高二物理全册教案

第1单元物质是由分子组成的一、教学目标1在物理知识方面的要求（1）知道一般分子直径和质量的数量级；（2）知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位；（3）知道用单分子油膜方法估算分子的直径。2培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。3渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。二、重点、难点分析1重点有两个，其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；其二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、分子数等）的方法。2尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。三、教具1教学挂图或幻灯投影片水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子分布的图样。2演示实验演示单分子油膜油酸酒精溶液（1200），滴管，直径约20CC圆形水槽，烧坏，画有方格线的透明塑料板。四、主要教学过程（）热学内容简介1热现象与温度有关的物理现象。如热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等都是热现象。2热学的主要内容热传递、热膨胀、物态变化、固体、液体、气体的性质等。3热学的基本理论由于热现象的本质是大量分子的无规则运动，因此研究热学的基本理论是分子动理论、能的转化和守恒规律。（）新课教学过程1分子的大小。分子是看不见的，怎样能知道分子的大小呢（1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。介绍并定性地演示如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。提问已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少在学生回答的基础上，还要指出介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，为了书写方便，习惯上用科学记数法写成10的乘方数，如31010M。我们把10的乘方数叫做数量级，那么11010M和91010M，数量级都是1010M。如果分子直径为D，油滴体积是V，油膜面积为S，则DVS，根据估算得出分子直径的数量级为1010M。（2）利用离子显微镜测定分子的直径。看物理课本上彩色插图，钨针的尖端原子分布的图样插图的中心部分亮点直接反映钨原子排列情况。经过计算得出钨原子之间的距离是21010M。如果设想钨原子是一个挨着一个排列的话，那么钨原子之间的距离L就等于钨原子的直径D，如图2所示。（3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是1010M。例如水分子直径是41010M，氢分子直径是231010M。（4）指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。2阿伏伽德罗常数向学生提问在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义数值是多少明确LMOL物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数）都相同。此数叫阿伏伽德罗常数，可用符号NA表示此常数，NA6021023个/MOL。粗略计算可用NA6021023个/MOL。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法测量它，以期得到它精确的数值。）再问学生，摩尔质量、摩尔体积的意义。如果已经知道分子的大小，不难粗略算出阿伏伽德罗常数。例如，LMOL水的质量是0018KG，体积是18105M3。每个水分子的直径是41010M，它的体积是/6（41010）M331029M3。如果设想水分子是一个挨着一个排列的。提问学生如何算出LMOL水中所含的水分子数回答3微观物理量的估算若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。提问学生LMOL水的质量是M18G，那么每个水分子质量如何求回答一个水分子质量M。M/NA18102/602102331026（KG）。提问学生若已知铁的原子量是56，铁的密度是78103KGM3，试求质量是1G的铁块中铁原子的数目（取1位有效数字）。又问是否可以计算出铁原子的直径是多少来回答1G铁的物质量是1/56MOL，其中铁原子的数目是N，1G铁的体积1G铁原子的体积是VV/NL107/L1022L1029（M3），铁原子的直径归纳总结以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数（曾经学过的万有引力恒量也是一个重要常数）。物理常数是物理世界客观规律的反映。一百多年来，物理学家想出各种办法来测量它，不断地努力，使用一次比一次更精确的测量方法。