第三节 选修3—3 解读
 
    能量是贯穿于所有自然科学和技术科学的物理量。本模块用能量的观点分析热运动的问题，从宏观和微观两个角度认识热现象的规律，应用统计思想和能量转化与守恒的规律解释现象、处理问题。
    本模块在高中物理学习中首次涉及统计思想，学习中要注意统计思想在日常生活和解释自然现象中的普遍意义。
    通过联系生活和生产实际，学生将进一步认识能源开发、消耗和环境保护等方面的问题，树立可持续发展的意识、社会参与意识，培养对社会负责的态度。
    以上内容强调了学习本模块的意义、有关学习内容以及学习方法等。该模块含有以下四个二级主题：
    1、分子动理论与统计思想。
    2、固体、液体和气体。
    3、热力学定律与能量守恒。
    4、能源与可持续发展。
（一）分子动理论与统计思想
 
    在这个二级主题下面有四个三级主题。下面分别介绍这些三级主题对应的要求和标准研制者的一些思考。
 
（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。
该标准第一要求学生认识分子动理论的基本观点，知道其实验依据。“知道其实验依据”指的是能用实验说明分子动理论的基本观点。如布朗运动有利地证实了分子的无规则运动。“认识分子动理论的基本观点”要求学生能用分子动理论的基本观点解释一些实验现象。
这部分内容的教学注意渗透物理学研究方法的教育，如估测油酸分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
该标准第二要求知道阿伏加德罗常数的意义。阿伏加德罗常数是一个重要常数，它是联系微观世界和宏观世界的桥梁，如阿伏加德罗常数把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来。
 
（2）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。理解内能的概念。
 
该标准第一要求学生了解分子运动速率的统计分布规律。如通过某种气体分子在一定温度下速率分布情况，体会尽管每个分子的速率有大有小，但就大量分子的整体来说，分子的速率却按照一定的规律分布，这种大量分子整体表现出来的规律称为统计规律。
    该标准第二要求学生认识“温度是分子平均动能的标志”。不仅要知道气体分子的速率分布规律与温度有关，而且能解释为什么温度变化,分子的平均动能也随之变化。
    该标准第三要求学生理解内能的概念。这里的“理解”指的是知道物体的内能的定义以及内能与什么因素有关，能分析、判断具体实例中物体的内能是否发生变化、为什么发生变化等问题。
 
（3）用分子动理论和统计观点解释气体压强。
 
    该标准要求属于“理解”水平，要求学生首先能从微观角度用分子动理论解释气体压强产生的原因；其次能从宏观角度应用力学知识和统计的观点分析气体压强的大小。注意不要求推导气体压强的表达式。
 
（4）通过调查，了解日常生活中表现统计规律的事例。
 
该标准体现了“尝试运用物理原理和研究方法解决与生产和生活相关的实际问题”的课程目标。要求学生通过实践活动，体会日常生活中表现统计规律的事例。如活动建议（1）投掷硬币，分别计算投掷10次、100次、500次时硬币正反面出现次数的百分率。①
通过跟踪调查活动，学习应用统计规律推测解释生活中一些现象。如活动建议（2）：跟踪记录天气预报中的“降水概率”和实际降水的情况，

对不同季节降水预报的准确度做出评价。②
（二）固体、液体与气体
    （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。
        该标准第一要求学生了解固体的微观结构。如能比较石墨与金刚石的微观结构,并说出它们的特性。
        第二要求学生会区别晶体和非晶体。这属于“理解”水平。首先要求学生能从外形、物理性质等方面区别晶体与非晶体。教学中应关注学生的学习体验，通过观察、实验等方法获得知识。如用熔化的石蜡显示云母片和玻璃片的各向异性和各向同性。其次要求学生能从固体的微观结构分析晶体与非晶体在外形和物理性质上差异的原因。
        第三要求学生能列举一些生产、生活中常见的晶体和非晶体，通过讨论交流活动、丰富每一个人的认识。
 
（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发展的影响。
 
        该标准体现了“关心科技发展现状与趋势，有将科学服务于人类的意识”的课程目标。要求学生在初中相关知识学习的基础上，进一步了解半导体材料、磁性材料、超导体材料等材料的特性及其应用。如根据高温超导材料的零电阻现象，将高温超导体制成超导滤波器，可以大大降低以致消除由于线路中电阻元件所产生的热噪音；在电视机、收音机和高级音响中装上这种滤波器，将使音乐更加美妙动听。
该标准要求学生通过具体实例，了解材料科学技术的发展对人类生活和社会进步的影响。如软磁材料，在控制了磁介质的晶粒尺寸和各向异性，以及改进了读写磁头的设计和磁组分后，磁记录有了非常大的进步。从50年代起，记录密度每两年就翻一番(在90年代末，年增长率已接近100%)。如新技术的发明产生了具有纳米尺度特征的半导体材料，用具有纳米分辨率的投射电子显微镜(TEM)直接测量晶格中的原子距离的精度。
该标准内容紧密联系生产生活实际，应通过调查、收集资料等实践活动，激发学生的学习兴趣，拓展学习视野，有效地培养学生收集信息的能力。对于该标准内容学生学习情况的评价应注重过程性的评价。
 
