1、普通高中教科书物理选择性必修第三册 教材介绍报告人：孙XX单 位：人民教育出版社物理室课程标准 选择性必修3模块一级主题01“固体、液体和气体”“热力学定律”“原子与原子核”“波粒二象性”教科书 教材章结构设计01第一章 分子动理论热学 第二章 气体、固体和液体第三章 热力学定律第四章 原子结构和波粒二近代象性物理第五章 原子核教科书 教材章结构设计01物质观、能量观物质观规律（能量观）第一章 分子动理论02热学这一门科学起源于人类对于热与冷现象的本质的追求（这）可能是人类最初对自然法则的追求之一。王竹溪第一章 分子动理论02一、全章概述二、教材具体说明第一章 分子动理论02一、全章概述课程标
2、准要求3.1.1 通过实验，估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。课程标准要求3.1.2 通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。课程标准要求3.1.6 能用分子动理论和统计观点解释气体压强01课程标准要求删去：“知道阿伏加德罗常数的意义”增加：“知道分子运动速率分布图像的物理意义”删去：“认识温度是分子平均动能的标志。理解内能的概念”修订版现行版教材结构的单元划分第一单元第二单元分子动理论的基本内容分子运动速率分布规律实验：用油膜法估测油酸分子的大小分子动能和分子势能学科核心素养：物理观念运用“
3、分子动理论”形成物质观的基本思路以“花的原子”为例，提出原子论的早期观点阐述分子动理论的基本观点及相关的实验证据展示大量分子运动速率所遵循的统计规律从能量角度认识分子热运动的能量特征1.分子动理论的基本内容2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小3.分子运动速4.分子动能章首语率分布规律和分子势能学科核心素养：科学思维模型建构 把分子看成小球来处理，让学生经历建立分子的理想化模型过程。统计规律 展示大量气体分子运动速率分布规律的图像，通过科学推理、论证，实现对分子热运动的微观解释。学科核心素养：科学探究体验用测量宏观量的方法测得微观量分子直径的实验过程。寻找“证据”是科学探究中的要素之一。挖掘相关
4、的实验证据，以提高学生的证据意识。学科核心素养：科学态度与责任科学家布朗精于观察和实验，他发现问题，并把观察到的现象做了详尽的记录，为后人的进一步研究作出了开拓性的贡献的描述，传递给学生一种正确的科学态度和科学精神教育。第一章 分子动理论02二、教材具体说明第一章 分子动理论021.规范阐述分子动理论的基本内容01对物体是由大量分子组成的认识感悟分子的尺度：1010 m01对物体是由大量分子组成的认识1 mol 水中含有水分子的数量就达6.021023个。这足以表明，组成物体的分子是大量的。实验：油膜法估测分子的大小感悟分子的“微小”和“大量”01对分子做无规则热运动的认识对分子做无规则热运动
5、的认识利用Tracker软件，可以追踪到经过多个相同时间间隔的小炭粒所在的位置。打开布朗运动拍摄的视频，选择一个小炭粒为追踪对象，逐帧追踪，选择显示所有追踪的位置并选择显示路径，将这些位置进行连线。（教参中的教学片段）对某个微粒的跟踪情况01对分子间作用力的认识F-r 图像01对分子间作用力的认识F-r 图像现行版修订版经历构建理想化模型的过程用油膜法估测油酸分子直径的大小是一种通过直接测量宏观量来间接测量微观量的方法。用照片呈现真实的实验情境第一章 分子动理论021.规范阐述分子动理论的基本内容2.加强分子运动速率分布统计规律的学习热现象与分子热运动的统计规律分子运动速率分布的图像“取某个速
6、率的分子数”“取某速率区间的分子数”分子运动速率分布的图像横轴：1分子速率v/(100 ms)，横轴数值标注1、2、3 纵轴：每百速率单位区间的分子数所占百分比，纵轴数值标注5、10、15 对气体压强的微观解释对气体压强的微观解释个别分子的运动服从力学规律，个别分子碰撞器壁时所产生的冲力可以用力学规律来计算，但是，涉及大量分子的集体行为就要用到统计规律来处理了，这不是一种纯粹的力学问题。第一章 分子动理论021.规范阐述分子动理论的基本内容2.加强分子运动速率分布统计规律的学习3.认识分子热运动中的能量特征推测分子势能的存在分子势能与分子间距离的关系分子势能与分子间距离的关系修订版现行版第二章
