【教学课件】选修3-3教材分析及教学建议.ppt

,选修3-3教材分析及教学建议,主讲 裴发举,兰州市高中物理大集体备课,（新）选修3-3模块,（原）必加选第二册,第七章、分子动理论 1物体是由大量分子组成的 2分子的热运动 3分子间的作用力4温度和温标5内能,第十章、热力学定律 1功和内能 2热和内能 3热力学第一定律能量守恒定律 4热力学第二定律 5热力学第二定律的微观解释 6能源和可持续发展,第十一章 分子热运动 能量守恒1物体是由大量分子组成的 2分子的热运动 3分子间的相互作用力 4物体的内能热量 5热力学第一定律能量守恒定律 6热力学第二定律 7能源环境,新旧教材对比,（新）选修3-3模块,（原）必加选第二册,第八章、气体 1气体的等温变化 2气体的等容变化和等压变化 3理想气体的状态方程 4气体热现象的微观意义,第九章、物态和物态变化 1固体 2液体 3饱和气与饱和气压 4物态变化中的能量交换,第十二章 固体、液体和气体*1固体*2固体的微观结构*3液体表面张力*4毛细现象*5液晶*6伯努利方程*7湍流现象 8.气体的压强 9.气体的压强、体积、温度间的关系,增加,选修3-3内容结构特点,1.作为一个独立模块，本模块相比原教材的内容有所充实和提高,固体和液体的性质由原来的选学改为必学，增加了饱和气和非饱和气，增加了热力学第二定律的微观解释，扩充和提高了内容和要求，增加了理想气体的状态方程，把一节课扩充成了3节课,2.知识线索的编排发生了很大的变化,现在的顺序是分子动理论-气体物态变化-热力学定律，而原教材是分子动理论-固体、液体-热力学方程,3.更加注重新课程理念的渗透,1）学生实验和演示实验非常丰富2）对实验的行文陈述注重方法个思路3）实验设计体现多维的课程目标4）发挥练习题对教科书的解读功能5）联系实际，增强实践意识,第七章、分子动理论课程标准,1认识分子动理论的基本观点，知道其实验依据。知道阿伏加德罗常数的意义。2理解内能的概念。,对几个相关问题的解读：,1.在“温度和温标”一节中，教材加重并加深了“热平衡”概念和“温度概念的引入”、“温标的确立”的思想方法内容，把开氏温标也拿到此处。对此内容的处理，意在培养学生思想方法和抽象能力，教师要明确目的。这两个问题属于“了解”层面。2.教材上提到分子力曲线，没提分子势能曲线，对于有能力的学生，可以提一下。,3.教科书关于分子势能的讨论比过去深入，这是出于什么考虑？研究微观世界的物理学已经基本上不使用“力”的概念，而更多使用“能”和“势”的概念，分子势能的分析可以把学生能够熟练运用的“力”的概念与需要强调的“能”和“势”的概念联系起来，因此本书对分子势能做了较多的讨论。这是出于科学方法教育的考虑。在“内能”这一节的“思考与讨论”中，连续设计了4个问题，学生依次完成之后就能对分子势能与分子力的关系有些正确的认识。这也是为了贯彻新课程的理念，改变学生的学习方式，让学生通过独立思考来主动地获取知识。这种学习形式有助于学生形成终身学习的能力。加强分子势能的讨论还有一个考虑：功和能的问题是高中物理的重中之重，学习分子势能时做些讨论，是在新的情境中应用旧的知识，也是一次复习。所以，在这段内容的教学过程中，既要想到分子势能在热现象中的应用，也要想到对原有基础知识的深化和巩固。,第八章 气体 课程标准,1通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型。2用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。3了解分子运动速率的统计分布规律。认识温度是分子平均动能的标志。4通过调查，了解日常生活中表现统计规律的事例。,对几个相关问题的解读1.对于气体实验定律和状态方程要求的程度，编者是怎样设定的？气体实验定律和牛顿运动定律、欧姆定律等实验定律不同，它的应用面较小，不影响物理学的全局，所用的方法也不具有典型意义。因此，在近年的高中物理课程中，气体实验定律的内容越来越少。物理课程标准的要求是“通过实验，了解气体实验定律”，是比较低的要求。玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律等都属于气体实验定律，按照课程标准的要求，学过了这几个定律，也算是对气体实验定律有所了解了。至于气体的状态方程恒量，它是实验定律的直接推论，广义来讲也是实验定律，所以教科书也做了介绍。