人教版高中物理选修性必修第三册第二章气体、固体和液体 教学设计

第二章气体、固体和液体教学设计

1.温度和温标..............................................................1

2.气体的等温变化..........................................................4

3.气体的等压变化和等容变化................................................9

4.固体...................................................................17

5.液体...................................................................22

1.温度和温标

【教学目标】

（一）知识与技能

1.了解系统的状态参量以及平衡态的概念。

2.掌握热平衡的概念及热平衡定律。

3.掌握温度与温标的定义以及热力学温度的表示。

（二）过程与方法

通过学习温度与温标，体会热力学温度与摄氏温度的关系。

（三）情感、态度与价值观

体会生活中的热平衡现象，感应热力学温度的应用。

【教学重点】

热平衡的定义及热平衡定律的内容。

【教学难点】

有关热力学温度的计算。

【教学方法】

讲练法、举例法、阅读法

【教学准备】

投影仪、投影片

【教学过程】

（一）引入新课

教师：在初中我们已学过了测量温度时常用的一种单位，叫“摄氏度”。大家都

知道：它是以冰水混合物的温度为0度，以一个大气压下沸水的温度为100度，在

这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位，叫“摄氏度”。这种以冰

水混合物的温度为零度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。

今天我们将要进一步学习有关温度和温标的知识。

（二）进行新课

1.平衡态与状态参量。

教师：引导学生阅读教材有关内容。回答问题：

（1）什么是系统的状态参量？并举例说明。

（2）举例说明，什么是平衡态？

学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。

2.热平衡与温度

教师：引导学生阅读教材有关内容。回答问题：

（1）什么是热平衡？

（2）怎样理解"热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统"？

（3）怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的“？

（4）热平衡定律的内容是什么？

（5）温度是如何定义的？其物理意义是什么？

学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。

3.温度计与温标。

教师：引导学生阅读教材有关内容。回答问题：

（1）什么是温标？

（2）如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。

（3）什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度

与摄氏温度的换算关系怎样？

学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。

典例探究

例1：细心观察可以发现，常见液体温度计的下部的玻璃泡较大，壁也比较薄，

上部的管均匀而且很细，想一想，温度计为什么要做成这样呢？

解析：这样做的目的都是为了使测量更准确、更方便。下部较大而上部很细，

这样下部储存的液体就比较多，当液体膨胀收缩时，膨胀或收缩不大的体积，在细

管中的液面就有较大的变化，可以使测量更精确；下部的壁很薄，可以使玻璃泡内

的测温物质的温度较快地与待测物质的温度一致；细管的粗细是均匀的，是为了使

刻度均匀，更便于读数。

(三)课堂总结、点评

本节课我们主要学习了：

1.平衡态与状态参量。

2.热平衡与温度的概念。

3.温度计与温标。

【作业布置】

1.阅读科学漫步中的材料。

2.完成问题与练习的题目。

(四)课后练习

1.关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是()