7、 气体、固体和液体02要推论宏观物质的表现，就必须采用统计方法，由对个体原子（分子）物理参量的适当统计平均，来得出支配宏观行为的规律。彭罗斯第二章 气体、固体和液体02一、全章概述二、教材具体说明第二章 气体、固体和液体02一、全章概述课程标准要求3.1.3 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。3.1.4 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。课程标准要求3.1.5 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。3.1.6 通过实验，了解气体实验定律。知道理
8、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。01课程标准要求删去“了解液晶的微观结构”删去“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”修订版现行版教材结构的单元划分第一单元第二单元第三单元气体的等温变化固体温度和温标气体的等压变化和等容变化液体学科核心素养：物理观念研究物质在不同物态下的性质,形成物质观的基本思路研究气体在等温、等压和等容状态下的变化规律从微观角度研究固体和液体的一些性质新材料或传统材料新功能的开发和研制介绍从宏观角度研究热现象的相关物理概念2.气体的等温变化3.气体的等压变化和等容变化4.固体5.液体章
9、首语1.温度与温标学科核心素养：科学思维认识理想模型的本质和特征，同时也对学过的重要理想模型进行梳理，从而由点成线，完善学生的知识结构。学科核心素养：科学探究问题、证据、解释、交流学科核心素养：科学态度与责任第二章 气体、固体和液体02二、教材具体说明第二章 气体、固体和液体021.由温度概念的变化，发展学生的科学思维认识“温度”认识“温度”“温度”概念的形成（典型范例）宏观描述“冷热程度”测量温度“温度计”标度温度“温标”定义温度“热平衡”认识“温度”系统内各部分的状态参量能够达到稳定状态平衡态两个系统接触时状态参量不再变化热平衡处于热平衡的两个物体具有某个共同的热学性质温度温度的数值表示方
10、法温标根据测温物质的某个特性来制造测温工具温度计01认识“温度”热平衡第二章 气体、固体和液体021.由温度概念的变化，发展学生的科学思维2.应用分子动理论和统计观点解释气体实验定律气体等温变化的规律气体等压变化的规律气体实验定律的建立玻意耳定律让学生经历探究性实验过程，后得出结论；盖吕萨克定律和查理定律直接讲授实验结果。第二章 气体、固体和液体021.由温度概念的变化发展学生的科学思维2.应用分子动理论和统计观点解释气体实验定律3.宏观与微观相结合，发展学生的物质观念观察晶体和非晶体的宏观特征观察晶体和非晶体的宏观特征（实验真实情境呈现）观察表面张力的宏观特征观察表面张力的宏观特征（实验真实
11、情境呈现）对表面张力的微观解释关于表面张力、浸润和不浸润、毛细现象只要求学生对相应的现象有所认识，对背后的微观机理定性了解即可，同时能够利用所学知识对日常现象进行解释。观察浸润与不浸润现象（实验真实情境呈现）观察浸润与不浸润现象（实验真实情境呈现）初步了解液晶显示原理第三章 热力学定律02从对一切其他的已知物理和化学过程的这类研究中可以得出这样的结论，自然界作为整体来说它蕴藏着一定数量的能量，它既不会减少，也不会增加亥姆霍兹第三章 热力学定律02一、全章概述二、教材具体说明第三章 热力学定律02一、全章概述课程标准要求3.2.1 知道热力学第一定律。通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定
12、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。课程标准要求3.2.2 理解能量守恒定律，能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、最普遍的自然规律之一。3.2.3 通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。01课程标准要求删去“初步了解熵是反映系统无序程度的物理量”修订版现行版必修3教材结构的单元划分第一单元第二单元功、热和内能的改变热力学第一定律热力学第二定律能量守恒定律学科核心素养：物理观念围绕“能量守恒定律”形成能量观的基本思路人们对“冷热”现象的研究从来就没有停止过从宏观过程阐释热力学第二定律，说明能量转化的方向性问题。从科学历史发展的角度，理解能量