有了这个公式，定律的应用更方便些，但应该时刻想到课程标准的要求，不要再做扩展。教科书中删去了p-V图、V-T图、p-T图之间的转换，目的也是减轻气体定律在书中所占的比重。,2.教材上把PV=常量、P1V1/T1=P2V2/T2.PV/T=恒量等作为公式，进行涂色处理，看来他们几个的地位重要些。而把P1V1=P2V2.P1/T1=P2/T2.P1/P2=T1/T2.V=CT、V1/T1=V2/T2.V1/V2=T1/T2等式子都未做涂色处理。带普适气体常量的式子不讲。3.对统计规律的理解，让学生理解“偶然”与“必然”的关系。所统计的数量增大的过程，就是由偶然向必然递进的过程。“偶然”是没实际价值的，“必然”才具有价值。,第九章 物态和物态变化课标要求,1.了解固体的微观结构。会区别晶体和非晶体，列举生活中常见的晶体和非晶体。2.了解材料科学技术的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会的影响。例1知道半导体的一些特点，了解半导体技术在生活、生产中的应用。例2初步了解纳米材料的特性，关注纳米材料的研究和应用。3.了解液晶的微观结构。通过事例了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。4.通过实验，观察液体的表面张力现象，解释表面张力产生的原因，交流讨论日常生活中表面张力现象的例。例4在装满水的杯子内轻轻放入一些小硬币，观察杯边水面的形状。5.知道饱和气、未饱和气和饱和气压。了解相对湿度。举例说明空气的相对湿度对人的生活和植物生长的影响。,几点注意的问题 1.本章陈述性知识多，而且内容比较杂乱。这需要教师更要注意挖掘和构造带有启发性的问题。教师不是用传授式的方法一下讲到位，而是多进行启发式、讨论式的教学。例如晶体的各向异性、由液滴形状分析表面张力、由浸润和表面张力分析毛细现象、蒸发过程趋向饱和的过程、对相对湿度的分析等等，都可构造成问题给学生思考和讨论。2.对“物态变化”内容，课标没体现，更不涉及“熔化热”、“气化热”问题。教材上设了“物态变化中的能量交换”一节课来处理这些问题，有些必要不大，而且，关于气化热问题，还要“限制一定压强、一定温度下的”，其实是定压、定温条件下的气化热，而且教材上还提到不仅汽化，同时还有体积膨胀对外做功，这对学生的难度太大。做为3-3模块只是对应高考，不易过分纠缠，老师斟酌处理。,第十章 热力学定律课标要求,1.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发展过程。体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义。2.认识热力学第一定律。理解能量守恒定律。用能量守恒观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。3.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律，初步了解熵是反映系统无序程度的物理量。,几点注意的问题1.在处理能量守恒定律时，新老教材都有关于“定律建立过程、热质说”的阅读材料。老教材把阅读材料放在后面，新教材放在前面。应该说放在前面更好，因为热质说在前，热质说遇到解释不了的问题在前，一些物理现象否定热质说在前。之后，人们引进能量的概念，归纳出能量守恒定律。按这个顺序，便于学生更能深刻理解定律，也更能培养学生的物理思想方法。教材上把“改变物体内能的途径”的内容设为两节课：“功和内能”“热和内能”，也是给学生“渲染”多一些，铺垫的再到位一些，加重学生的“注意”，有“呼之欲出”的目的。因为能的概念的引入，对一些学生真的很难“入门”。2.新教材上增加了“热力学第二定律微观解释”一节课。里面出现描述混乱度的“有序”、“无序”概念，以及“微观态数目”、“熵”、“熵增加原理”等内容，也把这些等问题都紧扣在一起。因为课标中对“熵”的概念及意义进行了要求。3.老教材的“能源环境”一节课，与热力学第二定律联系的不紧密，而新教材上“能源和可持续发展”一节课与热力学第二定律紧密联系，里面提到“能量品质降低”问题。4.关于“熵”，教材上给出了S=kln，这个表达式不用学生掌握，只做一般了解。,5.新教科书为什么要用较多的笔墨叙述焦耳实验？新课程的一个重要理念是重视科学过程的学习。