现在测定它的精确值是NA60220451023个/MOL（三）课堂练习1体积是104CM3的油滴滴于水中，若展开成一单分子油膜，则油膜面积的数量级是A102CM2B104CM2C106CM2D108CM2答案B2已知铜的密度是89103KGM3，铜的摩尔质量是635103KGMOL。体积是45CM3的铜块中，含有多少原子并估算铜分子的大小。答案381023，31010米。（四）课堂小结1物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有1010米的数量级。2阿伏伽德罗常数是物理学中的一个重要常数，它的意义和常数数值应该记住。3学会计算微观世界的物理量（如分子数目、分子质量、分子直径等）的一般方法。由于微观量是不能直接测量的，人们可以测定宏观物理量，用阿伏伽德罗常数作为桥梁，间接计算出微观量来。如分子质量M，可通过物质摩尔质量M和阿伏伽德罗常数NA，得到MM/NA。通过物质摩尔质量M、密度、阿伏伽德罗常数NA，计算出分子直径D6V/1/36M/NA1/3（五）说明1由于课堂内时间限制，单分子油膜法测定分子直径的实验不可能在课堂上完成全过程。在课堂上让学生看到油膜散开现象和油膜面积的测量方法即可。要想造成单分子油膜，必须选用脂肪酸类，如油酸C17H33COOH或棕桐酸C15H31COOH，这类脂肪酸分子的形状为长链形，它的核基一端浸入水中，而烃链C17H33伸在水面上方，造成油酸长分子在水面上垂直排列，如图3所示。（北京第35中学郑人凯）第2单元分子的热运动一、教学目标1物理知识方面的要求（1）知道并记住什么是布朗运动，知道影响布朗运动激烈程度的因素，知道布朗运动产生的原因。（2）知道布朗运动是分子无规则运动的反映。（3）知道什么是分子的热运动，知道分子热运动的激烈程度与温度的关系。2通过对布朗运动的观察，发现其特征，分析概括出布朗运动的原因；培养学生概括、分析能力和推理判断能力。从对悬浮颗粒无规则运动的原因分析，使学生初步接触到用概率统计的观点分析大量偶然事件的必然结果。二、重点、难点分析1通过学生对布朗运动的观察，引导学生思考、分析出布朗运动不是外界影响产生的，是液体分子撞击微粒不平衡性产生的。布朗运动是永不停息的无规则运动，反映了液体分子的永不停息的无规则运动。这一连串结论的得出是这堂课的教学重点。2学生观察到的布朗运动不是分子运动，但它又间接反映液体分子无规则运动的特点。这是课堂上的难点。这个难点要从开始分析显微镜下看不到分子运动这个问题逐渐分散解疑。三、教具1气体和液体的扩散实验分别装有H氧化氮和空气的玻璃储气瓶、玻璃片；250毫升水杯内盛有净水、红墨水。2制备好的有藤黄悬浮颗粒的水、显微镜用载物片、显微摄像头、大屏幕投影电视。四、主要教学过程（）引入新课让学生观察两个演示实验1把盛有二氧化氮的玻璃瓶与另一个玻璃瓶竖直方向对口相接触，看到二氧化氮气体从下面的瓶内逐渐扩展到上面瓶内。2在一烧杯的净水中，滴入一二滴红墨水后，红墨水在水中逐渐扩展开来。提问上述两个实验属于什么物理现象这现象说明什么问题在学生回答的基础上总结上述实验是气体、液体的扩散现象，扩散现象是一种热现象。它说明分子在做永不停息的无规则运动。而且扩散现象的快慢直接与温度有关，温度高，扩散现象加快。这些内容在初中物理中已经学习过了。（二）新课教学过程1介绍布朗运动现象1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉，发现花粉颗粒在水中不停地做无规则运动，后来把颗粒的这种无规则运动叫做布朗运动。不只是花粉，其他的物质加藤黄、墨汁中的炭粒，这些小微粒悬浮在水中都有布朗运动存在。介绍显微镜下如何观察布朗运动。在载物玻璃上的凹槽内用滴管滴入几滴有藤黄的水滴，将盖玻璃盖上，放在显微镜载物台上，然后通过显微镜观察，在视场中看到大大小小的许多颗粒，仔细观察其中某一个很小的颗粒，会发现在不停地活动，很像是水中的小鱼虫的运动。将一台显微镜放在讲台上，然后让用显微摄像头拍摄布朗运动，经过电脑在大屏幕上显示投影成像，让全体学生观察，最好教师用教鞭指一个颗粒在屏幕上的位置，以此点为参考点，让学生看这颗微粒以后的一些时间内对参考点运动情况。让学生看教科书上图，图上画的几个布朗颗粒运动的路线，指出这不是布朗微粒运动的轨迹，它只是每隔30秒观察到的位置的一些连线。实际上在这短短的30秒内微粒运动也极不规则，绝不是直线运动。2介绍布朗运动的几个特点（1）连续观察布朗运动，发现在多天甚至几个月时间内，只要液体不干涸，就看不到这种运动停下来。这种布朗运动不分白天和黑夜，不分夏天和冬天（只要悬浮液不冰冻），永远在运动着。所以说，这种布朗运动是永不停息的。（2）换不同种类悬浮颗粒，如花粉、藤黄、墨汁中的炭粒等都存在布朗运动，说明布朗运动不取决于颗粒本身。更换不同种类液体，都不存在布朗运动。（3）悬浮的颗粒越小，布朗运动越明显。颗粒大了，布朗运动不明显，甚至观察不到运动。（4）布朗运动随着温度的升高而愈加激烈。3分析、解释布朗运动的原因（互）布朗运动不是由外界因素影响产生的，所谓外界因素的影响，是指存在温度差、压强差、液体振动等等。分层次地提问学生若液体两端有温度差，液体是怎样传递热量的液体中的悬浮颗粒将做定向移动，还是无规则运动温度差这样的外界因素能产生布朗运动吗归纳总结学生回答，液体存在着温度差时，液体依靠对流传递热量，这样是浮颗粒将随液体有定向移动。但布朗运动对不同颗粒运动情况不相同，因此液体的温度差不可能产生布朗运动。