《固体》和《液体》教学设计

张红菊

摘   要：《固体》和《液体》是“人教版”教材选修3-3《固体、液体和物态变化》中的一、二节。这两节以分子动理论为基础，主要讲述了固体和液体的性质。笔者以《普通高中物理课程标准》的要求为依据，参考了一些老师的教学内容，然后对该部分教学内容做了一些分析、思考和调整，形成了自己的教学设计。教学设计中运用了多种教学方法，特别是动手实验、科学探究，充分调动了学生的学习积极性，也积极培育了学生的科学态度和科学精神。

关键词：固体;液体表面张力;液晶;作用

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2015）9-0076-5

【课标分析】

课程标准的要求：

1.了解固体的微观结构。会区分晶体和非晶体，列举生活中的晶体和非晶体。

2.了解材料科学技术的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。

3.了解液晶的微观结构。通过实例了解液晶的主要性质及在显示技术中的应用。

4.通过实验，观察液体的表面张力，解释表面张力产生的原因，交流日常生活中表面张力的实例。

【教材分析】

物体是由大量分子组成的。分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用的引力和斥力。这些因素决定了分子的不同聚集态，也就决定了物质的结构。物质的不同结构，自然表现出不同的物理性质。这一章的主要任务就是学习不同物态下物质的一些物理性质。《固体》和《液体》讲述固体和液体的性质，这部分内容是第七章《分子动理论》的具体应用。

《固体》这一节在分子动理论的基础上，定性地研究了晶体的结构特点，以及晶体和非晶体内部物质微粒的排列不同所造成的物理性质的差别。教材是从三个宏观特征加以说明：其一，有没有规则的几何外形;其二，物态变化时有没有确定的熔点;其三，物理性质表现为各向同性还是各向异性。这三方面既是鉴别晶体和非晶体的标志，也是区分不同类型晶体的基本条件。另外，教材提到晶体的多形性以及同一物种既能以晶体的形式存在，又能以非晶体的形式存在，避免了学生认识上的绝对化。

《液体》这一节也是从分子动理论的观点出发，分析了构成气体、液体、固体的分子间相互作用力的差异，引出液体的微观结构特点。随后，主要围绕表面张力、浸润和不浸润、毛细现象三个问题展开讨论。表面张力是液体表面层各个部分之间相互作用的吸引力，它是由于液体表面层的分子分布比液体内部稀疏产生的，对液体表面层具有收缩的趋势。教材从观察实验入手，目的是通过实验，引导学生观察现象，深入思考，发现问题。对于浸润和不浸润、毛细现象，教材也是从实验入手，引导学生运用已学知识进行解释。

【学情分析】

学生在第七章学习了《分子动理论》，知道了固体和液体的分子可以看作球体模型，紧密地挨在一起，分子间有很强的相互作用和分子势能。《固体》和《液体》就是在已学知识的基础上对固体和液体分子的微观结构做进一步讨论，了解固体和液体的不同特点或性质上的差异。从而提高学生对知识的运用能力，也加深了对前面知识的记忆和理解。

【设计思想】

教学要求《固体》一节内容的教学用一课时，《液体》一节内容的教学用一课时。通过阅读课程标准知道，这两节内容在考纲中有两个目标：1.知道晶体、非晶体的区别;2.理解表面张力，会解释有关现象。所以，笔者对教材进行了处理和课时的重新分配：《固体》一节中的“科学漫步”栏目的内容让学生课下阅读，课上没有涉及。这样，这一节的内容就变少了，所以就把《液体》的表面张力和液晶两个内容提了上来组成一课时。液体的浸润和不浸润、毛细现象放到第三节作为一课时。这样处理使得重点更突出，表面张力中设计的实验和现象让学生更加有兴趣，对后面的学习有一定的帮助。

【教学目标】

知识与技能：

1.知道固体可分为晶体和非晶体，知道晶体和非晶体在物理性质上的差异。

2.知道晶体又可分为单晶体和多晶体，并知道它们之间的区别。

3.知道液体的表面张力，能解释有关现象。

4.了解液晶对光的各向异性和流动性。

过程和方法：

1.能用分子动理论的观点初步说明液体表面张力现象。

2.理论联系实际，学习运用表面张力解释自然现象。

情感、态度和价值观：

通过对表面张力现象在实际中的应用，感受成功的喜悦，培养学生科学探究、独立思考的能力。

教学重点：

1.晶体和非晶体的特点和区别。

2.液体表面张力的有关现象。

教学难点：

晶体与非晶体有什么区别，表面张力的形成和方向。

教学模式：

“讲解、阅读、讨论、实验、练习”五环节教学。

教具：

多媒体，食盐、明矾等晶体样品图片，玻璃、松香等非晶体样品图片，硬币，水，水杯，缝衣针，液体表面张力演示仪。

【教学过程】

（教师活动）引入新课

分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用力。分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来。这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态。处于固态的物体称为固体，处于液态的称为液体。今天我们在分子动理论的基础上，了解固体和液体的特点。

