本書內(nèi)容包括熱學的基本概念、氣體、固體和液體、物態(tài)變化、熱力學定律等,每章附有閱讀材料,介紹科學家的事跡和擴大知識面的材料。
【圖書特色】
、偃珖袑W生物理競賽委員會指定參考書
、谥袑W物理課本和大學普通物理課本之間的橋梁
③物理概念準確,物理圖像清晰,物理思想深刻
、軐橹袑W生編寫,中學生看得懂,能消化
、輬D片質(zhì)量高,版式精美,注重閱讀體驗
這本教材是為學校里學習基礎較好且學有余力并對物理學科饒有興趣、愿意深入鉆研的學生編寫的,其內(nèi)容的深度和廣度均超出原來的教學大綱和現(xiàn)行課程標準的要求.其目的在于充分開發(fā)學生的智力,使學生在高中階段不僅能學到比較扎實的基礎知識,而且在科學思維和科學方法,理論結(jié)合實際地進行綜合分析的能力,熱愛科學、勇于探索創(chuàng)新的精神,嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學作風等方面都能得到培養(yǎng)和提高,從而具有較全面的科學文化素質(zhì),為今后進一步學習和工作打下良好的基礎.
現(xiàn)就編寫這本教材的一些考慮和如何使用本教材的建議敘述如下.
1. 教學重點放在基本概念和基本原理上.從伽利略、牛頓時代開始,經(jīng)過300多年無數(shù)科學家的努力,物理學已經(jīng)成為比較成熟、系統(tǒng)性很強的學科.物理學的成果對現(xiàn)代自然科學和工程技術的發(fā)展起著巨大的推動作用,每一門新技術的出現(xiàn)都是物理學研究取得突破的結(jié)果.說物理學成熟和系統(tǒng)指的是物理學的知識已形成一個內(nèi)部結(jié)構嚴密的體系,廣泛的實踐已經(jīng)證明物理學的基本原理和規(guī)律正確地反映了客觀世界的運動、發(fā)展和演化.只要能正確地理解和掌握這些概念、原理和規(guī)律及研究問題的科學方法,許多看來頭緒紛繁的問題都有可能迎刃而解,對不斷出現(xiàn)的新知識的理解也將比較容易.所以,高中物理課的首要任務應該是基本物理概念和原理的教與學,力求使學生對它們有比較清楚的理解.因此,在教材中不惜多費筆墨對一些概念和原理作了比較深入的闡述,在教學中也應當在這方面多花一些時間.要做到真正的理解,單靠講和聽是不行的,必須通過學生獨立思考,把教學過程從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習,才能使學習內(nèi)容成為學生頭腦中印象深刻、具有有機聯(lián)系的知識.這個過程需要多花一些時間.這樣,雖然表面上教學進度慢了,但實際上學生真正弄懂了所學內(nèi)容,就能牢記不忘,而且學會了科學思維的方法,可以舉一反三,觸類旁通,把知識變活了,將來學習會越來越順利,總的效果會是快而不是慢,且能學得更好、更扎實.
2. 如前所述,本教材的內(nèi)容與傳統(tǒng)和現(xiàn)行高中教材相比,在深度和廣度上均有所超出.對于這部分內(nèi)容的要求應區(qū)別不同情況作不同處理,不要都與基本原理的要求一樣.這部分內(nèi)容大體上可以分為四種情況.
(1) 與基本概念、基本原理密切相關的內(nèi)容,學生應該掌握,才能達到“真正的理解”.如力學中的矢量、近乎微積分的分析處理方法、簡諧振動表達式、振動的合成和波的疊加的推導等均屬這一類.這些概念和方法在物理學中使用較多,也有助于學生更好地理解有關內(nèi)容,高中學生也是能夠掌握的.其中一些內(nèi)容學生開始接觸時可能有些困難,不要因此而回避,也不要期望一步到位.經(jīng)過多次接觸,反復運用,最后可以達到預期目的.