A.热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位

B.温度升高了就是升高了1K

C.1℃就是1K

D.0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K

2.(1)水的沸点是℃=K；

(2)绝对零度是℃=K；

(3)某人体温是36.5℃,也可以说体温为K；此人体温升高1.5℃,也

可以说体温升高了Ko

(4)10℃=K；10K=℃；27℃=K；

27K=℃；273℃=K；273K=℃；

(5)^At=40℃,则AT=K；若AT=25K,贝"t=℃o

参考答案：

1.ABD

2.(1)100；373(2)-273.15；0(3)36.5；309；310.5

(4)283；-263；300；-246；546；0(5)40；25

2.气体的等温变化

【教学目标】

1.知道什么是等温变化。

2.知道玻意耳定律是实验定律，掌握玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适

用条件。

3.理解气体等温变化的??-??图象的物理意义。

4.知道用分子动理论对玻意耳定律的定性解释。

5.会用玻意耳定律计算有关的问题。

【教学重点】

1.知道玻意耳定律是实验定律，掌握玻意耳定律的内容和公式，知道定律的适

用条件。

2.理解气体等温变化的??-??图象的物理意义。

【教学难点】

理解气体等温变化的??-??图象的物理意义。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

回顾气体的状态参量：温度、体积、压强。

思考：

一定质量的气体，它的温度、体积和压强三个量之间变化是相互对应的。

我们如何确定三个量之间的关系呢？

教师用几个小实验启发学生：

(1)吹气球比赛

(2)观察吊瓶中的水流

学生猜想：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积有什么关

系？我们要怎样研究多个变量之间的关系？

对照牛顿第二定律的研究过程：

先保持m一定，研究加速度与力的关系，得到：a-F；

再保持F一定，研究加速度与质量的关系，得到：a-1/mo

我们把这种方法叫做控制变量法，同样可以用这个方法来研究气体状态参量之

间的关系。

二、新课教学

（一）探究气体等温变化的规律

1.教师介绍实验装置，学生观察实验装置，并思考一下几个问题：

①研究哪部分气体？

②怎样保证气体温度??不变？

③空气柱的压强??怎么读出？

④空气柱的体积??怎样表示？

⑤怎样处理读取的数据？

实验：气体的等温变化

2.实验数据的采集与分析

次数12345

压强(xlO5Pa)3.02.52.01.51.0

体积（L）1.31.62.02.74.0

提问：该图象是否可以说明??与??成反比？怎样更加准确地得到实验结论?

实验结论:

在温度不变时，压强??和体积??成反比。

（二）玻意耳定律

通过以上实验总结：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强??与体

积??成反比。这就是玻意耳定律。

1.文字表述：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强??与体积??成

反比。

2.公式表述：p，=C或Pi匕=p2V2。

3.图象表述：

关于玻意耳定律的讨论

问题：图象平面上的一个点代表什么？曲线代表什么？线段代表什么？pV=C

一式中的恒量C是普适恒量吗？

（作出一定质量的气体,在不同温度下的几条等温线，比较后由学生得出结论：

恒量随温度升高而增大）

4.图象意义

（1）物理意义：反映压强随体积的变化关系，图线表示一个等温“过程”。

（2）点的意义：图线上每一个点表示某一“状态”。

（3）结论：体积缩小到原来的几分之一，压强增大到原来的几倍。体积增大到

原来的几倍，它的压强就减小为原来的几分之一。

提问：下面的数据说明什么？

一定质量的氮气

压强latm500atmlOOOatm

实测体积1m31.36/500m32.0685/1000m3

计算体积Im3l/500m3l/1000m3

5.适用条件：压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的各

种气体。

拓展：你能推导出用密度形式表达的玻意耳定律吗？你能用分子动理论对玻意

耳定律作出解释吗？

例题1：一定质量气体的体积是20L时，压强为lXl（）5pa。当气体的体积减小

到16L时，压强为多大？设气体的温度保持不变。

答案:1.25X105Pa

教师总结：

用气体定律解题的步骤

1.确定研究对象。被封闭的气体（满足质量不变的条件）；

2.用一定的数字或表达式写出气体状态的初始条件（??1,??|,??1,??2,??2,??2）；

3.根据气体状态变化过程的特点，列出相应的气体公式（本节课中就是玻意耳

定律公式）；

4.将各初始条件代入气体公式中，求解未知量；

5.对结果的物理意义进行讨论。

【深入学习】

气体等温变化的??-??图象

一定质量气体等温变化的??-??图象是双曲线，它描述的是温度不变时的??-??

关系，称为等温线。

（1）等温线是双曲线的一支。

（2）温度越高，其等温线离原点越远。

问题：同一气体,不同温度下等温线相同吗？你能判断哪条等温线温度较高吗？

你是根据什么理由作出判的？

【练习巩固】

1.对于一定质量的气体，下列过程可能发生的是（）

A.气体的温度变化，但压强、体积保持不变

B.气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化

C.气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化

D.气体的温度、压强、体积都发生变化

答案：CD

2.一定质量的气体在温度保持不变时，压强增大到原来的4倍，则气体的体积

变为原来的()