板书：（标题）固体和液体

一、固体

自然界中很多种物质表现为固态，如何对这些固体进行分类？不同种类的固体性质有什么不同？下面请同学们带着以下问题阅读课本。

（学生活动）带问题阅读课本。

1.自然界中，可以把固体分为晶体和非晶体，晶体和非晶体有什么区别？

2.晶体和非晶体是否绝对？

3.晶体可以分为单晶体和多晶体，它们有什么区别？

（教师活动）

1.板书：①固体的分类和晶体的分类

2.展示图片，演示PPT

（1）固体可以分成晶体和非晶体两类。

在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体。

（2）晶体、非晶体的物理性质的差异——各向同性和各向异性。

晶体的物理性质（导热性能、机械强度、导电性能等）与方向有关。这些性质在各个方向上都是相同的，称为各向同性。某种性质在各个方向上不同的，称为各向异性。

（教师活动）提出问题

晶体和非晶体在物理性质上有什么不同呢？同学们阅读课本。

（学生活动）阅读课本了解各向同性和各向异性。

实验表明：云母晶体在各个方向上的导热性能不同，称为各向异性;而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同，称为各向同性。

（教师活动）提问并板书

1.晶体、非晶体的外形和物理性质有什么差异？

2.晶体和非晶体是否绝对？

3.板书：②晶体和非晶体的区别

（学生活动）回答问题。

（教师活动）总结

（1）晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定规则排列的，有规则的几何外形。非晶体则没有规则的几何形状。

（2）晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点。

（3）晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性。非晶体的各种物理性质在各个方向上都是相同的，所以是各向同性的。

一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的。

（教师活动）

1.展示PPT——单晶体和多晶体。

2.板书：③晶体又可以分为单晶体和多晶体

如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等，这样的晶体就叫做单晶体。如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成，这样的物体就叫做多晶体。由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体，其中的小晶体叫做晶粒。各种金属材料，也是多晶体。

（教师活动）提出问题

通过以上学习，总结单晶体、多晶体、非晶体在外形和物理性质上有什么区别。

（学生活动）小组讨论、总结并完成表格（表1）。

（教师活动）小结

（1）单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。

（2）只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。

（3）只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。

研究固体的性质、固体的微观结构及其内部运动等的学科称为固体物理学。固体物理是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础。固体物理对于技术的发展有很多重要的应用，晶体管发明以后，集成电路技术迅速发展，电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速发展。其经济影响和社会影响是革命性的。这种影响甚至在日常生活中也处处可见。

（学生活动）做练习并回答。

【随堂练习】

1.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（ ）

A.金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体

B.晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的

C.单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

D.单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的

（教师活动）提出下一个学习内容

固体和液体有一个共同的特点：它们的分子间的距离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间有较强的相互作用，这使得固体和液体都不易压缩。下面我们来学习液体的表面张力。

板书：二、液体的表面张力

展示图片提出问题。

为什么泡泡膜能呈球形而且被拉得很大也不破裂？

为什么这只蜥蜴能在水上行走？

为什么蛛网上的水珠呈球状？

（学生活动）思考并动手实验。

1.有趣小实验：在硬币上的水滴。

2.观察现象，得出结论，思考产生的原因。

（教师活动）提出问题

通过以上生活现象及实验现象，我们发现液体的表面就像有一层“膜”。这层“薄膜”是怎样形成的？它有什么特点？下面我们做几个实验。

探究实验1

（1）将两端系有红棉线的铁环放入肥皂水中， 拿出后，使铁环上布满肥皂膜（将肥皂膜及棉线的位置画于纸上）。

（2）刺破一侧的肥皂膜，仔细观察另一侧肥皂膜和棉线的变化情况。

现象：刺破棉线左边的薄膜，右侧的薄膜___，使棉线___________;刺破棉线右侧的薄膜，左侧的薄膜__________，使棉线_____________。

探究实验2

（1）将系有红棉线圈的铁环放入肥皂水中，拿出后，使铁环上布满肥皂膜。

（2）刺破中间线圈的肥皂膜，仔细观察剩余液面及棉线圈的变化情况。

现象：此时棉线圈成___________。

（教师活动）提出问题

通过实验，你发现液体的表面有什么特点？

（学生活动）回答问题。

（教师活动）小结

液面有收缩的趋势，且会收缩到液面表面积最小。

（教师活动）展示图片，对实验现象的理论分析

（1）从分子力的角度。

（2）从功能关系的角度。

小结：具有收缩趋势的液面类似于张紧的弹性膜。

在液体表面设想一条任意直线，把液面分成两个部分（如图1），表面张力方向垂直于所画的线MN，线两侧液体分子之间相互作用的引力，平行于液体表面，使液体表面绷紧，称为液体的表面张力。

