1、選修3-3教材全解第七章 分子運動論 章首語：古希臘學者德謨克列特認為這是由于花的原子飄到了人們的鼻子里。他認為“只有原子和虛空是真實的?！惫湃说脑诱撝皇菍儆谒急娴姆懂?，無法得到實驗驗證。隨著 滲透科學方法的教育。中國古代的學者第1節(jié) 物體是由大量分子組成的 P2實驗：用油膜法估測分子的大小 分成了三個小問題，效果就不一樣： 1. 怎樣估算油酸分子的大??？ 2. 如何獲得很小的1滴油酸？怎樣測量它的體積？ 3. 如何測量油膜的面積？ 這樣 就可以算出油酸分子的尺寸。 提出問題有助于鼓勵學生獨立思考，思維有條理，搭臺階。第2節(jié) 分子的熱運動 P7布朗運動的解釋：統(tǒng)計起伏。不必講給學生提這個術語

2、，但可舉例。 P7說一說：圖7.2-5是法國物理學家佩蘭（J. B. Perrin）在1908年研究布朗運動時對三個運動微粒位置變化的真實記錄。根據(jù)這個實驗事實，你能不能否定布朗運動是由外界因素（例如振動、對流等）引起的說法？圖7.2-5 這是個科學探究：已經提出了問題，有人做出了猜想與假設，需要學生進行分析和論證（最終要否定）。不一定相同的答案，有道理就行。第3節(jié) 分子間的作用力與原來的教材相比，內容相同，但臺階很細：請在圖7.3-2中作出一個分子所受另一個分子的斥力與引力的合力隨分子間距離r變化的圖象。例如，當rOP時，這個分子所受斥力的大小可以用線段PC的長度表示，所受引力的大小用PD的

3、長度表示。從C向下作CQPD，于是線段PQ的長度就代表了合力F的大?。篎F斥F引。圖7.3-2圖7.5-1分子間的作用力與距離的關系再作出r取其他大約10個值時代表合力的點，連成平滑曲線。這條曲線將在第5節(jié)用到，因此作圖時要盡可能準確。討論這條曲線的含義。第4節(jié) 溫度和溫標 本節(jié)思路系統(tǒng)、狀態(tài)參量平衡態(tài)（指一個系統(tǒng)的狀態(tài)）（各宏觀部分之間沒有能流、粒子流力學、熱學、化學）熱平衡（指兩個系統(tǒng)間的關系）（狀態(tài)參量不變）共同的某個熱學物理量稱為溫度（氣體共同的力學量壓強、導體共同的電學量電勢 ）“平衡態(tài)”、“熱平衡”、“溫度”都不追求嚴格的定義P13熱力學溫標只要求會換算：T = t +273.15

4、 K國家標準：表示溫度差時“K”與“”通用第5節(jié) 內能圖7.5-1P16圖7.5-1的目的：原來習慣于通過力了解運動趨勢還要習慣于通過勢能了解運動趨勢思考與討論假定兩個分子的距離為無窮遠時它們的分子勢能為零。使分子A固定，分子B在外力作用下從無窮遠逐漸向它靠近，直至相距很近很近。兩分子距離為r0時分子間的引力與斥力平衡。把移動過程分為rr0和rr0這樣兩個階段。1. 這兩個階段中外力在做正功還是負功？分子勢能各在怎樣變化？2. 分子勢能何時最低？3. 在圖7.5-1中畫出分子勢能Ep與分子距離r關系的曲線，要求表現(xiàn)出Ep最小值的位置及Ep變化的大致趨勢。4. 如果兩個分子只受兩者間分子力的作用

5、，從力的角度講，什么情況下兩分子處于平衡狀態(tài)？從分子勢能的角度講呢？這是個練習，練習功、勢能、力三者的關系。本節(jié)給出了內能的分子物理學定義，后面還要從熱力學角度給出定義。第八章 氣體第1節(jié) 氣體的等溫變化課程標準要求：“通過實驗，了解氣體實驗定律”圖8.1-1研究氣體等溫變化的實驗裝置本書只做關于玻意耳定律的實驗。再次用到通過圖象尋找規(guī)律的方法：圖8.1-2第2節(jié) 氣體的等容變化和等壓變化等容變化和等壓變化都不再做實驗。P23要把坐標軸位置變化的意義說清楚：圖8.2-1等容變化P24做一做：測繪燒瓶內空氣的 V-T圖象，可不做。P25思考與討論：本意是訓練從圖象獲取信息的能力第3節(jié) 理想氣體的

