呂俊君

(九江市同文中學(xué) 江西 九江 332000)

1 學(xué)生質(zhì)疑

教輔資料上存在這樣一道練習(xí)題：

【原題】關(guān)于分子動理論，下列說法正確的是( )

A.若僅知道氦氣的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，則不能算出氮氣分子的體積

B.溫度越高，分子熱運動越緩慢

C.當(dāng)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力時，分子間的距離越小，分子勢能越大

D.兩個分子間的距離變大的過程中，分子間斥力的變化總是比引力的變化快

參考答案為A,C,D.選項D的解釋為：分子間距離rr0時，隨著距離的增大，引力和斥力都減小，斥力比引力減小得快，分子力表現(xiàn)為引力.

一位學(xué)生對此提出質(zhì)疑，指著教材(舊版人教選修3-3)中的插圖，如圖1所示，問道：“當(dāng)距離r很大時，從這個圖很明顯看出斥力變化更加平緩，引力變化更加陡峭，應(yīng)該是引力變化得快才對啊？”筆者隨口答了一句：“可能課本的圖不標(biāo)準(zhǔn)吧.”學(xué)生依舊不依不饒，繼續(xù)問道：“用逆向思維分析，假設(shè)分子從無窮遠處靠近，斥力引力都增大.假如斥力真的變化得快，那合力應(yīng)該是斥力，怎么會是引力呢？”該學(xué)生的質(zhì)疑有理有據(jù).

圖1 舊版本人教版選修3-3中

課后筆者翻閱了1984年出版的經(jīng)典物理教材甲種本第二冊，其中赫然寫道：“當(dāng)分子間的距離小于r0時，引力和斥力雖然都隨著距離的減小而增大，但是斥力增大得更快，因而分子間的作用力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)分子間的距離大于r0時，引力和斥力雖然都隨著距離的增大而減小，但是斥力減小得更快，因而分子間的作用力表現(xiàn)為引力.”這與教輔資料上的解析完全一致.問題出在哪里？帶著這個疑問，筆者帶領(lǐng)學(xué)生一起展開課題研究.

2 推理論證

分子間作用力十分復(fù)雜，無法從實驗直接測量，從理論也不容易得到一般性的解決，只能在實驗的基礎(chǔ)上用簡化模型來處理問題[1].目前受到廣泛認(rèn)可的是1924年由Lennard-Jones提出的勢函數(shù)模型，兩分子間的勢能為

(1)

其中ε是勢阱深度，反映兩個分子間相互吸引作用的強弱，r0是在勢能阱底時分子間距離.

分子間相互作用力可以通過對V(r)求導(dǎo)得到，即

(2)

其中斥力大小

引力大小

當(dāng)r=r0時，斥力與引力大小相等，分子間作用力為零.

若要研究斥力和引力變化得快慢，只需比較斥力和引力隨距離r的變化率大小即可.斥力的變化率大小為

(3)

引力的變化率大小為

(4)

令

(5)

當(dāng)λ>1時，即

斥力變化得比引力快.

當(dāng)λ<1時，即

引力變化得比斥力快.

表1 斥力和引力隨分子間距離的變化過程

圖2 分子間的作用力F與分子間距離r的關(guān)系(Geogebra繪制)

3 教材對比與變化

大量教輔資料包括甲種本第二冊在內(nèi)對斥力和引力變化的描述都不嚴(yán)謹(jǐn)，甚至部分舊版本教材如教科版選修3-3中也存在這樣的隱蔽錯誤.筆者分別統(tǒng)計了5個不同版本的新舊教材對“分子間作用力與距離的關(guān)系”的處理，如表2和表3所示.借助教材對比和變化，探析新課標(biāo)要求下該知識點的教學(xué)方向.

表2 舊版本選修3-3“分子間的作用力與距離的關(guān)系”(其中滬科版為高一下冊)

表3 新版本選擇性必修3“分子間的作用力與距離的關(guān)系”

3.1 橫向?qū)Ρ?/h3>

在舊版本教材中，有3個版本的教材將“分子間的作用力”作為單獨的一節(jié)呈現(xiàn).在文字描述部分，人教版選修3-3僅突出合力的表現(xiàn)，沒有闡述“斥力和引力變化得快慢”.教科版選修3-3和魯科版選修3-3均提出“斥力變化得始終比引力快”這一錯誤觀點.粵教版選修3-3僅在rr0范圍內(nèi)未曾提及.滬科版高一下冊對該部分的講解一語帶過.在插圖部分，人教版選修3-3沒有直接呈現(xiàn)合力圖像，而是通過“思考與討論”環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在斥力和引力線上分別取大約10個點，描繪出合力對應(yīng)的點，再用一條平滑曲線連接起來，自主作出合力的圖像，為分子勢能作鋪墊.教科版選修3-3和粵教版選修3-3把斥力圖線、引力圖線、合力圖線三者呈現(xiàn)在一幅圖內(nèi)，魯科版選修3-3沒有配置F-r圖像，改為以分子模擬圖展示.滬科版高一下冊未配置任何插圖.

在新版本教材中，僅有1個版本的教材將“分子間的作用力”作為單獨的一節(jié)呈現(xiàn)，其余4個版本將其作為“分子動理論”一節(jié)中的部分內(nèi)容.在文字描述部分，5個版本教材均突出“合力隨距離的變化”，不再討論“斥力和引力具體的變化”，也不討論“斥力和引力變化得快慢”.在插圖部分，人教版選擇性必修3和教科版選擇性必修3僅呈現(xiàn)合力的圖線.粵教版選擇性必修3、魯科版選擇性必修3和滬科版選擇性必修3中將斥力圖線、引力圖線、合力圖線三者同時呈現(xiàn).

3.2 縱向變化

首先，新教材修正了隱蔽錯誤.舊版本教材中“斥力始終變化得比引力快”這一錯誤觀點被徹底刪除.

其次，新教材優(yōu)化了主題結(jié)構(gòu).“分子動理論”這一大主題是核心，“分子間的作用力”是大主題下的小主題.這樣的設(shè)計從宏觀走向微觀，層次清晰，有利于學(xué)生形成對“分子動理論”的整體性認(rèn)識.

最后，新教材突出了重點知識.課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)的內(nèi)容要求是“了解分子動理論的基本觀點和相應(yīng)的實驗證據(jù).”[2]新教材刪除了斥力引力的變化規(guī)律，強調(diào)合力的變化規(guī)律，精簡了知識內(nèi)容，符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求.

3.3 教學(xué)方向

結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和教材變化，筆者認(rèn)為，分子間的斥力和引力不是核心知識，學(xué)習(xí)分子間作用力的意義是推理出分子勢能的變化，進而引出內(nèi)能和熱力學(xué)定律，從微觀到宏觀，為能量觀的培育搭梯架橋.在新教材的教學(xué)中，建議淡化“斥力和引力的變化”，突出“合力的變化”.命制試題時也應(yīng)避免涉及“斥力引力變化得快慢”這類超出課程標(biāo)準(zhǔn)要求的試題.

4 結(jié)束語

2021年是江西省進入“新課標(biāo)，新教材，新高考”的第一年.在新舊交替的轉(zhuǎn)折點，教師應(yīng)該關(guān)注課標(biāo)、教材的變化，準(zhǔn)確捕捉教學(xué)重點，更好地提升教學(xué)質(zhì)量，將核心素養(yǎng)的培育落到實處.