        （3）了解液晶的微观结构。通过实例了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。
        该标准第一要求学生了解液晶的微观结构，知道液晶既有液体的流动性又具有晶体的某些各向异性，它是介于液体与晶体之间的一种过渡态。
        第二要求学生通过实例了解液晶的主要性质，即液晶的光学性质、磁学和电学的性质。重点了解液晶在显示技术中的应用。如由于液晶的介电常数、电导率等是各向异性的，在液晶盒上加上电压后，液晶原子（分子）的排布状态可受到外电场的调制，液晶的光学性质可以发

生可控的变化。根据这一特性，制作液晶显示器（发光或显示不同颜色）和记忆元件（某阀值时可以透明或乳浊间变化），应用于电子表、电子计算器、手提电脑以及其他仪器中。
        该标准鼓励学生通过自己查阅资料，了解液晶在电子工业、航空工业、生物、医学等领域的广泛应用，关注科学技术的最新成就和发展趋势。
 
        （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实例。
        该标准第一要求通过学生实验观察液体的表面张力现象，并且能够应用分子动理论解释液体表面张力产生的原因。标准强调学生对实验现象的观察和思考。如，把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂水的薄膜，这时膜上的棉线圈是松弛的，用热针刺破棉线圈里的肥皂膜，发现棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形。要求学生观察并尝试解释实验现象。再如，让学生在装满水的杯子内轻轻放入一些小硬币，观察杯边水面形状，说明现象产生的原因。
        由于表面张力的问题与日常生活联系紧密所以标准第二要求学生交流日常生活中所见到表面张力现象，并讨论、解释这些现象。如为什么洗头发后湿头发紧贴头皮，被雨淋湿的衣服紧贴在身上；为什么叶面上的露珠呈球形；为什么硬币能够浮在水面上；为什么雨天使用布制的伞，显然伞面能看到纱线间的缝隙，但却不漏雨水。
        活动建议（1）：设计实验比较肥皂水与清水的表面张力。②目的是为了培养学生设计实验能力和创造性解决问题的能力。
 
        （5）通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型。用分子动理论和统计观点解释气体实验定律。
        该标准第一要求通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型。强调通过演示实验或学生分组实验，学习气体的玻意耳定律、查理定律、盖·吕萨克定律，关注学生学习过程的体验。对三个定律的要求属于“了解”水平，注意不做繁琐的计算，避免出现“繁”、“难”的试题。对于“理想气体模型”不能仅仅停留在知道什么是理想气体，而应使学生体会到物理模型建立在解决物理问题中的重要意义。
        第二要求学生能够用分子动理论和统计观点定性地解释气体的三个实验定律。
 
        （6）知道饱和汽、未饱和汽和饱和气压。了解相对湿度。举例空气的相对湿度对人的生活和植物生长的影响。
        该标准第一要求学生知道饱和汽、未饱和汽和饱和气压这些概念的含义。
        该标准第二点和第三点内容与日常生产和生活联系紧密，应通过实例让学生了解相对湿度概念的含义以及它对人的生活和植物生长等方面的影响。该内容属于“了解”水平。这部分知识的形成要关注学生的生活体验，如让学生讨论交流说出不同湿度下自己的感受以及所看到的一些生活中的现象：空气太潮湿，人感到气闷，东西容易发霉；空气太干燥，我们的口腔和鼻腔会感到难受，植物容易枯萎。
        该标准要求学生运用所学的物理知识尝试思考一些与生产和生活相关的实际问题。如让学生记录电视台和广播电台天气预报的主要指标，了解这些指标的含义以及对人类生活的影响。
（三）热力学定律和能量守恒
           （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现过程。体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。
         该标准要求通过介绍热力学第一定律和能量守恒定律发现的过程，让学生领略自然界的奇妙；体会科学家们探索自然规律的艰辛；体会科学探索中的失败对科学发现的意义；学习科学家的坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神。该标准内容属于“了解”水平。注意不能要求学生死记硬背这些史实。
         教材在编写这部分内容时，应体现上述思想，内容呈现力求多样化，吸引学生阅读，引发学生思考。
 