又如液体的压强差或振动等都只能使液体具有走向运动，悬浮在液体中的小颗粒的定向移动不是布朗运动。因此，推理得出外界因素的影响不是产生布朗运动的原因，只能是液体内部造成的。（2）布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。显微镜下看到的是固体的微小悬浮颗粒，液体分子是看不到的，因为液体分子太小。但液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当微小颗粒足够小时，它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。如教科书上的插图所示。在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到撞击作用强，它就沿着这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强，它又向着另一个方向运动。任一时刻微小颗粒所受的撞击在某一方向上占优势只能是偶然的，这样就引起了微粒的无规则的布朗运动。悬浮在液体中的颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞击的分子数越小。布朗运动微粒大小在10M数量级，液体分子大小在10“M数量级，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因此，布朗运动越明显。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞击的分子越多，撞击作用的不平衡性就表现得越不明显，以至可以认为撞击作用互相平衡，因此布朗运动不明显，甚至观察不到。第3单元分子动理论一、教法建议抛砖引玉本单元内容是研究微观的现象，这是一个全新的领域，其研究方法与研究机械运动是全然不同的。它的研究对象就不能像机械运动只研究某个物体或是由少数物体组成的物体系统，而是研究数目庞大的分子；研究的内容也不能像机械运动那样简单，只研究物体受力后其运动的规律，而是研究分子间复杂的相互作用、分子运动与热现象的关系、物体三种状态的性质及物体三态变化的规律等；研究方法也不同，因为是研究大量分子运动的表征，所以研究方法采用统计学的方法，以物体中分子集体运动的统计规律去描述物体分子运动的规律。这些可以在本单元开始研究前就做好铺垫，本单元研究完后，再做一个对比性的分析，使学生初步了解统计物理学的研究方法。因为我们研究的都是一些微观的现象，学生理解起来比较困难，所以在讲解的过程中，最好多通过一些实验和生活中的实例去引导学生理解，有条件的学校还可开发一些计算机软件辅助教学。在介绍油膜去测阿伏加德罗常数时，可做一个演示实验，使学生知道实验的方法，最后引导学生课下去做。这里关键是使学生明白油滴靠重力的作用，它在水平面上缓慢摊开，为了减小摊开的面积，用油的体积要尽量的小，为达此目的，可将一滴油溶入一较大体积的溶剂中，然后以这样的溶液一滴滴滴在水面上，可得一较小面积的油面，即可测量其面积。实验可按以下方法做（1）用有刻度的移液管吸取1ML油酸，令其一滴滴地滴出，看共有多少滴。若为A滴。（2）将一滴油酸溶入酒精，制成20ML的油酸酒精溶液。再用移液管吸取1ML该溶液、看能滴几滴。若为B滴。（3）取1滴该溶液滴在水面上，静置一天后测出油面的面积。一滴该溶液含油酸的体积320/1CMBAV最后要向学生交待，这个实验测出的结果只是表示了分子的一个粗略的数量观念，反映了分子所占有的空间。在做酒精和水混合的实验时，先把加点红色的水灌下去，而后将酒精沿管壁缓慢注入，混合前酒精与水的体积比为5248，实验效果较好。实验完毕分析时要注意强调是分子重新分布的结果，一部分分子空隙被其他分子占据了，不能简单地认为水分子和酒精分子互相插入。布朗运动可以用仪器模拟或计算机软件模拟，但都不如实际做一下布朗运动的实验。这个实验虽有一定的难度，但只要细心点还是能比较容易地做出。选用好的松烟墨在砚台中细磨，静置后取一滴（用小细棍蘸一滴即可），溶入100ML水中，取一滴该溶液置于载玻片上，放在显微镜下观看，或用电视显微镜观看。除了用墨做实验外，还可用花粉或藤黄粉来做花粉可用棉花棍蘸花的雄蕊，然后弹到水中，可看到很细的花粉飞到水中，即可。而藤黄粉最好用研钵多研磨一下再用。指点迷津本单元是从微观角度出发来研究物体的热现象，即根据分子动理论来解释宏观观察的微观本质，分子动理论的基本内容我们要弄懂以下知识1物体是由大量分子组成的，分子间存在着空隙。同学们应弄懂油膜实验测油膜分子直径的道理，及阿伏加德罗常数的计算。能找到摩尔质量、密度、分子质量、阿伏加德罗常数等物理量的关系。2组成物体的大量分子都在不停地做无规则的运动。扩散和布朗运动是上述内容的实验基础。要清楚布朗运动指是是悬浮在液体（如水）内的物质微粒（如碳粒）的无规则的运动。从观察到的微粒的无规则的布朗运动，反映了观察不到的液体分子的无规则运动。不要误认为分子的无规则运动叫布朗运动。这里还要注意物体中大量分子的永不停息的无规则运动叫做分子热运动，这是因为大量分子无规则运动的激列程度与物体的温度有关。对于单个分子来说，是无所谓温度的，单个分子的无规则运动也不能称为热运动。3分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的力是分子间引力和斥力的合力。