器材

演示實(shí)驗(yàn)：

投影儀、玻璃試管、橡皮塞、熱水、冷水等。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：

DIS(壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)等)、分別裝有二氧化碳、氧氣、空氣等各種形狀的玻璃燒瓶，遠(yuǎn)紅外加熱器。

重點(diǎn)：對p－t圖像的分析討論，得到查理定律。

難點(diǎn)：對p－t圖像物理意義的分析討論，歸納得出結(jié)論，應(yīng)用外推法建立熱力學(xué)溫標(biāo)。

3．情感、態(tài)度價(jià)值觀

(1)領(lǐng)略物理思維方法在探究、分析推理過程中的作用。

(2)由日常生活中的氣體等容變化現(xiàn)象養(yǎng)成觀察身邊的物理現(xiàn)象的習(xí)慣。

(3)在探究過程中體驗(yàn)合作的意義和樂趣，養(yǎng)成共享各自的探究成果的習(xí)慣。

2．過程與方法

(1)運(yùn)用控制變量的方法進(jìn)行DIS實(shí)驗(yàn)。

(2)運(yùn)用外推法建立熱力學(xué)溫標(biāo)，并在對p－T圖像分析的基礎(chǔ)上得出查理定律。

1．知識(shí)與技能

(1)知道一定量的氣體在體積不變的情況下壓強(qiáng)和溫度間關(guān)系的圖象表達(dá)，即p－t圖像和p－T圖像。

(2)知道熱力學(xué)溫標(biāo)，知道絕對零度的物理意義。

(3)理解查理定律。

(4)學(xué)會(huì)用DIS實(shí)驗(yàn)器材完成一定量的氣體在體積不變的情況下壓強(qiáng)和溫度間關(guān)系的

探究任務(wù)，并正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生在學(xué)習(xí)了分子動(dòng)理論和波意耳定律等知識(shí)后，對氣體狀態(tài)變化規(guī)律的研究過程和方法有一定了解的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究氣體的等容變化過程及其規(guī)律。從科學(xué)研究方法來看，熱學(xué)作為一個(gè)獨(dú)立的知識(shí)體系，它在繼承力學(xué)的許多研究方法的同時(shí)，又增添一些新的研究方法--外推法(也稱極限思維法)，并導(dǎo)致熱力學(xué)溫標(biāo)的創(chuàng)立；建立微觀氣體模型對宏觀規(guī)律獲得本質(zhì)的認(rèn)識(shí)等。

學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容需要理解氣體的體積、壓強(qiáng)和溫度這三個(gè)狀態(tài)參量和氣體的狀態(tài)變化之物理意義，并且要了解探究氣體狀態(tài)變化規(guī)律常用的方法--控制變量法和使用DIS實(shí)驗(yàn)器材的一些必備技能。

通過氣球加熱后破裂等情景引入，使學(xué)生定性認(rèn)識(shí)到一定質(zhì)量的氣體在體積不變時(shí)其壓強(qiáng)變化與溫度變化的趨向相同。

通過對不同種類、不同體積的氣體進(jìn)行DIS實(shí)驗(yàn)探究，在計(jì)算機(jī)上得到p－t圖像，并要求學(xué)生作圖，然后通過對p－t圖像的分析、討論，理解壓強(qiáng)隨溫度變化是線性的關(guān)系和圖線在縱軸與橫軸上截距的物理意義。

應(yīng)用外推法合理外推圖線，創(chuàng)建熱力學(xué)溫標(biāo)，并得到查理定律。

本節(jié)課的學(xué)習(xí)體現(xiàn)出以學(xué)生為學(xué)習(xí)的主體，在獲得知識(shí)的同時(shí)，感受科學(xué)探究的過程與方法，學(xué)會(huì)應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)研究實(shí)際問題，應(yīng)用物理思維方法進(jìn)行推理分析、得出結(jié)論，促使學(xué)生形成樂于探究的情感。

(三)分子晶體

1、定義：分子間以分子間作用力(范德華力，氫鍵)相結(jié)合的晶體叫分子晶體。

(1)構(gòu)成分子晶體的粒子是分子；

(2)分子晶體的粒子間的相互作用是范德華力；

(3)范德華力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵的作用；

(4)分子晶體熔化破壞的是分子間作用力。

2、典型的分子晶體

(1)所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX

(2)部分非金屬單質(zhì)：X2、 N2、 O2、 H2、S8、P4、C60

(3)部分非金屬氧化物：CO2、SO2、N2O4，P4O6， P4O10

(4)幾乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4

(5)大多數(shù)有機(jī)物：乙醇，冰醋酸，蔗糖

3、分子晶體的物理特性：

某些分子晶體的熔點(diǎn)