13、守恒定律丰富的内涵及其在科学、哲学发展上的重要意义。章首语1.功、热和内能的改变2.热力学第一定律3.能量守恒定律4.热力学第二定律学科核心素养：科学思维学科核心素养：科学探究使系统的热力学状态发生变化的做功与传热是否具有等效性（问题）焦耳的许多实验证实了做功与传热的等效性（证据）做功或传热，系统的状态发生同样的变化（解释）给出内能概念的科学定义（推理、论证）学科核心素养：科学态度与责任曾任中国物理学会理事长的冯端教授指出：除了要为焦耳、亥姆霍兹和迈尔这些作出杰出贡献的科学家树碑立传外，还应建立一个无名英雄纪念碑，其上最合适的铭文将是“纪念为实现永动机奋斗而失败的人们”。第三章 热力学定律02
14、二、教材具体说明第三章 热力学定律021.深化对内能概念的认识从微观角度认识“内能”从宏观角度认识“内能”从宏观角度认识“内能”科学探究证据第三章 热力学定律021.深化对内能概念的认识2.探索能量守恒的足迹，强化能量观的形成能量守恒定律的建立首先是能量观念形成过程和守恒观念的发展过程;其次是能量守恒定律的表述及其意义;最后是永动机不可能制成。第三章 热力学定律021.深化对内能概念的认识2.探索能量守恒的足迹，强化能量观的形成3.探讨宏观自然过程的方向性，加强科学思维教育了解热力学第二定律了解热力学第二定律关于热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。克劳修斯表述阐
15、述了传热的方向性。其中“自发”二字的含义教科书有明确的说明。相对而言，克劳修斯表述比较容易理解，原因在于这个表述的基础是学生习以为常的事实。教科书通过电冰箱反例，说明“第三者影响”的存在，深刻领会“自发”的物理意义。了解热力学第二定律与热现象有关的宏观过程会有特定的方向性吗？（问题）用实例说明宏观自然过程“自发”地朝某个方向进行（证据）判断相反的过程“自发”能否进行（归纳、推理）反过程不可逆（归纳、推理）得到反映宏观自然过程的方向性的定律（结论）第四章 原子结构和波粒二象性02科学的历史不仅是一连串事实、规则和随之而来的数学描述，它也是一部概念的历史。当我们进入一个新的领域时，常常需要新的概念
16、。普朗克第四章 原子结构和波粒二象性02一、全章概述二、教材具体说明第四章 原子结构和波粒二象性02一、全章概述课程标准要求3.3.6 知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征（必修3）。3.3.1 了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。课程标准要求3.4.1 通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。3.4.2 知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。01课程标准要求旧：“根据实验说明光的波粒二
17、象性”调整：“能根据实验结论说明光的波粒二象性”删去“了解康普顿效应”“知道光是一种概率波”“知道电子云”“初步了解不确定性关系”增加：“了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响”现行版修订版教材结构的单元划分第一单元第二单元第三单元普朗克黑体辐射理论原子的核式结构模型粒子的波动性和量子力学的建立氢原子光谱和玻尔的原子模型光电效应学科核心素养：物理观念介绍“量子理论”形成物质观的基本思路量子论解释了原子、分子等微观粒子遵循的规律介绍了普朗克能量量子化和爱因斯坦光量子理论贯穿原子结构发现的历史和科学研究的方法量子理论改变了人们的自然观、科学观1.普朗克黑体辐射理论2.光
