部分高中物理新教材《热力学》分析（浙江省高中物理新教材（下册）编写会材料） 东阳中学 一、新旧教材对比 1、两个教学大纲教学内容及要求对比 2000年修订的物理教学大纲（实验性修订本） 1990年修订的物理教学大纲（修订本） 8、分子热运动 能量守恒定律 分子动能论 热与功 分子热运动（A） 分子热运动的动能（A） 分子间相互作用力（A） 分子势能（A） 分子热运动 布朗运动 分子动能 分子间相互作用力 分子势能 物体的内能（A） 热（A） 改变内能的两种方式（A） 物体的内能 热 改变物体内能的方式对象：功和传热 热力学第一定律（A） 能量守恒定律（B） 热力学第二定律（A） 永动机是不可能的（A） 能量转换与守恒定律及其意义 能源开发与利用（A） 能源利用与环境保护（A） 能源利用与能源开发 固体与液体 固体和液体的性质*固体的微观结构*晶体与非晶体 晶体与非晶体*空间晶格*液体的微观结构*液晶*液体的表面张力现象与毛细现象 液体的表面张力 润湿现象*毛细现象*熔化与凝固 10、气体的性质 气体的实验定律（A） 气体的状态和状态参数 气体的等温变化 波义尔定律 气体的等容变化 查理定律 热力学温标 理想气体（A） 克拉佩龙方程（B） 普适气体常数（B） 理想气体 理想气体的状态方程 气体分子运动特性（A） 微观意义气体压强(B) *湿度 *气体的液化 *气体的汽化 湿度计 2、几点说明： 1）修订版物理教学大纲和新教材有三个明显的特点： （1）将教学内容要求分为A、B两个层次，以便在教学中掌握每个知识点的难易程度；但20项必修教学内容（必修+选修）中，只有5项内容为B级（阿伏伽德罗常数B、能量守恒定律B、克拉佩龙方程B、普适气体常数B、气体压强的微观意义B），其余均为A级，仅占25%。而且从近期调整后的新教学内容来看，克拉佩龙方程、普适气体常数等2项内容被删除。
因此，在热力学部分的教学中，要注意知识的深度，不要把这部分内容弄得太难。例如，在气体压强的计算中，教材中的压强主要采用国际单位——帕斯卡，实际操作中也会用到“标准大气压”和“毫米汞柱”，这两个单位不是法定单位。教材P65的注释中也写到：在国家标准中，“标准大气压”和“毫米汞柱”是不建议使用的单位，因此要求学生能够进行三种压强单位之间的换算，不要在压强之间的单位换算上花费过多的时间。在利用能量守恒定律解题过程中，不要以单位换算为重要目标来设计例题和练习，尤其不要在题中用不再使用的单位让学生换算计算； 例如，一个质量为mkg的物体从hm的高度落下，设水的比热容为1cal/g.0c，下落过程中有40%的机械能转化为物体的内能，则物体的温度上升了多少度？这类问题应该删除，如果要用，比热容的单位应该采用国际单位。（2）在教学内容方面，热学部分的知识也按照新教材增加了，但定量计算要求减少了，难度降低了。例如，热力学第一定律、热力学第二定律、永动机的不可能性、能源利用与环境保护、克拉佩龙方程、普适气体常数、气体分子运动特性、气体压强的微观意义等都是新物理教学大纲增加的新知识内容，并增加了学生实验“利用油膜法估算分子大小”。
原教材中“气体性质”一章中较难的计算，都是用力学知识结合气体实验定律、理想气体状态方程来解决的。在教学中应大大降低这部分内容的计算难度，因此应改变传统的把教学重点放在这部分内容的计算上的做法。（3）可选内容也增加了。例如，*固体的微观结构、液体的微观结构*液晶等；教材还增加了阅读材料：纳米技术、统计规律、气体压强公式等；这说明新大纲的要求和教材的编写更加注重与现代技术的应用相结合，如液晶、纳米技术等。这是我们在使用新教材时要注意的重要问题。2）热学部分是学生第一次进入微观世界（初中涉及的很少），学生的思维会有较大的坡度。 因此，教学的重点，一是要花在学生对基本概念、规律的理解上，二是要发展学生的思维能力和空间想象能力，帮助学生对微观问题有更清晰的认识，即“微观问题变宏观”。