图61所示实线部分即为二力的合力。图61二、学海导航思维基础1知道什么是分子例物质是由的分子组成的，分子是具有各种物质的的最小粒子。分析这道题就是让你知道物质是由大量的分子组成，分子是具有各种物质的化学性质的最小粒子。也正因为是由大量分子组成，所以研究的方法就与机械运动研究方法不同，这是我们思维的基础。2分子很小，那么究竟小成什么样例一般分子直径的数量为，分子质量的数量级为。分析利用油膜法测分子直径的数量级为1010M，利用摩尔质量与阿伏加德罗常数即可求出，一般约在10271025KG之间。3要熟记阿伏加德罗常数例下列叙述中正确的是（1）1CM3的氧气中所含有的氧分子数为6021023个（2）1克氧气中所含有的氧分子数为61023个；（3）1升氧气中含氧分子数是61023个；（4）1摩氧气中所含有的氧分子数是61023分析阿伏加德罗常数表述的是1MOL某种物质的分子个数，它是一个基本常数，是必须牢记的，一般计算时记作6021023MOL1,粗略的计算可用61023MOL1。4知道用“油膜法”测定分子大小的实验例将一颗已知其体积的小油滴，滴在水面上，形成一层极薄的油膜，因为把油膜的厚度看成是，所以只要再测定出这层油膜的，就可标出油分子直径的大小。用“油膜法”可粗略地测定分子的大小，是因为（1）油比水轻；（2）油分子比水分子大；（3）油分子与水分子间不发生作用；（4）把油分子看成一个个小球，油膜视为是一层单分子排列的薄膜。分析油膜实验是分子动理论的一个最基本的实验，该理论是从这里展开的，油膜实验的理论基础是把分子看成一个个小球，当在水面上散开时，形成单分子油膜。5要知道分子间是有间隙的（1）气体比液体或固体容易压缩；（2）沙土比黏土容易渗透水；（3）蓝墨水滴入一杯清水中，水会被染成蓝色；（4）打足了气的车胎，气会慢慢地“漏掉”。分析要抓住通过水与酒精混合后体积变小的事例，说明由于分子重新分布，原来的分子间的空隙有一部分占据了的缘故，从而认清分子间存在着间隙。用此可解释（3）。由于分子间有间隙，所以气体才能被压缩，所以（1）也是正确的。6能清楚地表述布朗运动实验的现象例在显微微镜下观察花粉悬浮在水中，将会看到（1）水分子的运动情况；（2）花粉分子的运动情况；（3）水分子对花粉微粒的作用；（4）花粉微粒的无规则运动。分析课本177页图64记录的是每隔30秒观察到的微粒位置，而后用直线把它们依次连接起来的，根本看不到水分子。7能叙述分子热运动例分子在永不停息地做运动，这种运动的剧烈程度与有关，所以我们把这种运动叫做运动。分析分子的永不停息的运动是建立在实验事实的基础上的，我们可以自己通过实验和观察日常生活中的实例，得到启示。8会利用布朗运动实验现象，推论分子是在做无规则的运动例在下列说法中正确的是（1）布朗运动说明了物体分子是在做无规则的运动；（2）布朗运动表示了物体的分子间是有相互作用的；（3）布朗运动又证实了物体内部分子之间是有间隙的；（4）布朗运动的剧烈程度仅由布朗颗粒的大小来决定；分析这一例题实验上是让你总结出我们能从布朗运动的实验中知道些什么。首先，人们必须搞清楚悬浮微粒为什么能发生布朗运动，布朗运动是不是就是分子运动，怎样从中得出分子做无规则运动的结论。这个问题解决了，分子间相互作用，分子间有空隙的问题就都迎刃而解了。其次，我们要通过实验弄清布朗运动的激烈与否与哪些因素有关，了解了以上问题，我们对布朗运动的全貌就清楚了。9应掌握分子间是同时存在着引力和斥力的例坚硬的固做我们很难使它伸长，这是因为物质分子间存在着力；我们也很难使固体压缩，这是因为物体分子间存在着力。这两种力是同时存在的，它们的合力就是表现出来的力。分析这例就是要求我们掌握表现出来的分子间的作用力实质是分子相互作用的合力，分子之间是同时存在着引力和斥力的。10能分析分子力随分子距离改变而变化的情形例分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小跟物体间分子的距离有关。当分子的距离RR0时，（R0的数量级为1010M），分子间的引力和斥力，分子力为；当分子间的距离RR0时，不是斥力在减小，引力在增大，而是二者都在减小，只不过要减小的快罢了。学法指要本单元在高中只是对分子动理论的一个初步介绍，同学们要通过上述的例题把以上10个基本要点研究透，在此基础上可以分析、解决一些实际问题。例1已知氢气的摩尔质量是2103KG/MOL，计算1个氢原子的质量。分析这是一个利用阿伏加德罗常数和有关化学知识的计算问题。这里就要求同学们对摩尔、摩尔质量及阿伏加德罗常数的概念要清楚，同时还要清楚它们的内在联系，这样在解题时就不会困难了。MH2103KGMOL1NA6021023MOL110302612KGMA例2已知阿伏加德罗常数为NA，设某种固体物质的摩尔质量为M，密度为，此物质样品质量为M，体积为V，总分子数为N，则下列表达式中能表示一个分子质量的是（1）NA/M；（2）M/NA；（3）M/N；（4）M/V。分析此题是把有关描述物质质量、体积及它们关系的物理量都提出来，让你能与阿伏加德罗常数结合起来，进行宏观量与微观量之间的计算。首先，要指导各量的物理意义弄清。NA是表示1MOL某物质的分子个数。M表示1MOL某物质的质量表示单位体积某物质的质量M表示物体的质量，V表示其体积，N表示它含的分子数。用上述知识去分析备选答案，可看出只有（3）最后能得出质量单位，进一步分析可看出是物体质量被物体含分子数去除，与题意相符。