科学过程的学习有两重意义：一是学生学习时要通过自己的实验活动、思考活动来自主地获得知识，也就是要经历获取知识的过程；二是可以了解这些知识在历史上是怎样得来的，即了解人类获取这些知识的过程。焦耳实验在当时的目的是测量热功当量，但是现在看来，它是热力学第一定律的实验基础，没有焦耳的实验就没有内能的概念，也就没有热力学第一定律，当然也就谈不到普遍的能量守恒定律。教科书对这个过程做些叙述和分析，目的之一就是落实科学过程的教育。这样做的另一个目的是：提倡理性思维内能的定义是有根据的。当然，这部分内容不要求学生复述，只要在教师的引导下按这个思路学下来了，也就可以了。这是一种熏陶，它以潜移默化的形式产生作用。,6.关于热力学第二定律的第一种表述，老教材是“不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其它变化”，新教材的叙述是“热量不可能自发地从低温物体传到高温物体”，表面上看似避开“而不引起其它变化”几个字降低了难度，其实不好。因为教材上的第二种表述还是有这种字样：“不可能从单一热库（源）吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响（变化）”。还是没绕过这几个字。,7.与其说热力学这两个定律是知识的学习，还不如说是思想方法的学习，是物理哲学的学习。由“热功转换”过渡到“引入能量的概念”，是需要在思想方法和物理哲学上重重要进行渲染的。在第二定律的教学上，教师和学生讨论“设计分解水为氧和氢装置”，分解过程，得到那些好处，而又付出了那些代价。等等之类的问题，多进行讨论、分析，对建立物理哲学思想，大有好处。8.第二定律、熵增加原理的本质是扩散。一个是能量的扩散，一个是物质浓度（原材料）的扩散。让学生建立起节约的意识，乃至上升到对“科学发展观、节约型社会、可持续发展”的高度。,9.为什么要对热力学第二定律做出微观解释？课程标准对热力学第二定律的要求是：“通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律”。按照这个要求，可以只学它的两种表述，不学它的微观解释。教科书为什么给出了微观解释？这出于两方面的考虑。一方面，统计的思想和统计规律在现代社会生活中的作用越来越重要，新课程加强了统计思想的教学，不仅物理课程是这样，数学课程也是这样。介绍微观解释可以加强统计思想的教学。另一方面，也是更重要的，课程标准对熵的概念有所要求：“初步了解熵是反映系统无序程度的物理量”。这就要向学生交待一下，凭什么来判断系统的“无序程度”，于是就涉及宏观态与微观态的关系：某系统一个宏观态对应的微观态若比另一宏观态对应的微观态的个数多，我们说前一个宏观态的无序程度较高。,10.如何深层次的理解热力学第一定律在气体中的应用,U=W+Q,注意：,自由膨胀（真空），体积增大，但气体并不对外做功，即 W=0,高考链接：,（全国卷2）16.如图，一绝热容器被隔板K 隔开a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中,A气体对外界做功，内能减少 B气体不做功，内能不变 C气体压强变小，温度降低 D气体压强变小，温度不变,U=W+Q,0,0,0,（福建卷）28如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热（即与外界不发生热交换）容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体。A温度升高，压强增大，内能减少 B温度降低，压强增大，内能减少 C温度升高，压强增大，内能增加 D温度降低，压强减小，内能增加答案：C,U=W+Q,+,0,+,温度升高,第八章 气体 教材分析及备课建议,一、概述,这一章是热学的重点章，主要讲述理想气体状态方程，并对气体分子运动的特点进行简单介绍，还对气体定律给出微观解释。这一章定量的内容较多，对知识的要求较高，在知识的运用方面，要综合运用数学知识和前面学过的分子动理论等知识理解或者解释问题，要求学生在运用中提高分析问题和解决问题的能力，这一章还明显地体现一些研究物理的观点和方法。本章加强了图象的教学，不论在课文和练习、习题中都有体现。本章安排的习题稍多些，但仍限于运用本章所讲的知识，教学中不宜再补充那些把热学知识同其他部分（如力学）知识综合的较复杂的题目，教学过程要注意循序渐进，避免负担过重，超过学生的接受能力以至不能消化。