人教版《物理》选择性必修第三册“第二章 气体、固体和液体”编写说明

摘 要：对“气体、固体和液体”一章的编写意图进行梳理，说明全章的结构设计特点，展现教科书编写的逻辑线索，落实学科核心素养.对全章具体内容逐节进行说明并给出教学建议.

关键词：气体;固体;液体;物理核心素养;编写说明

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）03-0009-02

作者简介：魏昕（1986-），男，青海人，博士，副编审，研究方向：物理课程与教材.

物体是由数量极多的分子组成的.分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用的引力与斥力.这些因素决定了分子的不同聚集状态，也就决定了物质的结构.当分子的无规则运动起主要作用时，物质将呈气体状态;当分子力起主要作用时，物质将呈固体状态;当分子无规则运动与分子力这一对矛盾旗鼓相当时，物质将呈液体状态.物质的不同结构，自然表现出不同的物理性质.本章是在上一章——“分子动理论”的基础上，研究不同物态下物质的一些规律和性质.通过本章的学习，学生对物质会有更加深入的认识.

1 全章概述

《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）要求：（1）了解固体的微观结构.知道晶体和非晶体的特点.能列举生活中的晶体和非晶体.通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用.（2）了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响.（3）观察液体的表面张力现象.了解表面张力产生的原因.知道毛细现象.（4）通过实验，了解气体实验定律.知道理想气体模型.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律.与《普通高中物理课程标准（实验）》相比，新课标删去了“知道饱和汽、未饱和汽和饱和气压.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”等内容.

新课标要求学生通过对固体、液体和气体等内容的学习，进一步促进物质观念和物理模型建构等学科核心素养的形成.通过观察生活现象和实验，让学生了解固体、液体和气体的微观结构，能利用分子动理论解释固体、液体和气体的微观结构及特点.注重运用气体实验定律分析和解决日常生产生活中的实际问题.认识建构理想气体等模型的必要性，能在一定条件下应用理想气体模型分析和研究实际气体的问题，能用等温、等压、等容的理想过程正确认识和分析现实生活中的气体状态变化[1].教材根据以上变化，对本章内容进行了修订.

与“选修3-3”相比，新教材进行了较大调整，将原教材中“气体”“固体、液体和物态变化”两章进行整合，删除、调整了饱和汽与饱和汽压、物态变化中的能量交换以及理想气体状态方程等新课标不再要求的内容.本章共有5节.第1节介绍从宏观角度研究热现象的相关物理概念——系统、系统的状态参量和平衡态，判断热平衡的物理量——温度，以及描述与测量温度的方法和工具——温标和温度计.第2、3节研究气体在等温、等压和等容情况下的变化规律，概括得出理想气体的概念，并在“拓展学习”中介绍了各个状态参量都发生变化时的关系式，即理想气体状态方程.第4、5节研究固体和液体的一些性质，如晶体及其微观结构、液体的表面现象和液晶等.

课时安排建议

第1节 温度和温标1课时

第2节 气体的等温变化1课时

第3节 气体的等压变化和等容变化1课时

第4节 固体1课时

第5节 液体1课时

2 具体说明

2.1 突出理想模型，渗透创新意识

理想模型是物理学中的重要思想方法，在前面学习质点、点电荷、单摆和弹簧振子等物理模型后，本章又引入了“理想氣体”模型.在引入“理想气体”前，学生已经学习了气体的实验定律，但教材在这一过程中并未对研究对象——气体，需要具备的条件进行说明.在获得规律后，学生自然要问规律的适用条件与范围.因此，教材也是希望学生在经历规律获得的过程后，提出问题并深入思考，进而提炼得出“理想气体”模型.到此为止，学生在高中阶段基本完成了对主要理想模型的学习，因此，教材专门在“理想气体”后开设“科学方法”栏目，对理想模型进行归纳和概括，帮助学生认识这一重要科学方法的本质和特征，也能够对之前所学重要模型进行梳理，从而由点成线，完善学生的知识结构.