6、狀態(tài)方程十幾年來氣體內容有上有下，矛盾的選擇。課標要求：“了解氣體實驗定律”2002年大綱要求：“氣體的體積、壓強、溫度間的關系（A）”。二者都是較低要求，但大綱提的是“的關系”，而課標提的是“實驗定律”，既是定律，就是定量的。第4節(jié) 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義本節(jié)十分重要。P31實驗是初次接觸統(tǒng)計規(guī)律。要向學生解釋清楚，表中填什么。實驗記錄正面朝上硬幣個數(shù)的出現(xiàn)概率P32第一段是社會生活中的統(tǒng)計意義，要講給學生。P32倒數(shù)第二段第一行分子的“數(shù)密度”與“密度”不同。P33是理論分析的結果，分析的過程不講，但這個結果要講給學生，讓學生明白它的意思。圖8.4-2和表8.4-1P32公式不要背，更不要做

7、題，它出現(xiàn)的目的是對“溫度是分子平均動能的標志”的說明。P33氣體壓強的微觀意義、P34對氣體實驗定律的微觀解釋，物理學不滿足于定性解釋，但是 第九章 物態(tài)和物態(tài)變化第1節(jié) 固體P38原來說“晶體有規(guī)則的幾何形狀”，現(xiàn)在不說了，用的是列舉的方法：、是晶體；是什么形狀的、是什么形狀的但明確地說“非晶體沒有確定的幾何形狀”。多晶體。P40思考與討論：通過晶體呈現(xiàn)的特殊物理性質，你認為晶體在微觀結構上可能有什么特點？科學探究。P43問題與練習第1題1. 有一塊物質薄片，某人為了檢驗它是不是晶體，做了一個實驗。他以薄片的正中央O為坐標原點，建立x-y平面直角坐標系，在兩個坐標軸上分別取兩點x1和y1，

8、使x1和y1到O點的距離相等。在x1和y1上分別固定一個測溫元件，再把一個針狀熱源放在O點，發(fā)現(xiàn)x1點和y1點的溫度在緩慢升高，但兩點溫度的高低沒有差異。于是得出結論，這塊薄片是非晶體。顯然，以上結論存在著科學性問題。請你具體說明：以上實驗結論的形成，存在著什么科學性問題？科學思維和科學方法的練習。第2節(jié) 液體“演示”、“實驗”、“說一說”、“做一做”都帶有問題，體現(xiàn)了課程理念。不是重點。第3節(jié) 飽和汽與飽和汽壓P51思考與討論：裝在敞口容器里的液體，由于蒸發(fā)，過一段時間后會全部消失。而盛在密閉容器里的液體，即使過很長時間，也不會減少。難道密閉容器里液體的分子不再飛離液面嗎？動態(tài)平衡的概念和質

9、疑的習慣。不難，要求也不高。課標的初衷：與生活密切相關。第4節(jié) 物態(tài)變化中的能量交換 略第十章 熱力學定律圖10.1-1壓下活塞，觀察筒底物品的變化。第1節(jié) 功和內能 P60演示 在有機玻璃筒底放置少量易燃物，例如硝化棉，或浸過乙醚的棉花、火柴頭等。迅速壓下筒中的活塞，觀察筒底物品的變化。 這個實驗說明了什么？寫法的變化，目的是影響學生的學習方式P60焦耳實驗與內能概念的思路背景：19世紀30年代以來，大家認識到做功和傳熱都可以改變系統(tǒng)的熱學狀態(tài)。焦耳力求尋找二者的定量關系（已有猜想）。焦耳的兩類實驗：重物下落攪動水，做功；重物下落帶動發(fā)電機，用電流對水加熱（電功）。結論：不管直接做功還是通過