由于范德華力很弱，所以分子晶體一般具有：

(1)較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)；

(2)較小的硬度；

(3)一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。

[思考1]為何分子晶體的硬度小，熔沸點(diǎn)低？

因?yàn)闃?gòu)成晶體的微粒是分子，分子之間以分子間作用力(主要是范德華力)相結(jié)合，范德華力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵的作用。

[思考2]是不是在分子晶體中分子間只存在范德華力？

不對，分子間氫鍵也是一種分子間作用力，如冰中就同時(shí)存在著范德華力和氫鍵。

[思考3]為何干冰的熔沸點(diǎn)比冰低，密度卻比冰大？

　　 由于冰中除了范德華力外還有氫鍵作用，破壞分子間作用力較難，所以熔沸點(diǎn)比干冰高。由于分子間作用力特別是氫鍵的方向性，導(dǎo)致晶體冰中有相當(dāng)大的空隙，所以相同狀況下體積較大。又由于CO2分子的相對分子質(zhì)量>H2O分子的相對分子質(zhì)量，所以干冰的密度大。

4、分子晶體的結(jié)構(gòu)特征

大多數(shù)分子晶體結(jié)構(gòu)有如下特征：

(1)如果分子間作用力只是范德華力。以一個(gè)分子為中心，其周圍通�？梢杂袔讉�(gè)緊鄰的分子。如O2、C60、CO2，我們把這一特征叫做分子緊密堆積。

(2)如果分子間除范德華力外還存在著氫鍵，分子就不會(huì)采取緊密堆積的方式。如在冰的晶體中，每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子，形成正四面體。氫鍵不是化學(xué)鍵，比共價(jià)鍵弱得多卻跟共價(jià)鍵一樣具有方向性，而氫鍵的存在迫使四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引，這一排列使冰晶體中空間利用率不高，皆有相當(dāng)大的空隙使得冰的密度減小。

5、分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較規(guī)律

分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時(shí)需要的能量就越多，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)就越高。因此，比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低，實(shí)際上就是比較分子間作用力(包括范力和氫鍵)的大小。

(1)組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點(diǎn)越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。

(2)分子量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點(diǎn)高，如CO>N2

(3)含有氫鍵的，熔沸點(diǎn)較高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

(4)在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，熔沸點(diǎn)越低。如沸點(diǎn)：正戊烷>異戊烷>新戊烷；芳香烴及其衍生物苯環(huán)上的同分異構(gòu)體一般按照“鄰位>間位>對位”的順序。

(二)晶胞

1、晶胞的定義：晶體結(jié)構(gòu)中的基本單元叫晶胞。

(1)晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中截取出來的大小、形狀完全相同的平行六面體。晶胞代表整個(gè)晶體，無數(shù)個(gè)晶胞堆積起來，則得到晶體。

(2)整個(gè)晶體是由晶胞“無隙(相鄰晶胞之間沒有任何間隙)并置(所有晶胞都是平行排列的，取向相同)”堆砌而成。晶胞的無隙并置體現(xiàn)了晶體的各向異性(強(qiáng)度、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì))和緊密堆積(緊密堆積指由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。)。

(3)晶胞內(nèi)微粒的組成反映整個(gè)晶體的組成，求出晶胞中微粒的個(gè)數(shù)比就能寫出晶體的化學(xué)式。

2、晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算方法：

(一)晶體與非晶體

1、晶體的定義：晶體是由原子或原子團(tuán)、離子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。非晶體是原子、分子或離子無規(guī)則地堆積在一起所形成的固體。

(1)一種物質(zhì)是否是晶體是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，而非由外觀判斷。

(2)晶體內(nèi)部的原子有規(guī)律地排列，且外觀為多面體，為固體物質(zhì)。

(3)周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。

2、晶體與非晶體的本質(zhì)差異

(1)自范性：晶體能自發(fā)性地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。

(2)晶體自范性的本質(zhì):是晶體中粒子微觀空間里呈現(xiàn)周期性地有序排列的宏觀表象。

(3)晶體自范性的條件之一：生長速率適當(dāng)。如熔融態(tài)的二氧化硅，快速地冷卻得到瑪瑙，而緩慢冷卻得到水晶。

3、晶體形成的一段途徑：

(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固。如從熔融態(tài)結(jié)晶出來硫晶體。

(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。如凝華得到的碘晶體。

(3)溶質(zhì)從溶液中析出。如從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅晶體。

4、晶體的特點(diǎn)：

(1)均勻性

(2)各向異性

(3)自范性

(4)有明顯確定的熔點(diǎn)

(5)有特定的對稱性

(6)使X射線產(chǎn)生衍射

6. 了解金剛石等典型原子晶體的結(jié)構(gòu)特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。