,二、备课建议,（一）气体的状态参量1.压强、温度和体积是在热现象中描述气体状态的物理量。状态参量不变时气体处于一定状态中。否则，气体的状态就发生了变化。2.学生在初中已经学过热力学温度和摄氏温度，对这两个温度并不陌生。教学时需要注意的是，根据国家技术监督局1994年发布的国家标准量和单位中的规定，热力学温度和摄氏温度都是法定单位，但摄氏温度是在热力学温度的基础上的导出单位，即t=T-T0，式中的T0定义为等于273.15K。因此，摄氏温度不再使用过去的定义。3.气体的体积是指气体分子所能达到的空间的体积，密闭容器中气体的体积等于容器的容积。4.气体的压强是气体作用在器壁单位面积的压力，气体的压强是大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的。关于气体压强的产生机理，这一节只要求学生简单地知道，在本章第六节再进一步讲解。,5.压强的国际制单位是帕斯卡，本书主要用这个单位。实际中还常常用到“标准大气压”和“毫米汞柱”，而这两个单位不是法定单位，本书介绍了这些单位间的换算关系，要求学生必要时会进行换算，在教学中，不必在单位换算方面花费更多的时间。6.正确地确定气体的压强，往往是应用气体定律或状态方程解决问题的关键，应该要求学生会根据气体所处的外部条件计算气体压强，例如会计算被液柱封闭的气体的压强。在本节的课文中和练习中都安排了计算压强的实例，以加强对压强计算的训练。建议复习一下初中讲过的液体的压强和大气压的知识。7.本节课文中提到，“对于一定质量的气体来说，如果温度、体积和压强这三个量都不改变，我们就说气体处于一定的状态中。”这里说的状态，应是平衡状态，即平衡态。中学阶段要确切地说明平衡态的概念，比较麻烦，故本书未提出平衡态的概念。,（二）等温变化玻意耳定律1.研究三个量之间的关系，先要保持某个量不变，分别研究另外两个量之间的关系，然后综合起来得出结论。这是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法，一开始就应该让学生明确起来。2.玻意耳定律的讲法是：做实验，得出实验数据；再对数据处理，利用数学知识得出结论。这是物理学中的一种常用的研究问题的方法，应该使学生知道。教学时应该通过实验得出结论，即使因不具备实验条件，不能通过实际测量得出数据，也应利用课文中给出的数据，不宜简单地给出结论。这是为了使学生对如何经过实际测量和处理数据得出结论，有深刻的印象。通过这个实验过程，学习研究物理问题的方法。教师如能当堂通过实验得出一组数据、学生得到的玻意耳定律的印象会更深刻。为了适应学生的学习基础，学生实验最好也采取课文中处理数据的办法。3.为了提高学生运用数学知识的能力，进一步提高学生思维能力，要注意图象的教学。教学时，有必要提醒学生了解物理图象的意义及其在思维中的作用。本节给出了气体的等温线，以及p-V图上不同温度的等温线，并在“思考与讨论”的栏目内提出关于理解p-V图象的几方面的问题。在教学时，要使学生认识等温线的特征及其物理意义。,4.教学时应该使学生明确地认识到，p-V图以及后续学习的p-T图，上面的一点表示气体处于某一状态，图上的线表示气体的某一变化过程。严格说来，变化过程应是无限缓慢的过程，即准静态过程，过程的每时每刻气体都可看作处于平衡态，才能够用图上的线表示这个过程。限于在中学阶段，本书未作此严格说明，只是在“本章小结”中提到“气体缓慢地发生变化”。如果认为有必要，可向学生适当说明：过程不缓慢，中间状态不是平衡态，不能在图上用点表示，也就不能连成线表示过程了。对这些，学生知道即可，中学阶段不宜也不可能再作强化。5.为了适应多数学生的数学基础和思维能力，玻意耳定律的演示实验没有用图象处理数据。学习用图象处理实验数据对培养实验能力和思维能力很有好处，对于那些学习基础较好的班级，如果实验结果比较理想，教师做演示实验时可以采用图象处理实验数据的方法，使学生早日熟悉图象在物理学习中的作用。6.气体实验定律和理想气体状态方程中都用C表示常量，而在不同式子中的常量C的含义、数值都是不同的。由于教学上不介绍克拉伯龙方程，教学时只要求学生知道常量C在不同的方程中不同，与气体的状态以及气体的质量等有关即可。,（三）等容变化查理定律1.为使实验数据处理起来简捷一些，教材中演示实验的数据直接采用热力学温度而没有使用摄氏温度。