回归教材追本溯源
——架起教材与高考的桥梁（《选修3—3》）

2016-03-21 02:28江苏

教学考试(高考物理) 2016年3期

江苏秋飏

江苏秋飏

回归教材本真，再现思维过程。

在新课标考试大纲中，《选修3—3》内容共15个考点和1个实验。考点少，命题相对稳定，如以气体实验定律为核心考查学生的综合分析能力；以其他知识单一纵向或者多个知识横向组合考查学生的理解能力，难度看似中等。但是从每年的得分情况看，并不乐观，主要原因有两个方面，一个是该部分内容零散，另一个是与大家的重视程度不够有关。所以，高考备战中，一定要紧扣教材，力争在此突破。

【考点要求】《选修3—3》为选考内容，主要板块为：分子动理论与统计观点、固体、液体与气体、热力学定律与能量守恒、实验（用油膜法估测分子的大小）。在2016年考试大纲中，除了将气体实验定律由Ⅰ要求调整为Ⅱ要求外，其他皆为Ⅰ要求。

【教材要点】分子动理论：物体是由大量分子组成的；构成物体的分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。

1.分子的大小

（1）阿伏加德罗常数是联系宏观世界与微观世界的桥梁，NA＝6.02×1023mol-1。对于任何分子，；对固体和液体分子，；对于气体分子，；

（3）一般分子直径的数量级为10-10m，分子质量的数量级为10-26kg。

（4）估算微观量的两种模型。

②立方体模型（一般适用于气体）：一个分子平均占据的空间V0＝d3，d为分子间的距离。

2.说明分子永不停息地做无规则运动的两个实例

（1）布朗运动：①研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒；②运动特点：无规则、永不停息；③相关因素：颗粒大小、温度；④物理意义：说明液体或气体分子永不停息地做无规则热运动。

（2）扩散现象：相互接触的物体分子彼此进入对方的现象。产生原因是分子永不停息地做无规则运动。

3.分子间的相互作用力和分子势能

（1）分子力定义：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，分子力是引力和斥力的合力。分子力与分子间距离的关系如图1所示。

图1

规律：引力和斥力均随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快；也都随分子间距离的减小而增加，但斥力增加得更快。

（2）分子势能

①分子力做功与分子势能变化的关系：当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增加。可类比重力、电场力做功及对应的重力势能、电势能变化情况，加强记忆理解。

②分子势能与分子间距离的关系如图2所示。由分子势能和分子间距离的关系图线可知，若选取无穷远处分子势能为零，横轴以下分子势能均为负值，当分子间距离为r0时，分子势能最小，但分子力不是最小。

图2

4.温度与分子的内能

温度：温度是物体分子平均动能大小的标志，对个别分子来说温度是没有意义的。

分子的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关。分子动能由温度决定，分子势能与体积有关。

说明：（1）温度、分子动能、分子势能或内能只对大量分子才有意义；

（2）任何物体都有内能，但物体的机械能可能为0；

（4）理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能可忽略不计，一定质量的理想气体内能只与温度有关。

5.固体、液体和气体

（1）晶体、非晶体分子结构不同，表现出的物理性质不同，如外形、熔点等。其中单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性。

（2）液晶既可以流动，又表现出单晶体的分子排列特点，在光学、电学物理性质上表现出各向异性。

（3）液体表面张力是由液体表面层的分子结构决定的，类似的现象还有浸润、不浸润、毛细现象等。

6.气体分子的运动特点

（1）气体分子间距较大，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满它能到达的整个空间。

（2）分子做无规则的运动，速率有大有小，且时而变化，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布。

汤显祖之所以取得如此杰出的艺术成就，除了本身的才情超凡，还因为他对元曲的极力追摹。可以认为，汤显祖的戏曲实际上是以元曲为范本进行锻造的，其思想艺术成就也是以元曲为精神资源，在继承其精髓之处中取得的。