A.4倍B.2倍C.1/2D.1/4

答案：D

3.某容器的容积是10L,里面所盛气体的压强为2.0Xl()6pA.如果温度保持不

变，把这些气体装入另一个容器里，气体的压强变为1.0Xl()5pa,则此容器的容积

是多大？

答案：200L

4.如图所示，三个完全相同的试管内分别由长度相同的水银柱封闭着一定质量

的气体，已知大气压为po,试管的横截面积为S,管内水银柱的质量为m。当三支

试管及水银均静止时，管内气体的压强分别为多少？

甲

内

乙

【答案】popo+-^po--

5.用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图

甲所示，实验步骤如下：

①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、

计算机逐一连接。

②移动活塞，记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压

强值p。

③用图象处理实验数据。

(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是

(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是

和O

答案：(1)用润滑油涂抹活塞。

（2）慢慢抽动活塞，不能用手握住注射器封闭气体的部分。

3.气体的等压变化和等容变化

【教学目标】

一、知识与技能

1.知道什么是气体的等容变化过程；掌握查理定律的内容；理解p-T图象的物

理意义；知道查理定律的适用条件。

2.知道什么是气体的等压变化过程；掌握盖-吕萨克定律的内容、数学表达式；

理解V-T图象的物理意义。

3.知道什么是理想气体，理解理想气体的状态方程。

4.会用气体动理论的知识解释气体实验定律。

二、过程与方法

根据查理定律和盖-吕萨克定律的内容理解p-T图象和V-T图象的物理意义。

三、情感、态度与价值观

1.培养运用图象这种数学语言表达物理规律的能力。

2.领悟物理探索的基本思路，培养科学的价值观。

【教学重点】

1.查理定律的内容、数学表达式及适用条件。

2.盖-吕萨克定律的内容、数学表达式及适用条件。

【教学难点】

对p-T图象和V-T图象的物理意义的理解。

【教学过程】

一、复习导入

教师：玻意耳定律的内容和公式是什么？

学生：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。

即pU=C或Pl/=p2V20

教师：应用玻意耳定律求解问题的基本思路是什么？

学生：首先确定研究对象（一定质量的气体，温度不变），然后确定气体在两个

不同状态下的压强和体积??I、??1,??2、??2,最后根据定律列式求解。教师点出课

题：那么，当气体的体积保持不变时，气体的压强与温度的关系是怎样的呢？若气

体的压强保持不变时，气体的体积与温度的关系又是怎样的呢？这节课我们学习气

体的等容变化和等压变化。

二、新课教学

（一）气体的等压变化

1.等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化。

猜想：在等压变化中，气体的体积与温度可能存在着什么关系？

教师介绍盖-吕萨克的猜想。

盖-吕萨克1778年9月6日生于圣•莱昂特。1800年毕业于巴黎理工学校。1850

年5月9日，病逝于巴黎，享年72岁。

1802年，盖-吕萨克发现气体热膨胀定律（即盖-吕萨克定律）压强不变时，一

定质量气体的体积跟热力学温度成正比。即??I/??尸??2/??2="・=??恒量。

其实查理早就发现压强与温度的关系，只是当时未发表，也未被人注意。直到

盖-吕萨克重新提出后，才受到重视。早年都称“查理定律”，但为表彰盖-吕萨克的

贡献而称为“查理-盖吕萨克定律”。

实验：气体的等BE变化

学生根据实验总结实验结论

2.盖-吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不

变的情况下，其体积??与热力学温度??成正比。

表达式为：V=CT^V/T=C

这条线称为等压线。

3.等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，

体积??与热力学温度??的正比关系在??-??直角坐标系中的图象。

思考：斜率反应什么？

教师：其延长线经过坐标原点，斜率反映压强大小。

提问：等压线上的点表示什么？

4.一定质量气体的等压线的物理意义

①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相

同。

②不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）。

如图所示??2<??1。

体积??与热力学温度??成正比可以表示为另外形式：

也=包或以=U

T172~V2T2

针对上述讲解，教师总结盖-吕萨克定律。

（1）盖-吕萨克定律是实验定律，由法国科学家盖-吕萨克通过实验发现的。

（2）适用条件：气体质量一定，压强不变。

（3）在??/??=??中的??与气体的种类、质量、压强有关。

注意：？?正比于??而不正比于a

（4）一定质量的气体发生等压变化时，升高（或降低）相同的温度，增加（或

减小）的体积是相同的。

（5）解题时前后两状态的体积单位要统一。

例题1：如图所示，两端开口的弯管，左管插入水银槽中，右管有一段高为h

的水银柱，中间封有一段空气，则（ACD）

A.弯管左管内外水银面的高度差为h

B.若把弯管向上移动少许，则管内气体体积增大

C.若把弯管向下移动少许，右管内的水银柱沿管壁上升

D.若环境温度升高，右管内的水银柱沿管壁上升

（二）气体的等容变化

教师：我们已经学习了等温变化、等压变化，那么如果气体的体积不变，压强

与温度又有什么关系呢？接下来我们来研究一下等容变化。

1.等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化。

让学生猜想：在等容变化中，气体的压强与温度可能存在着什么关系？

介绍查理的猜想与验证。

大约在1787年，查理着手研究气体的膨胀性质，发现在压力一定的时候，气体

体积的改变和温度的改变成正比。他进一步发现，对于一定质量的气体，当体积不

变的时候，温度每升高1C,压力就增加它在0C时候压力的1/273。查理还用它作

根据，推算出气体在恒定压力下的膨胀速率是个常数。这个预言后来由盖-吕萨克和

道尔顿（17667844）的实验完全证实。

实验：气体的等容变化

学生根据实验总结实验结论。

2.查理定律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强??与热力学温

度??成正比。

表达式为：p=CT^=C

图象为:

提问：之前几个实验的图象都有过原点，为什么这个的图象没有过原点呢？

教师：将线延长，与横坐标有个交点，这个交点表示什么？

可以发现，图象中的坐标用的是摄氏度，如果换算成热力学温度，图象是怎样

的呢？

273.15T/K

教师：此时就过原点了，为什么是虚线不是实线？

绝对零度不可到达。

教师：这条线我们成为等容线。

3.等容线：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强??跟热力学温度??的

正比关系??-??在直角坐标系中的图象叫做等容线。

其延长线经过坐标原点，斜率反映体积大小。

4.一定质量气体的等容线的物理意义

①图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相

②不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）。

如图所示，??2<??lo

压强??与热力学温度??成正比可以表示为另外形式:

P1="或及=三

T1T2PZT2

根据以上实验与讲解，教师对查理定律进行总结：

（1）查理定律是实验定律，由法国科学家查理通过实验发现的。

（2）适用条件：气体质量一定，体积不变。

（3）在??/??=??中的??与气体的种类、质量、体积有关。

注意：？?与热力学温度??成正比，不与摄氏温度1成正比。

（4）一定质量的气体在等容时，升高（或降低）相同的温度，所增加（或减小）

的压强是相同的。

（5）解题时前后两状态压强的单位要统一。

例题2：汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低又会造成耗油量

上升。已知某型号轮胎能在-40C~9（rC正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时

的最高胎压不超过3.5atm,最低胎压不低于那么，在t=20C时给该轮胎充

气，充气后的胎压在什么范围内比较合适（设轮胎的体积不变）。

对三个定律的总结：

r玻意耳定律：pv=ci

气体实验定律《查理定律：p/T=C2

I盖-吕萨克定律：V/T=C3

强调：这些定律都是在压强不太大、温度不太低的条件下总结出来的。

（三）理想气体

当压强很大、温度很低时，由上述规律计算的结果与实际测量结果有很大的差

别。

例如，有一定质量的氢气，压强与大气压相等，体积为lm3,温度为0℃。在

温度不变的条件下，如果压强增大到大气压的500倍,按气体的等温变化规律计算，

体积应该缩小至l/500m3,但是实验结果是1.36/500m3。但是，在通常的温度和压强

下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氮气等，

其性质与实验定律的结论符合得很好。

实际气体的分子之间有相互作用力，但是作用力很小；分子也有大小，但气体

分子之间的间距比分子直径大得多；气体分子与器壁碰撞几乎是完全弹性的，动能

损失也很小。为了研究方便，我们设想有一种气体：这种气体分子大小和相互作用

力可以忽略不计，也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。这样的气体在任何

温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把它叫作理想气体。

1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。

在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成

理想气体来处理，误差很小。

2.理想气体的特点

(1)理想气体是不存在的，是一种理想模型。

(2)在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。

(3)从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本

身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。

(4)从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想

气体的内能只有分子动能。

一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。

3.理想气体的状态方程

一定质量的理想气体，由初状态(??1、？?1、??!)变化到末状态(??2、？?2、??2)

时，两个状态的状态参量之间的关系为：

处=处成史=c

TiT?~T

j当温度T保持不变：pV=C(T)

方程具有普遍性｛当体积V保持不变：p"=C(V)

〔当压强p保持不变：V/T=C(p)

例题3：关于理想气体的性质，下列说法中正确的是(ABC)