18、电效应3.原子的核式结构模型4.氢原子光谱和玻尔的原子模型5.粒子的波动性和章首语量子力学的建立学科核心素养：科学思维诺贝尔物理学奖获得者汤川秀树说：“对旧有知识的熟知和对新事物的敏感是一个人创造力的基础和源泉。”1.卢瑟福的原子核式结构模型它可以很好地解释粒子散射实验，学科核心素养：科学探究但是无法解释原子的稳定性和原子的分立光谱。2.玻尔的原子模型它解决了原子的稳定性问题，很好地解释甚至预言了氢原子的光谱，但是面对更复杂的原子无能为力。“对原子结构的认识”（继承与创新的科学过程）3.量子理论玻尔提出的定态和在定态之间跃迁的概念都被保留下来，而不正确的经典轨道概念就被抛弃了。学科核心素养：科
19、学态度与责任人的科学素养不仅指科学知识方面的素养，它还有更高的层次，就是科学方法、科学意识和科学精神等方面的要求。第四章 原子结构和波粒二象性02二、教材具体说明第四章 原子结构和波粒二象性021.从概念蜕变的历史轨迹中领悟科学家的科学思维了解黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律与经典电磁辐射理论的矛盾，引出了能量量子化假说。这个假说的推论与事实相符的结果有很高的教育价值。了解光电效应现象科学探究证据第四章 原子结构和波粒二象性021.从概念蜕变的历史轨迹中领悟科学家的科学思维2.贯穿原子结构发现的历史和科学研究的方法原子的核式结构模型的构建第一阶段：发现电子，认识到原子内部也有结构。“人类认
20、识原子结构”（科学探究）第二阶段：推测原子中电荷的分布，认识到原子的核式结构。第三阶段：经典电磁理论遇到了矛盾，玻尔提出了新的原子理论。第一阶段：发现电子阴极射线的本质电磁辐射？带电微粒？汤姆孙实验（在电磁场中偏转）阴极射线是带电粒子流汤姆孙实验（不同材料的阴极，不同的气体）射线粒子的电荷与氢离子一样对其他现象的研究（光电效应、热离子发射、射线）电子是所有原子的组成部分第二阶段：卢瑟福的核式结构模型汤姆孙的“枣糕”模型被粒子散射实验否定卢瑟福给出假设核式结构模型根据假设进行数学推理，得出各个方向散射粒子的比例与实验事实对照，证实了假设第三阶段：玻尔新的原子理论经典电磁理论的矛盾玻尔的新观念轨道
21、和能量的分立性数学推理与实验事实对照（氢原子光谱的实验规律）玻尔模型的局限性氢原子电子轨道与能级科学漫步：光谱分析第四章 原子结构和波粒二象性021.从概念蜕变的历史轨迹中领悟科学家的科学思维2.贯穿原子结构发现的历史和科学研究的方法3.突出量子理论对人类物理观念的改变量子力学的建立科学探究证据量子力学的建立这些理论在解释实验方面又都取得了成功。而且这些理论都与普朗克常量紧密相关。这就预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系，从而，自然引出人们建立描述微观世界的物理理论量子力学。科学漫步：量子力学的创立和索尔维会议第五章 原子核02随着核能的出现，我们这一代人为世界带来了人类发现火以来最革命性的
22、力量。爱因斯坦第五章 原子核02一、全章概述二、教材具体说明第五章 原子核02一、全章概述课程标准要求3.3.2 了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。课程标准要求3.3.3 了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。课程标准要求3.3.4 认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。3.3.5 了解人类对物质结构的探索历程。01课程标准要求增加“知道四种基本相互作用”删去“能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因”删去“知道链
23、式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式”第五章 原子核1.原子核的组成2.放射性元素的衰变3.核力与结合能4.核裂变与核聚变5.“基本”粒子现行版修订版必修2教材结构的单元划分第一单元第二单元第三单元原子核的组成核力与结合能“基本”粒子核裂变与核聚变放射性元素的衰变学科核心素养：物理观念探索微观物质结构形成物质观、能量观的基本思路认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。人们怎样从天然放射现象一步一步揭开原子核秘密的科学过程。新粒子的发现，用强有力的证据说明基本粒子并不“基本”的事实。指出核能是蕴藏在原子核内部的能量。1.原子核的组成2