2.学生已经了解热力学温度与摄氏温度的关系。为了提高教学效率，查理定律没有采用过去的先用摄氏温度叙述再用热力学温度叙述的办法，是直接用热力学温度叙述的。3.由查理定律得到绝对零度，用到“外推”。要使学生知道，“外推也是一种研究方法。应使学生明确，这里的“外推”并不表示查理定律的适用范围所有扩展，只是为了进一步了解热力学温度。,（四）理想气体状态方程1.实际气体在压强不太大、温度不太低时，性质近似于理想气体，能满足理想气体实验定律；而在压强很大，或温度很低时，实际气体的性质跟理想气体有很大偏离。在常温常压下，那些不易液化的气体，如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似，可以将它们看作理想气体，使研究的问题大为简化。2.理想气体状态方程的得出采取现在的办法，是为了使推导简明些。3.对理想气体状态方程，教材给出两种表达式，即pV/T=C（常量）和pV=RT.教学时，要使学生知道理想气体状态方程这两种表达方式之间的关系。要能够灵活运用该方程和气体定律p1V1/T1=p2V2/T2解有关气体的问题。,（五）理想气体状态方程的应用1.应用理想气体状态方程解决具体问题，要明确研究对象，并把作为研究对象的气体所发生的过程弄清楚。这是解决问题的关键。教材第五节通过例题阐述了这一点。2.应用理想气体状态方程时应该注意它的使用条件，只有理想气体才严格遵守理想气体状态方程。实际气体只有满足温度不太低、压强不太大的近似条件时，才可以使用该方程。3.图象在这一章的教学中有重要的地位。在讲清气体的规律之后，要注意图象的教学，使学生了解图象在提高物理思维中的作用。在讲授气体的三个实验定律时，已经初步介绍了p-T图、p-V图以及V-T图。通过图象，要使学生初步理解什么是初态、末态以及过程，了解一些图象中所画虚线段的内涵。在教学中，还应当重视图象的运用，能用图象分析说明一些问题。在进行图象教学时要注意因材施教，不可脱离教学大纲的要求和学生的实际，过分追求那些过于繁杂、综合性很强的题目,(六)气体分子运动的特点1.为了从分子动理论的观点解释气体的压强，用小球模拟分子碰撞器壁，可以帮助学生理解压强产生的机理。2.用微观解释宏观，离不开统计规律。本节教材有意识地渗透统计观点，提出什么是统计规律。教学时可以举出学生比较熟悉的生活中的事例，帮助学生理解统计规律的意义，并理解压强以及气体实验定律的微观解释。3.解释三个气体实验定律的关键在于理解气体压强的微观本质、影响气体压强的两个因素是：一个是单位体积的分子数，即气体单位体积的分子数；另一个是分子平均动能的大小。,高中物理选修3-3考纲要求1.本章的概念繁多，规律繁多，要求学生能正确理解，培养学生的理解能力、综合分析问题的能力.2.知道热力学第一定律、能力守恒定律、热力学第二定律、热力学第三定律、环境保护、能量耗散等在生活中的应用.3.利用阿伏加德常数对分子的质量和大小进行计算，培养学生运用数学处理物理问题的能力和良好的计算能力.4.通过对分子热运动的学习，尤其是布朗运动、扩散现象的学习，培养学生良好的思维能力和空间想象能力.5.通过对分子力和分子间距离关系图的分析，培养学生利用图象分析问题和识图的能力.,33【物理选修3-3】（15分）,（2）（9分）如图，一上端开口，下端封闭的细长玻璃管，下部有长l1=66cm的水银柱，中间封有长l2=66cm的空气柱，上部有长l3=44cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐。已知大气压强为Po=76cmHg。如果使玻璃管绕低端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度。封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气。,高考链接,（2）解：设玻璃管开口向上时，空气柱的压强为 玻璃管开口向下时，原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空。设此时开口端剩下的水银柱长度为x则 式中，为管内空气柱的压强，由玻意耳定律得 式中，h是此时空气柱的长度，S为玻璃管的横截面积，由式和题给条件得 从开始转动一周后，由玻意耳定律得 式中，是此时空气柱的长度。由式得,谢谢大家！,