（3）温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分子的平均速率将增大，但速率分布规律不变。

7.气体实验定律：气体的状态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定

（1）两种温度间的关系可以表示为T＝（t＋273.15）K和ΔT＝Δt。0K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。这一温度值可以无限接近，但永远不能达到。

8.饱和汽压

液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。

9.相对湿度

10.热力学第一定律

（1）公式：ΔU＝Q＋W。

（2）符号规则：当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正，表示物体内能增加，ΔU为负，表示物体内能减小。

11.热力学第二定律

（1）两种表述：表述一：热量不能自动地从低温物体传递到高温物体。

表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

（2）意义：揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程具有方向性。

【以题说法】1.判断下列说法中的正误。

（1）一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能。（√）

（2）给自行车打气时气筒压下后反弹，是由分子斥力造成的。（×）

（3）如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体的平均动能一定增大，因此压强也必然增大。（×）

（4）单晶体有固定熔点，而多晶体没有固定熔点。（×）

（5）把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体。（×）

（6）用热针尖接触金属表面的石蜡，熔化区域呈圆形，这是晶体各向异性的表现。（×）

（7）漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故。（×）

（8）雨水没有透过布雨伞是因为液体分子表面张力的原因。（√）

（9）在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零。（×）

（10）压强变大时，分子间的平均距离必然变小。（×）

（11）当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小。（√）

（12）影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。（√）

（13）压缩处于绝热容器中的一定质量的理想气体，其内能一定增加。（√）

（14）“钻木取火”和“捂热水袋”都是做功改变物体内能的。（×）

（15）一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104J。（×）

2.一竖直放置、缸壁光滑且导热的柱形气缸内盛有一定量的氮气，被活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分；已知活塞的质量为m，活塞面积为S，达到平衡时，这两部分气体的体积相等，如图3甲所示；为了求出此时上部气体的压强p10，将气缸缓慢倒置，再次达到平衡时，上、下两部分气体的体积之比为3∶1，如图乙所示。设外界温度不变，重力加速度大小为g，求：图甲中上部气体的压强p10。

图3

【命题报告】在新课标高考中，以气体实验定律为核心命制3—3部分的计算题，基本处于稳定状态，所以要反复训练揣摩，培养规范和模型意识。

【解析】设气缸倒置前下部气体的压强为p20，倒置后上、下气体的压强分别为p2、p1，由力的平衡条件有

倒置过程中，两部分气体均经历等温过程，设气体的总体积为V0，由玻意耳定律得：

利用气体实验定律列式时，一定要明确研究对象，不要张冠李戴。分布列式非常利于得分。另外跳步列式也是明智之举，如③④这种常规方程不能放弃，列式方可得分。

【易错必清】1.错误地将布朗运动中小颗粒运动当成分子运动。课本中描绘出的图象是某固体微粒每隔30s的位置的连线，并不是该微粒的运动轨迹。

2.混淆分子势能与体积有关和分子势能由体积决定。

3.误以为物理性质各向同性的一定是非晶体。

4.误以为液面分子间只有引力，没有斥力，所以液体表面具有收缩的趋势。

5.应用热力学第一定律时不能正确判断正、负号。

6.错误地认为外界对物体做功，内能一定增加。

7.错误地认为物体吸收热量，内能一定增加。

8.误以为温度升高，气体压强一定增大。

9.混淆等温膨胀和绝热膨胀。

10.对热力学第二定律中的“不能”“自发”等不理解。

11.混淆相对湿度和绝对湿度。

12.关注其一，忽视另一。如液化与降温和增压两个因素有关；气体压强与温度和体积有关；内能改变与做功和热传递有关等。

纵观近5年新课标高考，对气体实验定律的考查都是围绕“水银柱”或“气缸”的平衡态问题命题的，但是在2016年的《考试大纲》中，对该部分的要求有明显提高，所以双缸、双水银柱、非平衡态问题都要适度的关注。例如：如图4所示，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m、面积为S的活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦，且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0，整个过程中温度保持不变。求小车的加速度的大小。