24、.放射性元素的衰变3.核力与结合能5.“基本”粒子章首语4.核裂变与核聚变学科核心素养：科学思维物理意义 指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。不同元素的原子核，衰变快慢不同，半衰期也不同，甚至差别非常大。统计意义 理解半衰期是对大量的原子核整体衰变给出的“统计预测”，对单个的原子核来说，它的半衰期是毫无意义的。决定因素 衰变发生在原子核内部，衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，而原子所处的化学状态和外部条件，一般不会影响原子核的结构。03学科核心素养：科学探究科学探究证据03学科核心素养：科学态度与责任第五章 原子核02二、教材具体说明第五章 原子核021.探索原子核组成的科学过程
25、和科学方法03原子核的组成科学探究证据认识射线的本质第一阶段：发现天然放射性铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线（问题）发现钍、钋、镭等都具有放射性（证据）放射现象与元素种类有关，发生在原子核内部（解释）原子核内部有结构（结论）第二阶段：发现质子科学探究证据第二阶段：发现质子原子核内部有结构（问题）用粒子轰击氮原子核，放出氢原子核质子（证据）用粒子轰击氟、钠、铝等原子核，放出氢原子核质子（证据）质子是原子核的组成部分（推测、解释、结论）第三阶段：发现中子科学探究猜想、证据第三阶段：发现中子质子是原子核的组成部分，所有原子的比荷都应相同（推测）指出这个推测与实际情况不符（证据）原子核内存在质量与质
26、子相同，不带电的粒子（卢瑟福猜想）查德威克通过实验证实了这个猜想（证据）质子和中子都是原子核的组成成分（结论）第五章 原子核021.探索原子核组成的科学过程和科学方法2.在学习核反应方程中再次渗透“守恒思想”认识核反应方程原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程，称为核反应。与衰变过程一样，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。第五章 原子核021.探索原子核组成的科学过程和科学方法2.在学习核反应方程中再次渗透“守恒思想”3.通过推理、类比思维加工认识核力和结合能03对核力产生的质疑科学探究问题核力与四种基本相互作用万有引力、电磁力、强相互作用弱相互作用，后两种只能在微观领域
27、内（原子核的尺度1015范围内）发挥作用，是一种短程力。对结合能的讨论第五章 原子核021.探索原子核组成的科学过程和科学方法2.在学习核反应方程中再次渗透“守恒思想”3.通过推理、类比思维加工认识核力和结合能4.认识科学技术在促进人类社会发展中的作用了解核裂变反应了解核裂变反应了解核聚变反应第五章 原子核021.探索原子核组成的科学过程和科学方法2.在学习核反应方程中再次渗透“守恒思想”3.通过推理、类比思维加工认识核力和结合能4.认识科学技术在促进人类社会发展中的作用5.建构相对完整、科学的物质观念。发现新粒子粒子的分类强子 强子是参与强相互作用的粒子。质子和中子都是强子。轻子 轻子不参与
28、强相互作用。最早发现的轻子是电子，后来发现的轻子有电子中微子等规范玻色子 规范玻色子是传递各种相互作用的粒子希格斯玻色子 希格斯玻色子是希格斯场的量子激发01第一阶段：发现强子有内部结构强子有内部结构（新粒子等许多事实证明）强子由夸克成分组成（夸克及其反夸克，电子电荷存在分数电荷）实验中发现了所有6种夸克及其反夸克存在（证据）夸克不能以自由的状态单个出现01第二阶段：建立粒子物理标准模型夸克模型基础上建立的量子色动力学（理论基础）粒子物理标准模型（问题）标准模型和大量实验吻合得很好（证据）组成物质的几类最基本的粒子（夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子）第五章 原子核02关于自然，最不可理解的事情就是，它居然可以被人理解。爱因斯坦谢谢！
