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1、高中物理教师命题常犯十大知识性错误排行榜高中物理教师命题常犯十大知识性错误排行榜 湖北省恩施高中陈恩谱 高中教师在资料选用和试题命制时 常常对一些明显的知识性错误视而不见 也常常犯一些明显的知 识性错误而不自知 以讹传讹 贻害无穷 笔者已经为高中物理教师们在教学过程中常犯的知识性错误罗 列了一个清单 本次笔者再就练习题 考试题中的常见的知识性错误罗列了一个排行榜 希望利用这种方 式引起广大高中物理教师的警醒 限于笔者的学识和能力 文中疏漏错误之处不可避免 欢迎各位行家批 评指正 排行榜第一名 以为温度相同的两种不同物质 分子热运动的平均动能就相同排行榜第一名 以为温度相同的两种不同物质 分子热
2、运动的平均动能就相同 知识辨析 知识辨析 单个分子热运动的能量包含分子平动动能 转动动能 振动动能 分子内部振动势能 按能量均分定 理 分子的每个自由度分得同样大小的能量 kT 2 对于单原子分子气体 只有三个平动自由度 因此分子热运动平均能量为 3kT 2 但对双原子分子气 体 还存在 2 个转动自由度和 1 个振动自由度 经典理论分析的结果是分子平均动能为 6kT 2 3kT 加上 分子内部振动势能 分子热运动平均能量为 7kT 2 但实际上 由于转动 振动能级的量子性 离散性 在温度较低时 有一些自由度被 冻结 分子平均能量接近 5kT 2 随着温度升高 冻结 自由度解 冻 分子热运动平
3、均能量 E ikT 2 中 i 由 5 逐渐增大 最大值为 7 这时温度已经很高了 对于固体中的晶体 分子按空间点阵分布 没有平动 转动自由度 只有三个振动自由度 分子平均 动能基本上都是 Ek 3kT 2 连带相应的分子振动势能 平均分子热运动能量为 E 6kT 2 3kT 当然实际中 因为能级离散等原因 也有少数固体物质存在较大偏离 比如金刚石的分子热运动平均能量为 E 0 68kT 那么 温度相同 不同物质的分子 若自由度数目不相同 分子平均动能 Ek ikT 2 中 i 的取值就会不 同 因此 分子平均动能就会不同 更重要的是 人为的只分析分子动能而不考虑分子内部振动势能也是 不合理的
4、 分子振动势能作为分子热运动能量的一部分 直接涉及到了物质的热学性质 比如摩尔热容 R i C 2 mol 赵凯华 罗蔚茵所著 新概念物理教程 热学 第 86 页有如下叙述 除了分子各自由度的动能和 分子内部原子间的相互作用势能外 一般在分子之间还存在相互作用势能 所有这些分子的动能和势能的 总和 叫做物质的内能 对于理想气体 分子间的相互作用可以忽略 其内能 的变化 只 考虑 分子 动能和分子内部势能 这就是说 即使是理想气体即使是理想气体 也必须考虑分子转动也必须考虑分子转动 振动动能和分子内部振动势振动动能和分子内部振动势 能能 理想气体忽略的不过是分子间相互作用势能的变化而已 而并不像
5、某些教师以为的那样 他们以为 理想气体只需要考虑分子平动动能 顺便说一下 冰融化为水时 尽管温度不变 吸收的热量却也不仅仅只是增加分子势能 还用于增加 分子动能 因为水中一部水分子离开了平衡位置在水中平动 增加了 3 个平动自由度 当然 很多分子不 是单独一个分子在平动 而且还是两个 三个聚合在一起平动 考虑到大部分分子大部分时间都只是在平 衡位置附近振动 冰融化为水时 平均起来水分子自由度增加小于 3 水蒸发为水蒸气时 同样存在自由 度变化的问题 因此 不能认为物态变化时 吸收的能量全部用了增加分子势能 典型案例 典型案例 1 2018 年 3 月 10 日 安微省江南十校综合素质检测 理综