A.理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在

B.理想气体的存在是一种人为规定，它是一种严格遵守气体实验定律的气体

C.一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高

D.氯是液化温度最低的气体，任何情况下均可视为理想气体

例题4：如图所示，一定质量的某种理想气体从A到B经历了一个等温过程,

从B到C经历了一个等容过程，分别用PA、VA、TA和PB、VB、TB以及pc、Vc、

Tc表示气体在A、B、C三个状态的状态参量，那么A、C状态的状态参量间有何

例题5：一定质量的理想气体，处于某一状态，经过下列哪个过程后会回到原

来的温度（AD）

A.先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强

B.先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强

C.先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀

D.先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀

（四）气体实验定律的微观解释

1.玻意耳定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度保持不变，体积减

小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体

的压强增大。

2.盖-吕萨克定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，温度升高时，只有

气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。

3.查理定律的微观解释：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的

数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，气体的压强增大。

【练习巩固】

1.一定质量的气体，体积保持不变，下列过程可以实现的是（）

A.温度升高，压强增大

B.温度升高，压强减小

C.温度不变，压强增大

D.温度不变，压强减小

答案：A

2.图表示0.2mol的某种气体的压强与温度的关系图象，图中po为标准大气压，

问气体在B状态时的体积多大？

答案:5.6L

3.在图所示的气缸中封闭着温度为100℃的空气，一重物用绳索经滑轮与缸中

活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离缸底的高度为10cm,如果缸

内空气变为0℃,问：

①重物是上升还是下降？

②这时重物将从原处移动多少厘米？

（设活塞与气缸壁间无摩擦）

答案：①重物上升

②2.6cm

4.对于一定质量的理想气体，下列状态变化中可能的是（）

A.使气体体积增加而同时温度降低

B.使气体温度升高，体积不变、压强减小

C.使气体温度不变，而压强、体积同时增大

D.使气体温度升高，压强减小，体积减小

答案：A

4.固体

【教学目标】

（一）知识与技能

1.知道固体可分为晶体和非晶体两大类。

2.知道晶体和非晶体在外形与物理性质上的差别。

3.知道晶体可分为单晶体和多晶体，通常说的晶体及性质是指单晶体，多晶体

的许多性质与非晶体类似。

4.理解晶体的规则外形与晶体的微观结构有关。

（二）过程与方法

通过观察实验现象加强学生对晶体和非晶体的性质了解

（三）情感、态度与价值观

扩展学生的眼界，引起对研究固体性质的兴趣和求知欲望

【教学重点】

1.晶体和非晶体在外形与物理性质上的差别。

2,能用晶体的空间点阵说明其物理性质的各向异性。

【教学过程】

一、引入新课

问题：同学们想一下，自然界中物质有几种存在形式呢？

回答：固态、液态、气态。这节课我们学习固体。

人类对固体材料的应用，由来已久。石器时代，人类只会将石头制成简单的工

具。而今，人类已经可以操控原子，将原子按需要排列起来，制成新的材料。这一

技术属于纳米科技的范畴，下面让我们一起走近纳米的世界。

观看视频，了解纳米科技的研究范畴以及纳米材料的特性。

通过观看上面的视频，我们了解到，若将物质做成纳米量级的颗粒，它的原有

性质会发生显著的变化。例如，当物质小到纳米量级时，它的比表面积变得惊人的

大，1g氧化铝纳米颗粒的表面积会达到篮球场的大小。与外界的接触面积变大，会

使材料的活性增强，将这样的材料作为火箭的固体燃料，能够增大对火箭的推力。

右图为陶瓷制成的刀具，可能我们会担心它容易损坏，但这不是普通的陶瓷，而是

把陶瓷制成纳米颗粒，再烧结起来，陶瓷便会有非常好的韧性，即使落到地上也不

致摔碎。可见，新材料的研究无论对科技发展还是对日常生活都很重要。应用材料、

改善材料的前提是认识材料、了解材料。下面学习固体材料的分类及特性。

二、新课教学。

（一）固体可分为晶体和非晶体

用投影片展示食盐晶体的外形，指出食盐颗粒呈正方体形，有规则的几何形状。

蔗糖和味精颗粒也有规则的外形，与食盐有类似的特点。像这样，有规则的外形的

固体，称为晶体。自然界中有许多晶体，它们有各自的规则形状。明矶呈八面体形，

石英晶体是由棱柱和棱锥构成的，雪花是六角形的。

自然界中还有一些固体，松香（松树树脂加工而成）、沥青、蜂蜡（从蜂巢中提

取而来），它们没有规则的外形，我们称它们为非晶体。

1.晶体：具有天然规则的几何外形。

2.非晶体：没有天然规则的几何外形。

问题：外形规则的固体一定是晶体吗？蜡烛，每根都是圆柱形的，它是晶体吗？

蜡烛融化后再凝固，形状各异，没有规则的形状，也就是说蜡烛的圆柱形不是

天然形成的，而是人为加工而成。

这是将饱和的食盐水溶液放在阴凉处，静置几天，食盐逐渐结晶形成的颗粒，

颗粒是正方体形的。这说明晶体的外形是天然形成的。

因此，天然形成的形状规则的固体才属于晶体。

（二）晶体包括单晶体和多晶体

问题：外形不规则的固体一定是非晶体吗？

冰糖，有规则的形状，且是天然形成的，因此冰糖是晶体。然而，冰糖受潮之

后会粘在一起，外形便会是不规则的，但它是由多个冰糖晶体无规律排列而成，我

们称之为多晶体。自然界中许多美丽的矿石都是多晶体。

问题：金属是晶体还是非晶体呢？

我们常见的金属或合金，晶粒非常小，肉眼无法看到，需要用显微镜观察。在

显微镜下观察硬币，发现它是由许多晶粒杂乱无章地排列起来而形成的。因此，常

见的金属或合金都是多晶体。

（三）晶体与非晶体在物理性质上的异同

1.单晶体表现各向异性的特点，多晶体和非晶体表现各向同性的特点。

实验1:

这是方解石，在自然界中分布很广，透过方解石观察文字，会看到两个重叠的

像。因为光入射到方解石上，分解为两束光，沿不同方向折射，我们会在折射光线

的反向延长线上看到两个像。也就是说，我们看到两个像是一束光分为两束光而形

成的，这种现象称为双折射现象。这种现象产生的原因是，光在晶体中传播时，沿

不同方向的折射率不同，晶体的折射率与方向有关，这种性质称为各向异性。这说

明晶体在光学性质上表现各向异性的特点。

透过玻璃观察文字，只看到一个像。因为光在玻璃中传播时，只有一束折射光

线，玻璃的折射率与方向无关，这样的性质称为各向同性。这说明非晶体在光学性

质上表现各向同性的特点。

晶体和非晶体在导热性能上有何区别呢？我们看下面的实验。

实验2：左图为云母片，是晶体，右图是玻璃片，是非晶体。将石蜡分别涂在

两个薄片上，用烧红的钢针接触不涂石蜡的一面，钢针的热量要通过薄片传递给石

蜡。现象：云母片上石蜡熔化的部分呈椭圆形，而玻璃片上石蜡熔化的部分呈圆形。

问题：这一现象说明晶体和非晶体在导热性质上有何异同呢？

回答：该实验说明云母沿不同方向上导热的快慢不同，导热情况与方向有关，

云母在导热方面存在各向异性的特点。玻璃沿不同方向上导热的快慢相同，导热情

况与方向无关，即表现出各向同性的特点。我们用金属片做此实验，发现金属导热

情况与玻璃相同，说明非晶体在导热上表现各向同性的特点。

注意：晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异

性。云母导热性上表现出显著的各向异性，而有些晶体在导电性上表现出显著的各

向异性，如方铝矿，有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石。

2.晶体有固定的熔化温度，即晶体有熔点；非晶体没有固定的熔化温度，即非

晶体没有熔点。

问题：根据是否表现各向异性特点，能区分晶体和非晶体吗？

提示：回顾初中时对晶体和非晶体熔化过程的研究，我们便会找到答案。

（大屏幕展示晶体和非晶体熔化过程，温度随时间变化的图像）

晶体（比如冰）在融化时，温度保持不变；非晶体（比如石蜡）在熔化过程中

温度不断升高，因此，有无熔点是区分晶体和非晶体的重要依据。

3.晶体与非晶体形成过程不同

（大屏幕展示水晶和玻璃）

水晶和玻璃的主要成分都是二氧化硅，而水晶是晶体，玻璃是非晶体，化学成

分相同，为什么会形成不同的物质呢？阅读资料，回答这个问题。

水晶，水中含有饱和的二氧化硅，压力在大气压力的二倍至三倍左右，温度需

在550度-600度之间，再给予适当时间。在水源、压强、温度、时间等均达到一定

条件，水晶晶体才会形成；玻璃，将二氧化硅与其它物质熔融在一起，而后冷却制

成的。晶体和非晶体形成的条件不同，晶体的形成需要更严苛的条件。

（四）晶体的微观结构

1.合理猜想

问题：宏观上，晶体有规则的外形，非晶体没有规则的外形，晶体和非晶体的

微观结构有什么区别呢？原子排列会有什么不同呢？

我们先来看两幅图，阅兵式上，队伍有规则的形状；马路上的人群，整体无规

则形状。

为什么会有这样的不同呢？

回答：这与个体的排列方式有关。士兵排列有序，则队伍有规则形状；行人穿

过马路，无规律地走动，所以整体无规则形状。

猜想：晶体的原子排列是有规律的，所以晶体有规则的外形；非晶体的原子排

列是无序的，杂乱无章的，所以非晶体没有规则的外形。

2.实验验证

当然，仅有猜想是不够的，还需要有实验事实来证明。

我们先来看一个小实验。

光照到两个铅笔间的缝隙上，衍射图样是明暗相间的条纹；光照到小孔上，衍

射图样中间是圆形亮斑。也就是说，衍射图样能够反映障碍物、缝或孔的形状，反

映障碍物的形状特点。

受上述现象的启发，劳厄想到，如果X射线的波长与晶格尺寸比较接近，用X

射线照射晶体，也会发生衍射，衍射图样会反映晶体内部原子排列的信息。科学家