三、智能显示心中有数分子动理论的知识定义构成物质，并且具有这种物质的性质的最小微粒。1分子大小通常近似把分子视为球形，直径只有几个埃（）（1埃1010M）。数目1摩尔（MOL）各种物质中含有的分子数目是相同的，都等于6021023个，这个数称为阿伏加德甸常数，一般用NA表示。2分子的热运动任何物质的分子都在做着永不停息的无规则运动，且该运动随着温度的升高而愈加剧烈，这种杂乱无章的运动，叫分子的热运动。3分子间的相互作用力分子间存在着相互作用力，这种力有时显斥力，有时显引力，具体显何种力，取决于分子间的距离。这种现象产生的原因是分子之间同时存在着引力和斥力，当分子间距为几个埃时，其引力和斥力相等，此时对外则显示分子处于平衡态，两个分子间距离我们用R0表示。当分子间距离小于R0时，分子间的引力大于斥力，因此分子间显引力；当分子间距离超过其直径10倍以上时，分子间的作用力微弱得可以忽略不计。图62动脑动手1在标准状况下，体积为1CM3的任何气体所含的分子数是否都一样2标准状况下1GCO与1GCO2所含的分子个数分别为多少3设分子处于平衡状态时的距离为R，那么（1）当分子间距离RR0时，分子间只有引力；（2）当分子间距离RR0还是RR0时，R越大，引力越小；当分子间距离RR0时，R越大，引力越小当分子间距离RRO时，分子间的引力、斥力都减小，但斥力减小的快，F引F斥，分子力的合力表现为引力。当R10RO时，分子间的引力斥力都趋近于零，分子力也认为是零，分子间相互作用力随分子间距离变化的关系如图1所示，虚线分别代表引力和斥力，实线表示二者的合力。二、物体内能、热力学第一定律分子动能分子动能是指大量分子无规则运动的动能，在研究热现象时，单个分子的功能没有意义，分子的平均动能是指所有分子动能的平均值，宏观物理量温度是分子平均动能的标志，分子运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它与分子热运动的平均动能和物体的分子数有关，从宏观角度去看是与温度和物体的摩尔数有关。分子热能分子热能是指由分子间相互作用和相对位置决定的能，分子势能从微观上看与分子间距离和分子排列情况有关，宏观上决定于物体的体积和物态，分子势能的变化与分子力做功情况有关，分子力做正功，分子势能减小；克服分子力做功，分子势能增加。当分子间距离R10RO时，分子力为零，分子势能也一直减小，当RRO时分子势能最小，且为负值，分子势能随分子间距离变为关系如图2所示。物体的内能物体内所有分子动能和势能的总和叫物体的内能。物体内能是一个状态量，物体内能跟分子数目的多少、温度的高低、体积大小以及物质的状态有关。做功和热传递都可以改变物体的内能，做功是其它形式的能与内能之间的转化；热传递是物体内能的转移。三、热力学第一定律其内容是物体内能的增量等于外界对物体所做的功和物体吸收的热量的总和，表达式为EWQ，应用比式要注意式中各量符号，外界对物体做功，W取正值；物体对外做功，W取负值，物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值，物体内能增加，E取正值；物体内能减小，E取负值。四、能的转化和守恒定律能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其它的形式，或者从一个物体转移到别的物体，而能的总量保持不变。【解题点要】例1从下列哪一组数据可以计算出阿伏加德罗常数（）A水的密度和水的摩尔质量B水的摩尔质量和水分子体积C水分子的体积和水分子质量D水分子的质量和水的摩尔质量分析解答阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁，所以计算它必然是性质相同的两个物理量，且其中一个是宏观量，另一个是微观量。如已知物质分子的体积和物质的摩尔体积，物质的分子质量和物体的摩尔质量均可计算出阿伏加德罗常数，据此可以排除选项A、B、C，而D选项两个量性质相同，且一个是宏观量，另一个微观量，D选项正确。例2花粉在水中做布朗运动的现象说明（）A花粉的分子在做无规则热运动B水分子在做无规则的热运动C水分子之间是有空隙的D水分子之间有分子力作用分析解答布朗运动是小颗粒的运动，而不是分子的运动，物体小颗粒的布朗运动的起因是液体分子无规则运动撞击小颗粒的结果，它只能间接说明水分子在做无规则的热运动，并不能说明花粉分子在做无规则热运动。另外，花粉颗粒的布朗运动的直接原因并不是水分子之间有空隙和分子之间的作用力所致，所以A、C、D选项错，B选项正确。例3在标准状态下估算分子之间的平均间距。分析解答在标准状况下1摩尔的空气的体积为224L，1摩尔空气中有6021023个气体分子，则在标准状况下，每个空气分子平均占有的空间VOV/N224103/60210233721026M3。取立方体模型，则分子的平均间距为，开三次方很困难，可以代入数值用逼近法求得。072L963点评气体分子的间距远远大于分子的直径（线度），气体占有的空间远远大于气体分子占有体积的总和。为估算气体分子的平均距离，可设想每个气体占有相等的空间，而分子位于其对称中心，为了使空气分子占有空间的总和跟气体充满的空间一致，可将空间均匀分成与分子数相同的立方体（相当分子的立方体模型），则立方体的边长即为分子间距。例4水的密度10103KG/M3，水的摩尔质量MM18102KG/MOL，试求11CM3的水中有多少个水分子。