6、第 33 题第 1 题 B 选项 摩尔数相 同且视为理想气体的氧气和氦气 如果升高相同的温度 内能增加量相同 命题人认为 B 选项正确 但 实际上这两种气体分子结构不同 氧气是双原子分子 O2 氦气是单原子分子 He 分子平均动能一定不 同 而内能还涉及分子内部振动势能 温度变化相同的数值时 两种气体内能的变化量自然也就不同 2 2018 年 3 月 30 日 湖北省八校第二次联考 理综第 33 题第 1 题 C 选项 温度相同的氧气 和臭氧气体 分子平均动能相同 命题人认为 C 选项正确 但实际上这两种气体分子结构不同 氧气是 双原子分子 O2 臭氧是三原子分子 O3 臭氧分子具有更多的振动
7、自由度 温度相同时 分子平均动能 就可能不同 3 2018 年 4 月 12 日 重庆市 4 月调研测试卷 二诊 理综第 33 题第 1 题 A 选项 温度相 同的一切物质的分子平均动能相同 命题人认为 A 选项正确 命题人明显不清楚 温度相同时 不同结 构的分子平均动能一般不相同 这个常识 4 2018 年 金太阳 100 所名校高考模拟金典卷 物理 二 第 15 题第 1 题 A 选项 0 的冰 和 0 的铁块的分子平均动能相同 命题人认为 A 选项正确 如上所述 冰和金属都是晶体空间点阵结 构 分子平均动能均可表示为 Ek 3kT 2 所以命题人侥幸正确 命题建议 命题建议 高中阶段建议
8、回避涉及不同物质的温度和分子平均动能关系的命题 这毕竟是教材没有深入展开的内 容 涉及则属于超纲 如果非要涉及 建议根据确凿的实验数据 选取两种分子结构相同的物质 并明确 限定温度范围 排行榜第二名 高中物理课本早已删改 本就错误的排行榜第二名 高中物理课本早已删改 本就错误的 1913 年版本玻尔理论的经典部分内容年版本玻尔理论的经典部分内容 知识辨 析 知识辨 析 丹麦物理学家尼尔斯 玻尔在 1913 年提出了著名的玻尔原子模型 其中涉及到三个方面的核心内容 定态假设 跃迁假设和角动量量子化 这是一个半经典半量子化的模型 这个模型里包含了如下经典 内容 电子在核外取确定的圆周轨道 电子绕原
9、子核运动存在经典的电子动能和电势能 且原子能级越 高 电子动能越小 电势能越大 然而 随后的实验和理论进展表明 玻尔原子模型的经典内容是错误的 玻尔本人也承认 1913 年版 本的玻尔原子模型是不合适的 并在 1926 年郑重公布了新版的玻尔原子模型 这个新版的玻尔理论已经 不再包含原来的经典内容 按量子力学的分析 电子在核外没有确定的轨道 当然也就不再具有经典的动能和势能概念 原子的 能量就是原子整个的能量 无法进一步分解为动能和势能 原子处于确定的能级时 其核外电子在空间各 点出现的概率用波函数模的平方来描述 电子在核外的分布直观表示为电子云 电子出现概率较大的地 方点子打密集一些 电子出
10、现概率较小的地方点子打稀疏一些 不同原子 不同能级 电子云的形象就不 同 新课标人教版教材 高中物理 选修 3 5 自 2007 年第一版以来 就已经将 1913 年版的玻尔理论中 电子轨道 电子动能和势能等内容删掉了 只介绍了其中和量子力学相符合的能级 能级跃迁概念 并明 确指出 1913 年版的玻尔理论包含的经典内容是错误的 这个理论除了能解释氢原子光谱外 无法处理更 复杂的原子 是不成功的理论 典型案例 典型案例 1 稳派教育 2018 届高三强化训练 六 理综第 14 题 C D 选项 C 根据玻尔的氢原子理论 氢 原子的核外电子在半径越大的轨道上运动时 动能越大 D 根据玻尔的氢原子
11、理论 氢原子的核外电子 在半径越大的轨道上运动时总能量越大 这显然涉及到了课本上没有的 1913 年版本玻尔理论中的错误 内容 2 创新设计 2018 年高考总复习 第 202 页 还把如下内容作为 课前自主梳理 3 轨道 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应 氢原子的半径公式 1 2r nrn n 1 2 3 其中 r1为基态半径 又称为玻尔半径 其数值为 r1 0 53 10 10m 这不仅超出了高中课本内 容 而且还把 1913 年版本玻尔理论中电子在核外的轨道半径混淆为 氢原子的半径 中学物理教学 参考 2018 年 1 2 期第 116 页也有类似的所谓 重点知识梳