们进行了这样的实验，将晶体放在X射线源和照相底片之间，结果在照相底片上显

示出有规则的斑点群。说明晶体的原子排列确实是有规律的。后来的研究中，科学

家还用电子显微镜观察到原子的像，接着用扫描隧道显微镜观察到原子及其排列情

况，证实了晶体内部原子的排列是规则的、有序的。

3.晶体的微观结构特点

组成晶体的物质微粒依照一定的规律在空间中整齐地排列，食盐晶体的Na离

子和CI离子形成了规则的网络结构，每个离子都在正方体的顶点附近振动，正方体

的顶点是离子振动的平衡位置。

一颗璀璨的钻石和一支写字的铅笔芯有什么异同？

铅笔芯的主要成分是石墨，碳元素构成的晶体，其原子排列是层状的，且层与

层间的距离大，原子间的相互作用较弱，因此石墨质地较为松软，很容易在纸上留

下痕迹。钻石是经过雕琢后的金刚石，也是由碳元素构成的晶体，其空间结构为稳

定的正四面体交替链接而成，碳原子间的作用力很强，是自然界中最坚硬的物质，

它能够划伤任何其他矿物，却没有任何一种矿物能划伤它。

同种原子按照不同规则在空间分布，形成不同的晶体.近年来，科学家将石墨

中这薄薄的一层剥离出来，这种材料叫做石墨烯，是二维的纳米材料，有广泛的应

用前景，下面我们来了解一下。

播放视频，了解科学研究的热门材料石墨烯的应用前景。

新材料的开发和应用，能够改变我们的生活，而应用新材料的前提是掌握材料

的性质和特点。

（五）小结

晶体和非晶体

1.晶体：有确定的熔点。

1）单晶体：具有天然规则的几何形状。

2）多晶体：由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成，没有天然规则的几何形状。

2.非晶体：没有天然规则的几何形状，也没有确定的熔点。

物理性质的不同

单晶体：物理性质表现为各向异性；

多晶体和非晶体：物理性质表现为各向同性。

晶体的微观结构

组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排

列。

5.液体

【教学目标】

一、知识与技能

1.理解液体表面张力的概念。了解表面张力产生的原因。

2.能够解释日常生活中表面张力现象。

3.了解浸润和不浸润的原因和应用。

4.了解毛细现象的原因和应用。

5.了解液晶性质及应用。

二、过程与方法

1.经历液体表面性质的探究，体会科学探究的方法。

2.通过类比法，感知物理化抽象为具体的魅力。

三、情感、态度与价值观

1.领略科学奥妙，激发学习兴趣和对科学的求知欲。

2.增强学生透过现象认识本质的科学意识。

【教学重点】

1.理解液体表面张力的概念。

2.会应用液体表面张力解释相关现象。

【教学难点】

液体表面张力产生的原因。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

上节课我们学习了固体，知道了固体分成晶体和非晶体两类，并且了解了某些

晶体沿不同方向导热和导电性能不同或沿不同方向的光学性质不同，这类现象叫各

向异性。今天我们来继续学习物质的另一种状态一一液体。

发问设疑：同学们能想到它和固体有什么样的区别。

二、新课教学

设置疑问：液体有流动性，会自发的从高处向低处流，我现在塑料薄膜上扎小

孔，把一杯水扣在其上，水会从塑料薄膜上扎小孔上流下来吗？

教师实验

为什么水不会从塑料薄膜上的小孔中流下，我们带着这个疑问来学习本节课的

内容，我们先看四张图片。（PPT展示图片）

学生观察、思考：

为什么水珠、水银滴总是能够呈现出一个固定的形状？水晶停在水面上，水面

能够发生形变？

学生讨论：将水珠与装有水的气球相类比

启发思考：引出本节课研究的对象一一液体的表面好像水气球似的有层膜。

（一）液体的表面张力

学生得到猜想一一液体表面具有收缩性质的力

1.学生分组实验：真在感受液体的表面张力。

①把一根棉线拴在铁丝上（棉线不要拉紧），铁丝环在肥皂水里浸过后，环上出