即：液体表面分子之间距离大于r0，分子作用力表现为引力，吸引力的作用使得液体表面像一层弹性膜。液体表面分子的相互吸引力称为液体的表面张力。

（教师活动）演示小实验

把缝衣针放在清水中，针浮在液体表面。

提出探究问题：液面对针的作用是什么力？液面对针的作用力是表面张力吗？

（学生活动）分析回答问题。

（教师活动）小结

缝衣针受到的不是表面张力，而是液体表面的“膜”对针的弹力。

（学生活动）总结知识。

（1）生活中与液体表面张力有关的现象：_______。

（2）液体表面张力产生的原因：________。

（3）液体表面张力的方向：____________。

（4）液面收缩的原因： _______________。   【随堂练习】

2.如下图2所示，布满了肥皂膜的金属框架上有一段质量不计的棉纱，现将金属框架下部分的肥皂膜刺破，则棉纱将为下图中的（    ）

A                                  B

C                                     D

3.下列现象中，由表面张力引起的现象是（    ）

A.酒精和水混合后体积减小

B.水银温度计中的水银柱的升或降

C.荷叶上的水珠呈球形

D.游泳时，当头发浸泡在水中时呈散开状，露出水面后头发聚拢到一起

4.下列说法正确的是（     ）

A.小昆虫能在水面自由往来而不陷入水中，是液体表面张力在起作用

B.小木块能够浮在水面上，是液体表面张力和重力平衡的结果

C.缝衣针浮在水面上不下沉，是重力和水的浮力平衡的结果

D.喷泉喷射到空中的水形成一个个球形的小水珠，是表面张力作用的结果

（教师活动）提出下一个学习内容

如果物质既有液体的流动性，又具有晶体的分子排列整齐，各向异性的状态，就叫做物质的液晶态，处于液晶状态的物质叫做液晶。液晶在技术上有广泛的应用，下面我们简单了解一下。

板书：三、液晶

（教师活动）

简单介绍：液晶的分子排布，液晶的特点，液晶在技术等各个领域的应用。

1.液晶的特点

①具有液体的流动性;

②具有晶体的光学各向异性;

③在某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一个方向看，分子的排列是杂乱无章的。

2.液晶的应用

液晶的特性决定了它的用途，它在显示技术、电子工业、航空工业、生物医学等多方面都有广泛的应用。

（学生活动）总结本堂课的学习内容。

知识小结：

1.晶体和非晶体

（1）单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。

（2）只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。

（3）只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。

2.液体表面张力

（1）形成原因：表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力。

（2）表面特性：表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜，分子势能大于液体内部的分子势能。

（3）表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线。

（4）表面张力的效果：表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小。

3.液晶

（1）定义：有些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫液晶。

（2）物理性质：

①具有液体的流动性;

②具有晶体的光学各向异性;

③在某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一个方向看，分子的排列是杂乱无章的。

（3）应用：

①液晶显示器：用于电子手表、计算器、微电脑等。

②利用温度改变时，液晶颜色会发生改变的性质来探测温度。

③在电子工业、航空、生物医学等领域应用广泛。

课后作业：完成评测练习以及课本问题与练习

【课后反思】

这节课笔者把《固体》和《液体》的内容做了调整，主要讲了三个问题：1.固体的分类以及单晶体、多晶体和非晶体的区别;2.液体的表面张力;3.了解液晶。在“固体”教学的过程中，笔者只注重了主干知识的教学，固体材料在科研、生产和生活中的广泛应用，介绍得有一点少，这是一个不足。在“液体表面张力”的教学过程中，笔者沿着“从生活中或小实验中观察现象—提出问题—探究实验发现问题—解决问题—应用结论解释问题”的思路设计，环环相扣，学生积极动手实验，积极动脑思考，教学效果较好。但是，如果一些实验结论让学生总结出来，效果就更好了。“液晶”部分属于阅读内容，但是液晶与现代生活联系密切，题目中出现的频率较高，所以笔者简单介绍了液晶的定义、分子排布特点和科技上的应用。这样开阔了学生的视野，也使知识的传授更完整。

参考文献：

[1]中学课程标准研制组.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003：4.

[2]张月红.《物态和物态变化—液体》教学设计[J].物理教学探讨，2009，27（1）：24—26.

（栏目编辑    邓   磊）