决不能人为地增加教学难度。我想，新教学大纲重新调整的目的也正是为了这个原因。所以，新教材中“不怕教浅，就怕教深”的说法是有道理的。从第一版教材的使用情况来看，教学难度普遍偏高，学生比以前更难接受。原因有二：一是教师的教学观念没有改变。 在教学中增加教学内容是毋庸置疑的，但教师对于被删除的内容是否会教给学生并没有信心，比如碰撞（弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞）、体系的动能定理，以及动能、重力势能、弹性势能相互转化过程中机械能的守恒。
二是对定量计算要求过高。3、与原教材相比，新教材的具体内容在：设计上更加合理，可读性更强，内容更加丰富，演示实验设计更符合实际，错误更少，更方便学生阅读，对理解难点知识有更多的提示和讲解，更加注重对学生学习方法的指导。介绍扫描隧道显微镜和它的发明者谁获得了1986年的诺贝尔物理学奖。原教材介绍的是用可放大200万倍的离子显微镜拍摄的钨针尖表面原子分布的照片（黑白），而现在的教材介绍的是用可放大几亿倍的扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排列情况（彩色图），更加科学，更贴近科研前沿，照片看起来更清晰。建议：简单介绍一下扫描隧道显微镜的原理、主要功能，以及它在科研中的重要作用（或查阅相关资料让学生了解）； 简单介绍扫描隧道显微镜的发明人葛宾尼和罗勒的简历，帮助学生了解这方面最新的研究动态和一些史实。 （2）强调简化模型的建立 教材P30中的分子简化模型对分子进行了概括：把分子看作小球是分子的简化模型。其实分子内部结构复杂，并不是真正的小球。所以要知道分子的直径有多大，一般只要知道分子的数量级就足够了。分子直径的数量级提供了分子尺寸的定量概念，使我们了解分子有多大。 建议：这是力学中继点质量、弹簧振子、单摆等理想模型之后建立的又一个理想模型，学生理解起来不会有太大困难。
但要注意把微观分子宏观化，首先学生要知道物理模型的建立既可以是宏观物体，也可以是微观物体，进而理解建立理想模型的重要性，从而拓展了对理想模型的认识。其次学生要理解把实体转化为模型的重要性。把实体（现实物体）转化为模型的能力是学习物理的一项重要能力，要重视学生这种能力的培养。在学习了分子运动论和气体含量后，要让学生明确，最简单的分子模型，不但把分子看成小球，而且把这些小球看成独立的自由粒子，它们之间的分子力可以忽略，分子的重量也可以忽略，那么分子就可以到达任意空间，这就是理想气体的分子模型。B.理想气体模型教材P73方框中的描述，可以帮助学生理解理想气体的概念，理想气体是不存在的高中物理的变化，它是真实气体在一定程度上的近似，是一个理想化的模型。 很多实际气体，特别是那些不易液化的气体，如氢气、氧气、空气、氦气等，在常温常压下，其性质与理想气体相似，可以按理想气体处理。这样处理不仅简单，而且结果的误差小。与原教材相比，突出了模型的概念。原必修教材中说：为了研究的方便，我们想象一种严格遵守实验规律的气体，这样的气体称为理想气体。（3）教材教学内容的呈现方式与旧教材有较大不同。A.增加了“思考与讨论”的内容，帮助学生理解或扩展知识面。
P34“思考与讨论”：布朗运动不能因外界影响而引起，目的是加深学生对布朗运动本质的理解，明确本实验为间接验证实验。P41“思考与讨论”旨在让学生通过自己的理解，推导出热力学第一定律中内能变化、热量、功的正负，明确正负符号的物理意义。P49是让学生“思考、讨论”煤炭、石油中太阳能与化学能的转化方式，可以扩大学生的知识面。P69“思考与讨论”是让学生讨论从一定质量的气体在不同温度下的几条等温线可以得到的相关信息（曲线形状为双曲线；温度越高，曲线离原点越远；对于一定质量的某种气体，当体积不变时，温度升高，压强增大；当压强不变，温度升高，体积增大等）。 P70上的“思考与讨论”是让学生从讨论某种气体一定质量在不同体积下的等容线中得到相关信息。建议：这些内容可以用来培养学生的学习能力，不要让这些有效的材料白白浪费。B.对学生容易误解的重点内容和知识点增加边注和方框，以吸引学生的注意力。C.演示实验的图示更加直观，并简单介绍了实验设备和重要的操作流程，可以帮助学生理解演示实验所讲解的问题。（4）增加的内容还包括A.分子间力与距离的关系；提出热力学能的概念：物体做热运动时所有分子的动能和分子势能的总和称为该物体的热力学能，也叫内能，比初中科学中的热能概念更准确，原教材中提出的内能是一种延伸。