现肥皂水的薄膜，用热针刺破铁丝环上、棉线两侧肥皂水薄膜的任意一部分，造成

棉线被另一侧薄膜拉成弧形，棉线被拉紧。

②把一个棉线圈拴在铁丝环上，让环上布满肥皂水的薄膜。如果用热针刺破棉

线圈内的那部分薄膜，外边的薄膜会把棉线拉紧呈圆形。

以上实验说明液体表面好像紧张的橡皮膜一样，具有收缩的趋势。

2.液体表面具有收缩趋势的微观解释

液体与气体接触的表面形成一薄层，叫表面层。由于表面层上方是气体，所以

表面层内的液体分子受到周围分子作用力小于液体内部分子，表面层里的分子要比

液体内部分子稀疏一些，这样表面层分子间引力比液体内部更大一些。在液体内部

分子间引力和斥力处于平衡状态，而表面层内由于分子引力较大，因此表面层有收

缩的趋势。

3.表面张力和表面张力系数

液体表面各个部分之间的相互吸引力，叫表面张力。如同一根弹簧被拉伸后，

其中的一圈与另一圈之间有收缩作用一样。

说明表面张力的方向垂直液面分界线，又与液面相切。

表面张力系数是液体表面上单位长度分界线上的表面张力。同一种液体温度升

高，表面张力系数减小。不同液体表面张力系数不同，如水银的表面张力系数较大，

而水又比酒精的表面张力系数大。

4.液面的受力分析：

在液体表面画这样一条线，线两侧的液体之间的作用是引力，这就是液体的表

面张力。它的方向垂直于所画的直线。正是由于液面分子间这种相互吸引，才使得

液面存在这样的引力，使液面收缩。

活动：解释日常生活中的表面张力现象

（1）叶面上的露珠为什么是扁球体，不是球体?

学生回答：重力的影响

提问：如果重力比较小是不是就是球体了

学生分组实验：同学体验儿时的美好时光一一吹泡泡

提问：为什么吹出来的泡泡总是球形的？而不是其他形状？

得出因为表面张力使得液体表面趋于最小，在数学上，具有相同体积的物体，

球形的表面积最小。

（2）太空授课

播放一段我国宇航员王亚平在天宫一号上进行太空授课的视频，引导学生自主

解释太空中的表面张力现象。

展示神舟十号中太空水膜与太空水球，使学生深刻感受表面张力的作用效果。

提问：让学生解释课前实验，为什么，水不会从塑料膜的小孔中流下来？

教师总结，和我们雨天打伞，雨滴不会从伞面上线的间隙中流下原理是一样的。

（二）浸润和不浸润

设置疑问：我们刚才看到的是液体表面层具有表面张力，这个表面层是液体和

空气之间的夹层所具有的特点，那液体和固体接触接触面之间有什么样的特点呢？

设置疑问：我们回想在化学课上用量桶装液体时，应该如何读取数据？液面又

有什么样的特点呢？

设置疑问：是不是所有的液体和玻璃量筒之间的液面都向上弯曲？

1.演示实验：用实物投影幻灯来观察浸润和不浸润现象。

两块方形洁净的玻璃片上各滴一滴水和一滴水银，观察两种液滴在玻璃片上的

状态。

再用洁净的玻璃片分别浸入盛有水和水银的烧杯内，玻璃片从水中取出时其上

附着一层水，而玻璃片从水银中取出时玻璃片上不附着水银。

2.说明浸润和不浸润的定义

液体与固体接触时，液体与固体的接触面扩大而相互附着的现象叫做浸润。如

果接触面趋于缩小而不附着，则叫做不浸润。

3.演示实验：用实物投影幻灯来观察烧杯内水面和另一烧杯内水银面。

由于液体对固体有浸润或不浸润，造成液面在器壁附近上升或下降，液面弯曲，

形成凹形或凸形的弯月面。

4.浸润和不浸润的微观解释

液体与固体接触处形成一个液体薄层，叫做附着层。附着层里的分子既受固体

分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引。如果受到固体分子的吸引力较弱，附着

层的分子就比液体内部稀疏，在附着层里分子间吸引力较大，造成跟固体接触的液

体表面有缩小的趋势，形成不浸润。反之，如果附着层分子受固体分子吸引力相当

强，附着层分子比液体内部更密集，附着层就出现液体相互推斥的力，造成跟固体

接触的液体表面有扩展的趋势，形成浸润。

与