10、電機做功，不管做功快慢（電流大?。?，只要上升的溫度相同，所做的功就相同。對結論的分析：存在一個物理量，它的單位與能量（功）相同且與溫度密切相關，它與系統(tǒng)的狀態(tài)相對應 根據(jù)我們對功能的關系的認識，根據(jù)以前處理勢能和動能的經驗，定義了內能（熱力學定義）P62第1題1. 分子動理論中是怎樣引入系統(tǒng)內能概念的？熱力學中是怎樣引入系統(tǒng)內能概念的？為什么說它們是一致的？系統(tǒng)吸收的熱、外界對它做的功，哪里去了？分子的動能和分間的勢能。這里面實際已經有了能量轉化的思想。第2節(jié) 熱和內能第3節(jié) 熱力學第一定律 能量守恒定律兩節(jié)一起說焦耳定律的實質：一定數(shù)量的功與確定數(shù)量的熱相對應。在此基礎上定義了內能（存在著一

11、個態(tài)函數(shù)）。P65得出熱力學第一定律的思路：只有傳熱時U = Q，只有做功時U = W；既然二者等價，那么又有做功又有傳熱時U = Q + WU、Q、W這幾個物理量正負號的意義不同書中寫法不一樣，要習慣。P65下面的思考與討論的目的就在于此。不要從能量守恒的角度“得出”熱力學第一定律。教師不要講錯，但對學生不做要求。P66能量守恒定律的建立過程能量守恒定律不是由某一個人通過某一項研究而得到的。從18世紀末到19世紀40年代，不同領域的科學家從不同角度都提出了能量守恒的思想。人類對于能量守恒的認識經歷了一個由淺入深、由含糊到清晰的過程。俄國化學家蓋斯于1836年發(fā)現(xiàn)，任何一個化學反應，不論是一步

12、完成，還是分幾步完成，放出的總熱量相同，這表明在一個確定的化學反應中能量是個不變的量。這一發(fā)現(xiàn)被認為是能量守恒定律的先驅。德國醫(yī)生J. R. 邁爾任船醫(yī)時，在熱帶地區(qū)看到海員靜脈中的血比在歐洲時更紅，他聯(lián)系到L. A. 拉瓦錫的燃燒理論，認為在熱帶時人體會從外界獲得一些熱量（或說人體向外界散發(fā)的熱量較少），因而機體需要從食物獲得的熱量較少，食物氧化過程減弱，靜脈血中留下較多的氧，顯紅色。他由此想到食物中化學能與熱能的等效性。邁爾還從海員談話中聽到海水在暴風雨中較熱，于是想到熱與機械運動的等效性。他在1841年和1842年連續(xù)寫出論“自然力”（指能）守恒的論文，并推算了多少熱與多少功相當。因此，

13、邁爾是公認的第一個提出能量守恒思想的人。以上思想說明這些人已經朦朧地意識到不同形式的運動之間可以相互轉換，轉換過程中某個物理量可能是不變的，但還沒有定量的描述。焦耳的實驗精確地測量了做功與系統(tǒng)狀態(tài)變化之間的關系，也就是精確地測量了做功與傳熱之間的等價關系，從而為能量守恒定律奠定了鞏固的實驗基礎。德國科學家H. 亥姆霍茲在不了解邁爾和焦耳的研究的情況下，從永動機不可能制成這一事實出發(fā)，考察了自然界不同的力（指不同的能）之間的相互關系，提出了“張力”（即勢能）與“活力”（即動能）的轉換。他還分析了在電磁現(xiàn)象和生物機體中能的守恒問題。此外，還有好幾位科學家對這條定律做出了貢獻。P68永動機永恒的話題

14、與過去的寫法不同制造永動機的千萬次失敗使人們的頭腦冷靜下來，開始在更深層次尋找失敗的原因 這使得人們走出迷夢，去研究各種能量形式相互轉化的規(guī)律，促成了能量守恒定律的建立。我國物理學家馮端教授指出：除了要為焦耳、亥姆霍茲和邁耶這些做了杰出貢獻的人樹碑立傳外，還應建立一個無名英雄紀念碑，其上最合適的銘文將是“紀念為實現(xiàn)永動機的奮斗而失敗的人們”，這是因為人類在探索自然規(guī)律的過程中必然有各種假設，雖然后來發(fā)現(xiàn)某些假設是錯誤的，但正是前人的失敗才使后人的思考走上了正路。第4節(jié) 熱力學第二定律P69思考與討論你見過這些現(xiàn)象嗎？1. 把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，過一會兒，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后