         （2）认识热力学第一定律。理解能量守恒定律。用能量守恒的观点解释自然现象，体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律。
         该标准第一要求学生认识热力学第一定律。即要求知道热力学第一定律的内容及表达式，明确公式中各物理量及其正、负值代表的物理意义，并能进行简单的计算。如用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了900J的功，同时气缸向外散热210J。求气缸中空气的内能改变了多少？
         第二要求学生“理解能量守恒定律”，即知道能量守恒定律的含义，能分析具体实例中各种形式的能量是如何相互转化，并能进行一些计算。这里强调与生产、生活实际紧密结合，强调各学科知识之间的融合。
         第三要求学生能“用能量守恒的观点解释自然现象”。属于“理解”水平。如，说明为什么地球绕着太阳运行时，它在近日点的速度大于远日点的速度？又如，用能量守恒的观点解释潮汐现象；再如活动建议(1)假如一颗直径1km的小行星撞击地球，估算其释放的能量。讨论这将给地球造成的危害。①
         该标准要求学生通过自然界中许多生产、生活实际问题的讨论分析，让学生体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律。
 
         （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。
         该标准第一要求通过表现自然界中宏观过程方向性的具体实例，让学生了解热力学第二定律的二种表述。从实例的分析中体会热力学第二定律的意义，即应用热力学定律可推理判断某个过程是否可能自发进行，以及在什么条件下可以进行。如分析第二类永动机不可能制成的原因。再如，活动建议（2）通过讨论设想一种热量从低温处流向高温处的技术设备，说明这种设备是否违反了热力学第二定律。该标准内容的学习应让学生体会到热力学第二定律与能量守恒定律一样，是自然界中任何自然过程应遵循的规律。
         第二要求学生初步了解熵是反映系统无序程度的物理量。熵这个概念很抽象，应通过具体实例，增强学生的感性认识。如假设左边的一盒热气体与右边的一盒冷气体相互接触(热盒中分子平均来说以较高速率运动，冷盒中分子平均来说以较低速率运动) ，当传热持续一段时间，直到两盒没有温差时，我们无法肯定地说在左边的盒子中就能找到一个高速率的分子，或在右边的盒子中就能找到一个低速率的分子。从微观角度看，这个系统组织程度变差了，即反映系统无序程度的熵增加了。
               
      （四）能源与可持续发展
 
（1）认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义。
           该标准要求学生能通过具体事例分析说明能源开发利用与环境和人类生存的关系，体会可持续发展的重大意义。该主题内容体现了培养学生关注科学技术对人类生存和社会进步影响的意识。
           该标准内容的学习强调学生应通过调查、收集资料以及交流讨论等多种形式，收集与研究问题有关的信息，经过自己独立地思考，勇于发表自己的见解。不能要求学生背现成的结论。因此，学生学习的评价应重视过程性评价和质性评价。
 
           （2）讨论能源开发和利用带来的问题及应该采取的对策。具有保护环境的意识。
           该标准要求通过事例和资料，组织学生讨论能源开发和利用所带来的社会问题，并敢于提出一些解决问题的对策，具有保护环境的意识。如查阅资料、交流讨论减少燃烧化石燃料对环境造成污染的方法。
           这里不能要求学生去死记能源开发和利用带来的哪些问题，以及所采取的解决问题的对策，而应要求学生通过调查、访问、查资料等多种方式，鼓励学生积极参与讨论能源的开发、消耗和环境保护等问题，注意结合当地的实际情况。培养学生的可持续发展的意识，增加对社会责任感，同时提高学生综合运用各学科知识解决问题的能力。如活动建议（1）调查所在地区运往外地的主要货物，在综合考虑降低消耗、方便运输、减少污染、保证安全、降低费用、减少交通拥挤等因素基础上，讨论运输这些货物的可行性方案。①
 
           （3）尝试估计一些厂矿、交通工具及家用电器的能源消耗。具有可持续发展的责任感和节约能源的意识。注意自然资源的循环利用。
           该标准第一要求学生尝试估计一些厂矿、交通工具及家用电器的能源消耗。该内容属于“理解”水平。该标准强调学生通过实践活动估计一些厂矿、交通工具及家用电器的能源消耗量，充分认识人类所面临的能源危机，形成合理利用能源和节约能源的强烈意识。如让学生

根据汽车的“百公里耗油量”估算，一辆汽车每行驶100km的消耗能量，相当于一个家庭多少天的用电量。②
           该标准要求注意结合当地实际情况，针对能源消耗与节能等问题开展调查活动，让学生学会做小型的研究课题，通过报告会形式交

流他们的调查结果和自己思考。好的方案可以提交当地政府、工厂或社区。
           该标准还要求学生注意自然资源的循环利用。如调查了解一些工厂如何处理废水，使水资源得到循环利用。
           活动建议（2）讨论技术进步对利用自然资源和节约能源方面的影响。③旨在要求学生认识科学技术的进步对社会及人类生活的积极意义。