2用立方体模型估算水分子的直径。分析解答水的摩尔体积VMMM/18102/1010318105M3/MOL1CM3水中所含分子数为NVN/VM11066021023，建立水分子的立方体模型，设边长为L，则有VM/NVOL3，。M10/60218/NL335M例5两个分子甲和乙相距较远（此时分子力可以忽略），设甲分子固定不动，乙分子逐渐向甲靠近直到不能再靠近，在这个过程中，下列说法正确的是（）A分子力总对乙做正功，分子势能不断减小B乙总是克服分子力做功，分子势能不断增大C乙先是克服分子力做功，然后分子力对乙做正功，分子势能先增大后增小D先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功，分子势能先减小后增大分析解答分子势能是由分子间相互作用力和分子间距决定的能量。本题所给出的甲、乙两分子相距较远时，分子力可忽略，此时分子力为零，分子势能也为零，甲固定不动，乙向甲靠近直到RRO的过程中，由于RRO，分子力合力为引力，分子力做正功，分子势能越来越小，且比零小，为负值。RRO时分子势能最小，乙分子从RRO到不能再靠近甲的过程中，由于RR。REP3RR。EP最小（负）4RR0，所以分子势能比液体内部的分子势能大。答案B、C。例2200G10的冰投入到500G4的水中（冰的比热为21103J/KG，熔化热为336105J/KG）平衡后，（1）系统的温度；（A）大于；（B）小于0；（C）等于0，有冰熔化；（D）等于0，有水结冰；（E）等于0，没有熔化和结冰。（2）系统中冰的质量有（A）0G；（B）100G；（C）1875G；（D）200G；（E）225G。分析（1）一般这样的题都选0为参考点，先比较200G10的冰变成0的冰需多少热500G4的水为成0的水能放出多少热二者进行比较，如果Q吸Q热，则可进一步看能熔化多少冰，如果冰能全部熔化所需热量还不足水变成0放出的热，则再计算熔化成的水温度还能升到多高若Q吸Q热则冰升温到0，水降温到0后，既没有冰熔化，也没有水结成冰。若Q吸Q热，说明水降成0后，有水结成了冰，这时就要看水凝固了多少冰，若水全部凝固放出的热还小于冰变成0冰所吸收的热，则需再计算水凝固成冰后，降了多少温度。解（1）先计算200G10的冰升温到0需吸收的热量QCMTQ吸21103J/KG02KG0（10）42103J再计算500G4的水降温到0，要放出的热量Q放42103J/KG05（40）84103JQ吸TBCTATADTBU2U3CU1U3例5平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在P点，如图17所示，以E表示两极板间场强，U表示电容器两极间电压；W表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示位置，则（）。AU变小，E不变BE变大，W变大CU变小，W不变DU不变，W不变分析与解答由板间距离D减小，可知电容C增大；因充电后与电源断开，可知带电量Q不变；由UQ/C可知板间电压U减小。本题场强的判断是个难点，由和UQ/C得KDSC4再由得，即E由决定，因Q、S都不变，所以E不变。SKQU4ESQK4又因P点与负极板间电压不变，则P点的电势UP不变，那么正电荷的电势能WQUP就不变。图17答案A，C。例6如图18所示，一带电粒子以竖直向上的初速度V自A点进入场强为E，方向为水平向右的匀强电场，粒子受到的电场力大小等于重力，当粒子到达B点时，速度大小等于V，但方向变为水平，求A、B两点之间的电势差等于多少从A点到B点所经历的时间为多少分析与解答本题属带电粒子在匀强电场中运动问题，由题意可知，粒子重力不能忽略不计。粒子的运动为垂直于电场方向的竖直上抛运动和平行于电场方向的初速为零的加速直线运动的合成。图18垂直于电场的方向由动量定理得MGT0MV平行于电场的方向由动量定理得QETMV0由得TV/G，又A、B两点在电场方向的距离GVTD2所以A、B两点间的电势差。GEVDUAB2例7质量为M，电量为Q的质点，在静电力作用下以恒定速率U沿圆弧从A点运动到B点，其速度方向改变的角度为（弧度），AB弧长为S，则A、B两点间电势差UAUB，AB弧中点的场强大小E。分析与解答解决此题的关键是挖掘其中的隐含条件，构建出正确的物理模型。此质点只在静电力作用下以恒定速率V沿圆弧运动，故此质点必做匀速圆周运动，进而推断此质点是处在点电荷的电场中。由点电荷形成电场的特点可知UAUB又电场力提供质点作圆周运动向心力QSMVE2又所以SRQSMVE2答案0，V2课外阅读新型的物理肥料电肥科学家们观察发现农作物体内的电位同大气的电位差越大，农作物的光合作用也就越强。科学家们做了一个有趣的实验将西瓜种子在75V电压的稀盐酸溶液中浸泡后，西瓜的含糖量增加了4，产量提高了10；又用220V电压处理西红柿，其果实中维生素C的含量增加了7，糖分增加了2，而产量则增加了17。电场之所以能成为肥料，是由于生物体中的第一个细胞都是一个“微型电池”，电场能使它不断“充电”。美国一位植物生理学家运用这个原理对烟草的细胞团施加电场，10天后发现其繁殖速度加快。将同一原理施用于蔬菜，结果生长周期缩短一半，产量增加了36倍。思维体操一条长为L的细线上端固定在O点，下端系一个质量为M的小球，将它置于一个很大的匀强电场中，电场强度为E，方向水平向右，已知小球在B点时平衡，细线与竖直线的夹角为如图19所示。