，所以“拍照法”也不可行。方法4：同学们目前还不会计算分子的个数，所以不能用。方法5：测量分子的总体积和单分子层的面积，计算分子直径大小。用宏观手段测量微观量，易测量，且无需知道分子个数，可行。3．自制教具：带磁性的油酸分子模型1．小组讨论：怎样测量一粒小米的直径？借测量小米直径的讨论探究测量分子直径方法。学生可能提出的方法有：方法1：直接用刻度尺测量；方法2：将小米排成一列，用一列的长度除以小米的个数；方法3：对小米拍照，然后放大测量，再除以比例尺得到一粒小米真实的直径大小；方法4：测量很多小米的体积，总体积除以个数即为一粒小米的体积；方法5：将小米平铺成一层，用体积除以面积计算一层小米的高度即小米的直径。2．分析各种方法用于测量分子直径的适用性，发现问题的同时不断产生寻求新方法的需求。3．建立单分子油膜模型。1．铺垫分子非常小，同学们可能一下子很难想像测量它的大小。我们先来研究一个稍微简单一点的类似的问题：怎样测量一粒小米的直径呢？2．启发思考通过生生对话、师生对话，对所提出的测量方法用于测量分子直径的适用性进行分析。3．适度引导学生提出第5种方法比较困难，进行适度的引导，并利用自制的教具，帮助学生理解单分子油膜的形成，建立起单分子油膜模型。分子非常小，肉眼无法观察，学生一下子很难想象用什么方法测量分子的直径。用测量小米的直径进行铺垫，让学生一方面有小米实物可以观察，思考有物可依，另一方面从“大”自然过渡到“小”，寻找测量分子直径的可行方法。设计测量方法1．图片：注射器针尖的一滴油酸

2．实物投影：一滴纯油酸的油膜面积太大，油膜碰到浅水盘的四周。3．实物投影：不规则的油膜

1．观察一滴油酸的大小，知道一滴油酸的体积无法从注射器刻度直接读出，提出通过测量很多滴油酸的体积从而计算一滴油酸体积。

2．观察一滴纯油酸在浅水盘中的油膜，看到不能形成单分子油膜，提出需要稀释油酸，明白酒精的作用。

3．观察油膜的形状，解决不规则油膜面积的测量问题。1．提出问题单分子油膜法需要测量那些物理量？怎么测量？2．创设情景

图片展示一滴油滴的大小；实物投影展示未洒痱子粉时滴油酸、洒痱子粉时滴纯油酸，以情景依托，引发学生发现问题。3．适时引导引导学生发生知识的迁移：从测量一张纸的厚度迁移到测量一滴油酸的体积；将数学中不规则图形面积测量的方法迁移到物理学科中。激起认知冲突

“单分子油膜法”是高中物理中唯一一个用宏观实验来测量微观量的学生实验，实验中蕴含了丰富的思想方法，利用图片、投影创设情景，让学生在解决问题的过程中发现新问题，通过思考一一解决这些问题，“知其然，知其所以然”，经历知识的形成过程，自主建构单分子油膜法的具体实验方法。（三）教师演示示范

利用实物投影在背投上放大展示教师演示实验的过程。

观察教师演示，明白实验步骤，掌握实验要领，注意实验细节。演示实验：单分子油膜法估测分子的大小提供详细实验指导，说明实验步骤，提醒各环节细节要领。演示“滴法”突破“只滴一滴”的难点。

本实验对实验能力要求比较高，教师先进行正确的示范，点拨关键点，有利于提高实验成功率，让更多的学生体验成功感。（四）学生实验实施实验分组实验器材注射器（最小刻度0.05ml）、浅水盘（底面积20cm×25cm）、1∶300的油酸酒精溶液、画有方格的透明塑料板、彩笔。PPT呈现实验注意事项：

学生实验：单分子油膜法估测分子的大小两人一组，分工合作实施实验及时记录数据，最终估算出分子直径的大小。巡视各组实验，提供适时的帮助，发现问题，随时解决。

在前期做了大量的准备工作的基础上，学生知道了实验的原理，明白了各种器材的作用，终于等来自己亲手实践的这一刻。学生满怀兴奋之情，用宏观手段测量分子直径这么小的微观量，这样的体验让他们终身难忘。汇报结果