15、水和雞蛋的溫度相同?？赡馨l(fā)生這樣的現(xiàn)象嗎：原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發(fā)地降低而雞蛋溫度上升，生蛋變成了熟蛋？ 2. 一滴墨水滴進一杯清水中，不久整杯水都均勻地變黑了。有沒有這樣的“逆過程”：這杯均勻黑水中的小炭粒又自發(fā)地聚集在一起，成為一滴墨水，而其余部分又變成了清水？3. 在平地上滾動的足球由于克服摩擦力做功，其動能轉化為內能，最終停了下來，同時足球、地面及周圍空氣的溫度略有上升。會不會有這樣的現(xiàn)象：靜止的足球和地面、周圍的空氣自發(fā)地降低溫度釋放內能，并將釋放出的內能全部轉化為動能，讓足球又滾動起來？4. 裝著壓縮氣體的鋼瓶，打開閥門后會聽到“哧”一聲，氣體噴到外面。會不會有

16、這樣的現(xiàn)象：外面的氣體自發(fā)地進入鋼瓶，使瓶內的壓強變大？P7072熱力學第二定律的兩種表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體（克勞修斯表述）。不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響（開爾文表述）。不要求學生在邏輯上從一種表述推出另一種表述。重點是明白宏觀現(xiàn)象的方向性，會說出這兩個表述就可以了，不要考查對兩個表述的理解。P73第3題與熱力學第二定律無關，目的是借機進行效率的練習。此題特點是只給最原始的素材，解題所需的條件不完備，還要自己找。圖10.4-7燒水前后煤氣表的示數(shù)3. 小李想估測煤氣灶燒水時的效率。他在開水壺里裝了體積2.5 L的水，測得燒水前的水溫是15 ，水燒

17、開后便停止加熱。燒水前后煤氣表的的示數(shù)如圖10.4-7所示。為了得出煤氣灶燒水的效率，他還要知道什么數(shù)據(jù)？請用字母表示相關數(shù)據(jù)，指出所用的單位，列出計算效率的表達式。第5節(jié) 熱力學第二定律的微觀解釋 P74有序和無序，宏觀態(tài)和微觀態(tài) 撲克牌的例子：有序和無序？有序無序的相對性？有序的程度？只要確定了某種規(guī)則，符合這個規(guī)則的就是有序的。 宏觀態(tài)和微觀態(tài)？ 如果一個宏觀態(tài)對應著較多微觀態(tài)，此宏觀態(tài)較為無序。 學生站隊的例子： P75氣體向真空的擴散 以此現(xiàn)象為例，解釋為什么宏觀過程會有方向性。圖10.5-1甲乙丙丁是4個不同的微觀態(tài)，但甲乙屬于同一個宏觀態(tài)，丙丁屬于另一個宏觀態(tài)。 P75思考與討論

18、對于A、B、C、D這4個分子來說，“左右各有2個分子”的微觀狀態(tài)有多少個？“左室有1個分子，右室有3個分子”的微觀狀態(tài)有多少個？可以把幾種情況用圖表示出來，然后進行統(tǒng)計。如果數(shù)學課中學過了“排列與組合”，計算可以簡單些。 宏觀觀察并不能區(qū)分甲乙兩個微觀態(tài)，它們屬于同一個宏觀態(tài)。 等概率原理： 所有可能的微觀態(tài)，它們各自出現(xiàn)的概率是一樣的。P76表格：4個分子在左右兩室分布情況對應的微觀態(tài)數(shù)分布情況左0右4左1右3左2右2左3右1左4右0微觀態(tài)個數(shù)14641“左2右2”這種宏觀上看來均勻分布的情況，所對應的微觀態(tài)的個數(shù)最多，“左0右4”、“左4右0”這種極端不均勻的宏觀態(tài)所對應的微觀態(tài)的個數(shù)很少。結論：與更多微觀態(tài)對應的那些宏觀態(tài)，出現(xiàn)的概率更大。P76積木的例子：P77熵：P77的表格幾個關系宏觀態(tài)的名稱對應的微觀態(tài)的個數(shù)人們對宏觀態(tài)的描述過程自發(fā)進行的方向甲較少比較有序甲乙乙較多比較無序一個宏觀系統(tǒng)（平衡態(tài)）的熵，與它所對應的微觀態(tài)個數(shù)的關系：S = kln 明白式中符號的意義即可，不要背，不要做題。P78在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小。 P78做一做目前“熵”這個詞的應用十分廣泛，已經超出了物理學的范疇，深入到信息