高中物理教师命题常犯十大知识性错误排行榜修订版.pdf

竞赛类：初高中物理竞赛教练群：271751860，初高中物理竞赛学生群：271733226 非竞赛类：全国初中物理资料群：227284641，全国高中物理资料群：213480679，大学物理资料群：718011655 公众号：新浪微博@郑剑雄 QQ：136257437 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 【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E 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 k 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E ikT/2 中i 的取值就会不 k 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，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 mol i C R ）。 2 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，也必须考虑分子转动、振动动能和分子内部振动势 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