。2) 屬于物理學基本原理,但在高中階段只能達到初步理解的內(nèi)容.如力學中的角動量、剛體定軸轉(zhuǎn)動、流體動力學等均屬此類.這些內(nèi)容涉及的物理現(xiàn)象是生活中經(jīng)常遇到的,它們又是進一步學習的基礎.因此在高中應該教一點初步知識,以拓寬學生的思路,并為進一步學習做點準備.對這部分內(nèi)容要求要適當,不能要求學生有深入的理解.在課后作業(yè)方面只要求做一些有助于理解所講內(nèi)容的習題.
。3) 適當增加了一些近代物理方面的內(nèi)容.面向21世紀的中學生應該對20世紀初以來的近代物理學有一定的了解,跳出經(jīng)典物理學的框框,獲得比較完整、準確的物理概念.但由于學生數(shù)學物理基礎的限制,這部分內(nèi)容只能是初步的.對于書中增加的一些近代物理的基本概念、原理和結(jié)論,如相對論、量子論和粒子與宇宙等內(nèi)容,有的采取滲透的方法,在講授經(jīng)典物理知識時加入有關的內(nèi)容;有的則比較系統(tǒng)地進行簡要介紹,講解中側(cè)重基本概念、發(fā)展脈絡和研究方法.近代物理學的發(fā)展過程充滿了新舊觀念的矛盾、理論與實驗的矛盾,也正是這些矛盾推動了物理學的發(fā)展.這對于啟發(fā)學生的科學思維和創(chuàng)新精神是十分有利的.這部分內(nèi)容以及新增加的經(jīng)典物理學中的統(tǒng)計概念、不可逆過程等,不可能要求學生完全理解,只要求學生知道一些最基本的概念,知道還有不少問題有待進一步學習就行了.這樣,學生學到的知識是開放型的,而不是封閉型的,學生的求知欲得到進一步的激發(fā).學到的某些新知識就如一個嫩芽,遇到適宜的環(huán)境,它就能夠生長起來.每個人的條件不同,今后的發(fā)展也會有很大差別.這樣安排有利于學有余力的學生通過學習較早地接觸到更深一些的內(nèi)容從而達到更高的水平.
教師在講授這方面內(nèi)容時可以相機行事,進行適當?shù)脑鰟h.學生則要改變老師教多少就學多少的被動學習習慣,采取主動學習、充分發(fā)揮自己潛力的學習方法.
(4) 閱讀材料.多數(shù)是介紹科學家的事跡和擴大知識面的材料.這些材料有利于提高學生的科學素質(zhì).閱讀這些材料不費多少時間,希望每位學生都能認真閱讀、思考并有所體會.
3. 一定要通過各個教學環(huán)節(jié)加強能力培養(yǎng),特別是科學思維能力的培養(yǎng).要結(jié)合理論教學和具體事例講授科學家如何發(fā)現(xiàn)問題、如何探索解決問題的途徑,他們采用的科學方法,他們具有的嚴謹?shù)目茖W作風、兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神和勇于突破的創(chuàng)新精神.講授原理時要注意講清思路而不是只講結(jié)論.有的內(nèi)容可以不講而要求學生自學,思考題要求學生認真思考并相互討論,把有關概念和原理真正搞清楚.做習題是教學過程的必要環(huán)節(jié),要求學生在認真復習課堂講授內(nèi)容基礎上獨立完成作業(yè).希望學生在解題過程中弄清思路,務求做一題就有一題的收獲.
4. 實驗教學是物理教學的重要環(huán)節(jié).實驗教學既與理論教學相聯(lián)系,又有一定的相對獨立性.鑒于已有專門的中學物理實驗教材出版,本教材未編入具體的實驗內(nèi)容.
在編寫這套教材時,曾組織大、中學校老師召開過多次座談會,他們提出了許多寶貴的意見和建議.這套教材的力學部分先后由張繼恒、張維善執(zhí)筆;熱學部分由張維善執(zhí)筆;電磁學部分由林婉執(zhí)筆;光學和近代物理部分由張維善執(zhí)筆.沈克琦主持編寫并對全書進行了審閱.
中國科學技術大學出版社為本書的編寫、出版做了大量工作,謹表誠摯的謝意.我們還由衷地希望看過和用過此教材的老師和同學提出寶貴的批評和意見,以幫助我們進一步改進,使之日臻完善.謹致謝忱.