求当悬线与竖直方向夹角为多大时，才能使小球由静止释放后，细线到竖直位置时，小球速度恰好为零；当细线与竖直方向成角时，至少要给小球一个多大的冲量，才能使小球做圆周运动图19图110分析与解答小球在B点受力平衡，由平衡条件有TSINQEQEMGTGATCOSMG设小球由C点（细线与竖直方向夹角，见图110甲）运动至最低点A时速度恰为零，此过程小球的重力势能减少MGL（1COS），电势能增加QELSIN。由能量守恒MGL1COSQESIN由得TGSINCO1即则2TG2由于小球是在匀强电场和复合场中运动，其等效重力加速度GG/COS见图110乙），小球在A、C间的运动类比为一单摆，B点为振动的平衡位置，A、C点为最大位移处，由对称性即可得出结论2。绳系小球在复合场中做圆周运动的条件与在重力场中类似，只不过其等效“最高”点为D，“最低”点为B，等效重力加速度为G如图111。由22211DBMVLGVLVM解得COS5LL给小球施加的冲量至少应为COS5GLVIB图111三、智能显示心中有数本章是高考的热点，几乎年年都出，出题的形式可以是选择题、填空题，也可以是计算题。考点之一是电荷守恒、库化定律，重点是库化定律的理解和应用。考点之二是描述电场性质的基本概念、基本公式，这一部分既是电学的基础，又是高考的重点和难点。高考要求理解电场强度、电场线的概念；掌握电场强度的定义式和点电荷的场强公式，掌握匀强电场的特点，并能解决有关计算问题；了解电场中导体处于静电平衡状态时的性质；理解电势能、电势、电势差的概念，了解等势面的意义及与电场线的关系，掌握匀强电场中电势差与电场强度的关系；能分析和计算电场中移动电荷做功与电荷电势能的变化以及这两点间电势差的关秒。考点之三是电容器、带电粒子在电场中运动。对电容器要求理解电容的概念，掌握平行板电容器的电容与哪些因素有关，特别抓往C、Q、U、E等量的关系进行分析；对带电粒子在电场中运动，要求掌握带电粒子在匀强电场中加速和偏转的规律。这部分内容在高考中经常出现，尤其是带电粒子在电场中运动是近年来高考的难点，也是热点内容之一。动手动脑1如图112，接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电量为Q，到球心的距离为R，该点电荷的电场在球心的电场强度等于（）。图112AB2RQKR2RQKRC0D分析与解答本题考查对点电荷电场的理解和计算，由于是求点电荷Q的电场在球心处的场强，它与导体球A无关，A球的存在只会影响空间的合场强，A球纯属虚设，起干扰作用，因此只需用点电荷的场强公式计算即可。答案D。2如图113，A、B、C是一条电力线上的三个点，电力线的方向由A到C，A、B间的距离等于B、C间的距离，用UA、UB、UC和EA、EB、EC分别表示A、B、C三点的电势和电场强度，可以断定（）。图113AUAUBUCBEAEBECCUAUBUCUDDEAEBEC分析与解答本题只给一条电力线，这条电力线为直线，可以是点电荷电场中的一条也可以是匀强电场中的一条，故B、C、D不对，但沿电力线方向电势一定降低，A正确。答案A。3如图114，实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，A、B是轨道上两点，若带电粒子在运动中只受电场力的作用，根据此图可作出正确判断的是（）。图114图115A带电粒子所带电量的符号B带电粒子在A、B两点的受力方向C带电粒子在A、B两点的速度何处较大D带电粒子在A、B两点的电势能何处较大分析与解答本题因未知场强的方向，故不能确定是正电荷还是负电荷。但根据运动轨迹可判定电场力的方向是沿平行于电场线指向左侧。若由BA，则电场力做正功，若由AB，则克服电场力做功，故带电料子在B点的电势能大，根据能量守恒，带电粒子在A点的动能大，速度大。答案B，C，D。4在方向水平的匀强电场中，一不可伸长的不导电细线的一个质量为M的电小球，另一端固定于O点，把小球拉起直至细线与场强平行，然后无初速释放。已知小球摆到最低点的另一侧，线与竖直方向的最大夹角为（如图115），求小球经过最低点时细线对小球的拉力。分析与解答设细线长为L，球电量Q，场强E，若电量Q为正，则F方向向右，反之向左。从释放点左侧最高点，由能量守恒SIN1COSLMGL若小球运动到最低点时速度为V，此时线拉力为T，由能量关系得2VQEL又由牛顿第二定律RVMGT2由得SIN1CO23MGT答案。SI创新园地一个带正电荷Q，质量为M的小物块放在绝缘斜面上的A点，它与斜面间的动摩擦系数为，斜面与水平面夹角为，整个装置放在水平方向的匀强电场中，如图116所示，原来置于A点的小物块受到沿斜面向上的短时冲量I作用后沿斜面运动。求图116要使小物块能够沿斜面通过距A点为S的B点，水平方向的匀强电场的场强最大值是多少在第问的条件下，小物块通过B点的动能是多少分析与解答最大场强应是小物块对斜面的压力刚好为零，即N0。由QMGCTEGQE/COSSIN得在第问条件下，由N0得F0。从A点到B点，根据动能定理LMSKB21SSI可求得物块通过B点的功能。答案。QGCTE/SIN2MGSIEKB四、同步题库1两个形状相同的绝缘小球带正、负电荷，两球相距一定的距离，今把它们相接触后置于原处，则它们之间相互作用力与原来相比将（）。A变小B变大C不变D以上三种情况都有可能2两个相同的金属球带有等量的同种电荷Q，相距L，金属球之间静电力为F1，若两球带等量异种电荷，电量仍为Q，距离也不变，两球间的相互作用静电力为F2，则F1、F2的大小关系正确的是（）。