小组代表汇报实验结果。小组间交流与评价。

评价学生实验结果，给出一般分子直径的数量级10-10m。

给学生提供交流、展现的平台。（五）应用1．生活中的各种估算：估算时间、估算数量。2．目测估距法

3．周年视差法

体会建立模型法、间接测量法、估算法这些思想方法在生产和生活中的广泛应用，体会物理与生产、生活的紧密联系，增强学习物理的兴趣，同时学习科学的思想方法。联系生产和生活中的实例，展现建立模型法、间接测量法、估算法、累积放大法这些思想方法的应用。

提升认知，养成用物理的眼光看周围世界的习惯。学习科学思想方法，促进学生可持续性发展。小结（六）

板书全景式展示本节课主要内容

回顾本节课的学习内容，体验收获。课堂小结布置作业（误差分析、查阅资料）学情分析：人教版选修3-3以学生实验的形式呈现“单分子油膜法估测分子的大小”实验，通过该实验认识分子的大小和间接测量的方法。这是高中物理教学中利用宏观实验来测量微观量的唯一一个学生实验，此实验中除了间接测量外，还蕴含了丰富的科学思想方法，对认识建立物理模型在物理研究中的价值，学习累积放大的测量方法，对理解估算的方法和意义有着非常重要的作用。实验对操作细节的要求比较高，因此该实验的教学还有助于学生进一步养成良好的实验习惯。在学习本章之前，学生已经学习了宏观的机械运动，本节课是学生第一次进入微观世界进行学习。教学对象为高二学生，是第一次进入微观领域的学习，因此给教学带来不小的难度。这就要求教师要精心设计提问，逐步引导学生深入思考，在小组讨论等活动中通过同伴互助尽可能地调动起学生的学习兴趣，拓展学生的思维。《单分子层油膜法估测分子直径》效果分析本节课将采用问题链驱动的方法，引导学生经历探究“单分子油膜法估测分子的大小”实验的过程，并在此过程中体会各种思想、方法，最后通过联系生活实际进一步认识到这些思想、方法的广泛应用，同时深化对物理学与生活紧密联系的认识。在探究的过程中，教师先以测小米的直径入手，让学生对测微小物体的大小有一个直观的认识。同时，也激起学生对测微小物体大小的好奇心，从而引到测量微观世界中分子的大小。最后，学以致用。在实验中的微小放大法应用到实际生活中。让学生体会到学习物理的乐趣。教材分析：本节课根据人教版物理选修3-3第七章《分子动理论》第一节《物体是由大量分子组成的》设计。教科书对“物体是由大量分子组成的”这一知识，是从组成物体的分子数目的“大量”和分子的“微小”两个角度来说的。通过用油膜法估测分子的直径，利用对宏观的测定求出微观量分子的大小，并进一步体会每个分子的“微小”。《单分子层油膜法估测分子直径》观看记录于菲菲老师：这节课采用测量小米大小导入，给人以由浅入深之感，让学生循序渐进来学习，符合学生认知规律。整堂课中，刘老师采用启发式，问题链驱动，引导学生完成教学任务。亮点：特别是老师对本堂课中方法的总结，以及学以致用，与实际生活相联系，提高了学生学习物理的兴趣。李玉琴老师：1.整堂课中学生在刘老师的启发下，由浅入深有效地为学生提供充分的思考，。2、充分利用教学素材，启迪思维，教师在主导作用和学生的主体作用得到发挥。3有效地进行教学调控。教师对调控能力较高，体现在有效地根据学习内容和任务处理教材，教学环节紧凑，教学容量恰当，有效地组织学生进行启发式教学，教学语言准确、亲切，教态自然，整节的的时间分配基本合理。

《单分子油膜法估测分子直径》班级

姓名

日期

1、实验目的：(1)知道本实验的原理及所需的器材，了解实验注意的事项。(2)会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。(3)会计算分子的大小，处理好实验数据。(4)领会本实验方法构思的特点，理解建立模型、估算法、累积放大、间接测量的思想。2、实验原理：

（1）建立模型：（2）需要测量的物理量3、实验器材实验器材16套（每小组两套，每套含有塑料浅水盆1个、注射器1支、1∶200油酸酒精溶液、痱子粉、画有方格的透明玻璃板1块、水彩笔1支）；每组玻璃皿两个个、小米若干、量筒两个个、刻度尺两把；4、实验步骤(1)记录：0.2ml油酸酒精溶液滴数：___________________(2)(3)

(4)(5)（6）5、注意事项(1)痱子粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可。(2)滴入油酸溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大。(3)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩．(4)利用坐标求油膜面积时，以边长1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，不足一个的均算半个。(5)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面会残留油酸，用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗．这样可保持盘的清洁．

6、数据处理（根据实验数据计算油酸分子直径，）