沈克琦
前言
第7章 熱學的基本概念
7.1 熱現(xiàn)象的研究
7.1.1 熱現(xiàn)象與熱運動
7.1.2 宏觀量與微觀量
7.1.3 熱力學和統(tǒng)計物理學
7.2 分子動理論基礎
7.2.1 物體由分子構成
7.2.2 分子在不停地無規(guī)則運動
7.2.3 分子之間有相互作用力
7.3 溫度和溫標
7.3.1 平衡態(tài)和狀態(tài)參量
7.3.2 熱平衡和溫度
7.3.3 溫標和溫度計
7.4 內(nèi)能
7.4.1 分子的動能
7.4.2 分子勢能
7.4.3 內(nèi)能
7.5 熱量和熱傳遞
7.5.1 熱量
7.5.2 熱傳遞
7.5.3 熱平衡方程
第7章習題
閱讀材料
第8章 氣體
8.1 氣體的實驗定律
8.1.1 玻意耳定律
8.1.2 查理定律和蓋·呂薩克定律
8.2 理想氣體狀態(tài)方程
8.2.1 理想氣體及其狀態(tài)方程
8.2.2 克拉珀龍方程
8.3 氣體分子運動的特點
8.3.1 分子間的距離較大
8.3.2 分子間的碰撞頻繁
8.3.3 分子沿各個方向運動的機會均等
8.3.4 分子速率按一定規(guī)律分布
8.3.5 統(tǒng)計規(guī)律和漲落現(xiàn)象
8.4 理想氣體的壓強
8.4.1 單一理想氣體的壓強
8.4.2 道爾頓分壓定律
8.5 理想氣體的溫度和內(nèi)能
8.5.1 理想氣體的溫度
8.5.2 理想氣體的內(nèi)能
8.6 真實氣體范德瓦耳斯方程
8.6.1 分子體積所引起的修正
8.6.2 分子間引力所引起的修正
第8章習題
閱讀材料
第9章 固體和液體
9.1 固體
9.1.1 晶體的宏觀特征
9.1.2 晶體的微觀結(jié)構
9.1.3 晶體中粒子的熱運動
9.2 液體
9.2.1 液體的微觀結(jié)構
9.2.2 液體中分子的熱運動
9.3 液體的表面現(xiàn)象
9.3.1 液體的表面張力
9.3.2 潤濕(浸潤)現(xiàn)象
9.3.3 毛細現(xiàn)象
9.4 固體和液體的熱膨脹
第9章習題
閱讀材料
第10章 物態(tài)變化
10.1 熔化和凝固
10.1.1 熔點
10.1.2 熔點與壓強的關系
10.1.3 熔化熱
10.2 蒸發(fā)飽和氣與飽和蒸氣壓
10.2.1 蒸發(fā)現(xiàn)象
10.2.2 飽和氣與飽和蒸氣壓
10.3 沸騰汽化熱
10.3.1 沸騰
10.3.2 汽化熱
10.4 液化臨界溫度
10.4.1 液化與汽化曲線
10.4.2 臨界溫度
10.5 升華和凝華三相點和三相圖
10.5.1 升華和凝華升華曲線
10.5.2 三相點和三相圖
10.6 空氣的濕度露點
10.6.1 空氣的濕度
10.6.2 露點
第10章習題
閱讀材料
第11章 熱力學定律
11.1 熱力學第一定律
11.1.1 焦耳實驗功與內(nèi)能
11.1.2 熱量與內(nèi)能
11.1.3 熱力學第一定律
11.2 理想氣體的幾種熱力學過程
11.2.1 等容過程
11.2.2 等壓過程
11.2.3 等溫過程
11.2.4 絕熱過程
11.3 自然過程的“方向”和熱力學第二定律
11.3.1 自然過程的“方向”
11.3.2 熱力學第二定律
11.4 熱力學第二定律的微觀意義
11.4.1 宏觀狀態(tài)與微觀狀態(tài)
11.4.2 熱力學第二定律的統(tǒng)計意義
11.5 熵與“熱寂”
第11章習題
閱讀材料
總復習題
部分習題答案
附錄