AF2F1BF2F1CF2F1DF2F13如图117所示，一条直线上有A、B、C、D四个点，ABBCCD，若在B点处放一个负点电荷，则（）。图117AA,C两点电场强度相同BA,C两点电势相等C把检验电荷从A点移到D点，电场力做功大小为W1；从C点移到D点，电场力做功大小为W2，则W1W2DAD与CD间电势差的绝对值相等4如图118，两个等量同种电荷P、Q，在P、Q连线的垂直平分线上有M、N两点，另有一点电荷Q，则（）。图118A若Q是正电荷，Q在N点的电势能比在M点的电势能大B若Q是负电荷，Q在M点的电势能比在N点的电势能大C无论Q是正电荷，还是负电荷，Q在M、N两点的电势能一样大D无论Q是正电荷还是负电荷，Q在M点的电势能都比在N点的电势能小5如图119，一导体球带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA，在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB，当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为（）。AEBBEAEBC|EAEB|D以上说法都不对图119图120图1216如图120所示，矩形金属片AB放在点电荷Q的左侧，O为金属片的中点，点电荷Q与O点的连线恰与金属片垂直。此时A、O、B三点的电势分别为UA、UO、UB；若将金属片取走，原来的A、O、B三点所在处的电势分别为UA、UO、UB，则下列说法正确的是（）。AUAUOUBBUAUOEKB,EPAEPBCEKAEKB,EPAU2（B）E1E2,U1E2,U1U2（D）E1E2。正点电荷所形成的电场的电力线的方向是向外放射的，根据“沿着电力的方向电势越来越低”可知本题应为U1U2。同时满足这两个条件的选项就是正确的答案。答案C解题后的思考本题虽然只画了一条虚线即不能反映电力线分布的疏密，也不能表现电力线的方向，但是我们在考虑问题时，应以带正电的点电荷Q为中心画出其电力线（如果对此知识很熟，则不必真正画出，只要想到即可。）于是就顺利地选出正确答案了。同学们还可再想想如果Q是带负电的点电荷，那么哪个选项应是正确答案学法指要例题3图64中A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C三点的电热分别为UA15V，UB3V，UC3V。求D点的电势UD启发性问题1什么是“等势面”2在匀强电场中的等势面是什么形式分布的3A、C两点电势差UACB、C两点电势差UBC4你能画出通过B点的“等势线”吗你能画出通过D点的“等势线”吗5通过上列的四个启发性问题，你能想到解答本题的基本思路吗分析与说明1电场中电势相同的各点构成的面叫做“等势面”。只要知道某一等势面上任一点的电势大小，也就知道了该等势面上其它各点的电势了。（请你思考什么是“等势线”）2在匀强电场中各个等势面是彼此平行的平面，间距相等的等势面的电势差是相等的（这可以根据UED推论出）。3UACUAUC15V（3V）18VUBCUBUC3V（3V）6V4只要能找出与B点电势相等的另一个点，我们将该点与B点连接，这条线就是通过B点的“等势线”，再过D点做一个与这条直线平行的直线，就是通过D点的等势线。5在解答本题时，先想办法画出通过D点的等势线，然后再求出此线上某点的电势，也就知道D点的电势了。求解过程如图65所示在A、C连线上，我们取EC。由于在匀强AC31电场中电势差是随距离均匀分布的，所以。EU在前面“分析与说明”中，我们已求出UAC18V，则VUACE6183CEU图64图65将已知的UEC6V和UC3V代入上式36VEVBE3BE（及其延长线）是“等势线”。过D点作与BE的平行线DF（即DFBE），根据平面几何知识可以证明ADF则对应边相等，即AFEC，又因CBEACE31AF31则VUC618FAV9615前面已证明BE是“等势线”，而且DFBE，所以DF也是“等势线”。（在分析与说明中已经讲过）D和F是同一“等势线”上的点VU9答D点的电势。D思维体操例题4如图66所示的电路中，直流电源的电压U18，电容器A和B的电容分别为CA20微法和CB10微法。开始时，单刀双掷开关K是断开的，A和B都不带电。求（1）把K扳到位置1，A的带电量CA（2）然后把K从位置1换接到位置2，则B的带电量CB（3）再把K扳到位置1，使A充电，然后把K换接到位置2，则B的带电量变为QB“准备活动”（解题所需的知识与技能）1本题虽然只涉及“电容”的知识，但因在往复扳动电键K时的充电和放电，以及电路的变化，而成为一个灵活性较强的小难题。2解答本题所用的基本关系式为UC3需要掌握电容器并联的性质。在本题中电键K接到位置2时，其总电容C并CACB其总电量先后为Q并CA，Q并QAQB“体操表演”（解题的过程）（1）把K扳到位置1，是对电容器A充电，根据电容器的电容公式可以导出UQ下式QACAU图66统一单位，将QA20微法20106法、U18伏代入上式可得QA201051836104库答电容器A的带电量QA36104（库）（2）把K从位置1换接到位置2时，两电容器并联，其总电容C并为C并CACB201051010530105法因为电容器B原来不带电，所以此时两电容器并联所带的总电量应为Q并QA36104库根据电容器的电容公式