增加了“气体对外做功，内能减小”、“气体分子的扩散”等实验，模拟“气体分子压强大小与两个因素的关系”。 B.动手：观察晶体；学生可以在课外观察各种宝石，查阅资料，了解各种晶体。缝纫针浮在水面上；测量露点等。 C.研究性学习课题研究实例：研究材料的保温性能，估算高压锅中水的温度。 2.教学建议 教材热学部分介绍了研究热现象的两种方法——宏观方法和微观方法。从宏观角度研究热现象的规律，引入内能的概念，给出热力学第一定律和能量守恒定律，并将内能与其他形式的能量联系起来；从微观角度研究，从物质的微观结构出发，建立分子运动论。这两种方法相辅相成。 与初中相比，一是增加了定量的内容，如能量守恒定律、热力学第一定律、一定质量气体的三个状态参量之间的关系等；二是强调微观线索，用微观解释宏观现象。教学中要充分体现宏观与微观相结合的特点。分子动能论中关于能量守恒定律的章节，分为两部分：一是分子动能论的基础，二是能量概念的拓展。要有效地讲授这一章的内容，首先要了解分子动能论的起点知识，初中已经学过哪些知识，有哪些实验基础。1、教学大纲要求学生掌握分子动能论的基本内容：物质是由大量分子组成的，分子在做着无休止的无规则运动，分子之间存在间隙，分子间存在相互作用力。
初中生所了解的分子运动论的内容有：分子的扩散运动、分子间的间隙、分子间的解离力和吸引力。所学的实验有：分子运动速度与温度的关系、碘分子的随机运动、红墨水与酒精和水混合后在热水和冷水中的扩散运动。教学重点讲授分子的热运动和分子间的吸引力和排斥力。建议：加强学生的感性认识，以好实验为教学基础，用恰当的比喻帮助学生了解微观世界的端倪。做好这个实验的关键是配制溶液和调节显微镜。（1）配制方法：提出建议，让学生动手配制。在小烧杯中放入约50ml清水，滴入几滴黄色广告颜料，充分搅拌，使混合溶液呈淡黄色。 （其它方法还有用碳墨汁或磨碎的墨水，方法相同：将数滴碳墨汁或墨水滴入50ml清水中，充分混匀）。或用花粉做此项实验，也有很好的效果。 （2）用玻片：根据实验情况，在玻片上放一块石蜡，在酒精灯火焰上加热，使蜡溶化，蜡层要厚薄均匀，冷却后用小刀在蜡层中间刮一个2mm方孔，将悬浮液滴入玻片上的石蜡孔内，盖上盖玻片。还有一种方法是将悬浮液直接放在两块盖玻片之间，第二种方法比前一种方法效果更好，原因是显微镜在放大600倍时视野很小，而溶液厚度比较厚，观察的颗粒经过一段时间后可能向下（深处）移动，观察不到。 然而高中物理的变化，盖玻片之间的溶液是一层薄薄的层，任何方向的移动都在视野范围内。
（3）放大法：一是采用总放大倍数为600倍左右的光学显微镜（一般目镜放大倍数为12.5，物镜放大倍数为40），学生分组观察；二是让学生通过实物投影仪观察（要求显微镜照相机的放大倍数在600倍以上）。此法费用相对较高，有现成显微镜照相机的学校做此项实验较好。为了让学生对分子的不规则热运动有深刻的认识，应结合实验或例题，不仅讲解气体、液体的扩散运动，还要讲解固体的扩散运动。红墨水的扩散运动实验，初中时曾做过。重点讲解气体的扩散运动实验。课本P32中，两个倒置的广口瓶中装有二氧化氮和空气，中间放有玻璃板。 取下玻璃板后，经过一段时间，两个瓶中气体的颜色变得均匀。二氧化氮的制备方法：在广口瓶中加入铜，然后倒入浓硝酸（比例为1：4），盖上玻璃板。2）分子间作用力演示仪器（铅筒实验）