12、理 3 2018 年青岛市 3 月份模拟试题 理综第 14 题 D 选项 玻尔理论认为 氢原子的核外电子轨道是 量子化的 命题人把 D 选项设置为正确选项 本题表面上看直接来自课本正文 无可否认 玻尔理论的 确就是这样认为的 但是 作为整个题目的唯一正确选项 普及的却是实际上错误的知识内容 不知命题 人是想考物理学史呢 还是增进学生科学知识 4 2015 年福建省高考理综 第 30 题第 1 题 B 选项 氢原子辐射光子后 其绕核运动的电子动 能增大 命题人认为 B 选项正确 这一题作为高考题 超出课本知识范围 专门考查错误知识不说 而 且还没有注明是 根据玻尔理论 似乎命题人认为 1913
13、年版本玻尔理论本就完全正确 是学生必须掌 握和认可的基本常识 实在是坑人 其错误非同一般 类似的还有 2018 年东北三省三校高三第一次联合 模拟考试第 14 题 C 选项 根据玻尔理论 氢原子辐射出一个光子后 氢原子的电势能增大 命题建议 命题建议 如果按上述案例命题 就超出了高中课本的知识范围 并且诱导中学教师讲解一个本就包含了严重错 误的理论 这明显是对思想还不够成熟的学生的不负责任 建议严格按课本内容要求 只命制与 1913 年版本玻尔理论中正确部分相关的试题 即只涉及能量量 子化和能级跃迁的内容 并禁止涉及电子轨道 电子动能电势能等不合适的内容 排行榜第三名 以为气体压强与分子斥力无
14、关 理想气体没有分子势能排行榜第三名 以为气体压强与分子斥力无关 理想气体没有分子势能 知识辨析 知识辨析 气体压强是由于气体分子对器壁的连续撞击作用产生的 所谓撞击作用 就是气体分子由于热运动而 撞向器壁 当气体分子与器壁分子间距很小时 气体分子与器壁分子间的相互作用力表现为斥力 这个斥 力既将气体分子弹开 又同时对器壁产生了作用 器壁单位面积受到的气体分子的这种冲撞力 实质是分 子间的相互作用力 就是气体的压强 另一方面讲 也正是气体分子之间运动得非常靠近时 分子力表现为斥力 才将彼此靠近的气体分子 弹开 这种频繁的撞击才导致气体分子运动的 杂乱无章 从而使得分子能够各个方向机会均等的持续
15、 撞向器壁 从而产生气体压强 从上述分析可以看出 没有分子间的相互作用斥力 分子间可以彼此对穿而过 气体压强将是一个无 中生有 没有意义的概念 对于实际气体 温度较高 压强较小时 分子间除碰撞外的大部分时间 分子 平均间距都较大 分子间的相互作用力都几乎为零 所谓理想气体 不过就是除了碰撞外 其他时间都把 分子间相互作用力忽略不计的气体罢了 但是 分子相互碰撞时 分子力是必须考虑的 对于实际气体 我们必须明白 分子间距大 分子力主要表现为引力 又称之为内聚力 这是会对 测量到的气体压强起到削弱作用的 再就是 实际气体分子的大小也对气体分子的平均自由程有着实质 性影响 因此实际气体的状态方程并非
16、克拉珀龙方程 nRTpV 而是范德瓦耳斯方程 nRTnbV V an p 2 两个修订中 U ppp k k p即分子平动理应引起的压强 动理压强 2 2 V an pU 为分子力引起的压强 内压强 b 是 1mol 气体所有分子所占的体积 对于实际气体 温度较高 压强较小时 分子间除碰撞外的大部分时间 分子平均间距都较大 不仅 分子间的相互作用力都几乎为零 分子间相互作用势能也几乎保持不变 为一个极大值 规定分子间距 为无穷远时分子势能为零 则这个极大值就是零 但是 毫无疑问的是 气体内能的变化理所当然要考虑 分子间相互作用势能的变化 只是其影响远远不及分子热运动能量的变化而已 理想气体的分子间相互作 用势能可以视为保持为极大值 零 不变 在一个气体宏观状态发生变化过程中 就不需要考虑分子间相 互作用势能的变化 但是 分子间相互作用势能数值为零 显然并不是没有 也不是不考虑 恰恰相反 它是一个确定的极大值 正如温度 高度为零并不表示没有温度 高度一样 只是我们通常不考虑分子间 相互作用势能的变化而已 典型案例 典型案例 1 2016 年新课标卷 理综第 33 题第 1 题 D 选项