创新也是科学思维的重要组成部分，相对于理想模型的显化性介绍，创新在教材中主要以渗透的方式为主，通过真实的科学故事触碰学生的思想，激发学生内在的创新动机和创新意识.在固体内容之后，教材以“科学漫步”的形式介绍了2010年诺贝尔物理学奖得主研究石墨烯背后的故事，文中先讲述了科学家夺得“搞笑诺贝尔物理学奖”的过程，这个研究看似搞笑，但背后却展现了细心的观察和严密的逻辑，是一个很好的提出猜想与假设的实例，也充分体现了热爱与兴趣对于研究的重要性.在制造石墨烯的研究中，科学家实际上也是秉承了上述一贯的特点，从而取得了重大突破.最后，教材指出创新的方法和本质，即“解决具有挑战性的科学问题，除了扎实的理论和精密的仪器外，好奇心、想象力对日常生活的细致观察和灵活运用也同样重要”.

2.2 宏观、微观相结合，发展学生物质观念

人类对物质的认识是从宏观到微观不断深入的过程.在初中阶段，通过对声、光、热、电、磁、力与物质的相互作用的学习，初步认识了物质的形态和变化、物质的属性、物质的结构与物体的尺度等，这些知识为进一步认识物质的宏观特征和微观结构奠定了基础.本章内容以分子动理论为基础，在认识物质宏观特征和规律的同时注意寻求其背后的微观机制，使学生能够从不同层次对物质的形式、变化等形成深入理解.

例如，在介绍固体时，教科书围绕“观察食盐和松香粉末外形有什么差别”和“观察玻璃与云母片上石蜡熔化区域的形状”两个活动，研究晶体和非晶体的宏观特征.在观察现象的基础上，从晶体的微观结构——空间点阵方面对原因进行定性解释.对于微观解释，教科书仅需学生了解组成晶体的微粒在空间中依照一定的规则排列，对于用点阵概念来解释晶体的规则外形和各向异性，大致了解即可，不作过多要求.关于晶体的各向异性，虽然教科书既通过实验展示了云母片导热性上的各向异性，也通过图片展示了方解石光学性质的各向异性，但应当提醒学生注意，并非每种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性.

另外，教科书提到晶体的多形性以及同一种物质既能以晶体的形式存在，又能以非晶体的形式存在，目的是避免学生在物质存在的形式上产生片面的、绝对化的错误认识.

2.3 重视知识与生活的联系

本章始终重视引导学生利用所学知识解释身边的现象，这点在“液体”一节尤为突出.本节教材在介绍表面张力、浸润和不浸润、毛细现象时，只要求学生对相应的现象有所认识，对背后的微观机制定性了解即可，同时能够利用所学知识对日常现象进行解释.例如，教材在讲解表面张力时从实验入手，引导学生观察现象、深入思考.为了说明液体表面的收缩趋势，教科书提出了表面层的概念，但不要求学生了解表面层的形成原因，只要求学生知道表面层里的分子比液体内部稀疏即可.实验中，教科书强调用热针能刺破肥皂膜，这是因为液体的表面张力与温度有关，温度升高时表面张力会减小，但同样不需要学生掌握.在介绍浸润、毛细现象时，教材也是采用观察实验的方式来引导学生认识相关现象，最后介绍生产生活中常见的毛细现象，将知识与生活联系起来.

液晶是现代社会中广泛采用的一种材料，与学生的生活密切相关.教材在研究固体、液体的基础上，简单地对液晶的结构和物理特性进行了介绍，使得学生对液晶形成基本认识.在这一基础上，教材以“科学漫步”的形式，对液晶最基本的显示原理进行了介绍，使学生能对手表、计算器等显示设备有所认识，为有兴趣的学生打开了一扇窗户，鼓励他们了解其他液晶的显示技术.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2020-11-11）