[摘要]教育目标观的根本改变以及高考内容和形式的改革将会促使理、化、生教师角色的根本转变。在不久的将来物理和化学科目很可能过渡到科学课程,化学教师要懂物理,物理教师要懂化学,化学和物理联系十分密切。
[关键词]化学 物理 横向 联系
教育目标观的根本改变以及高考内容和形式的改革将会促进理、化、生教师角色的根本转变。在不久的将来物理和化学科目很可能过渡到科学课程,这一课程包括物理、化学、生物、地理等等一些相关的科学。教师要适应新时代教育改革的需要,从现在开始主动充当课程改革的尝试者,为将来“角色”的转变打下基础。化学上有许多方面的知识与物理学科有着密切的联系,现列出几例。
一、化学和物理都是以实验为基础的科学
化学是研究物质的性质、变化及其合成的一门科学,化学不但在宏观层次上研究物质,还在微观层次上研究分子、原子、离子等物质微粒及其运动。物理研究最普遍的运动形式和物质基本结构。化学和物理都是以实验为基础的科学。高中的化学教学和物理教学都是要求学生比较系统地掌握学科的基础知识和基本技能;使学生接受观察、实验、思维、科学态度和科学方法的训练;注重理论联系实际;用化学、物理知识解释工农业生产、日常生活以及现代科学技术中的化学、物理现象。在高中教材中化学知识和物理知识在许多方面是相互依存、相互渗透的。
二、勒夏特列原理与楞次定律
勒夏特列原理是化学教学中的一个重点,也是一个难点,它是研究可逆反应平衡移动原理的一个重要规律。化学教材上讲浓度、压强、温度对化学平衡的影响时,分别叙述如下:
在其它条件不变的情况下,增加某一反应物的浓度,则反应向着减少此反应物浓度的方向进行,即反应向正方向进行。减少某一生成物的浓度,反应向正方向进行。反之亦然。
在其它条件不变的情况下、增加压强,则反应向着体积减小的方向进行。减小体系的压强,则反应向着体积增大的方向进行。
在其它条件不变的情况下、升高反应温度,则反应向着减少热量的方向进行,即向吸热方向进行;降低温度,则反应向着生成热量的方向的进行,即放热反应方向进行。
化学家勒沙特列把以上内容总结了一句话:“如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。”这就是勒夏特列原理又称“平衡移动原理”。
物理教材上是这样描述楞次定律的:闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化。如:一个竖直放置的线圈,若用磁铁插进线圈内,那么线圈会产生感应的电流,该电流产生的磁感线以阻止磁铁的的插入,如果把插进的磁铁抽出,那么线圈产生的感应电流就会产生磁场以吸引磁铁。
楞次定律与勒沙特列原理表面看这两个定律之间毫无关系,仔细推敲定律的内涵,它们都是研究“补给”现象的规律。楞次定律作为判断电磁感应现象中的感应电流方向的规律,通俗的理解为“感应电流的效果总是反抗产生感应电流的原因”;勒夏特列原理作为判断平衡移动方向的基本原理也可理解为“平衡的移动方向总是反抗给定因素的原因”。它们之间都可简单的比喻为“来拒去留”,因此研究方法与思维形式都是一致的。教学中如果能把勒夏特列原理与物理上的楞次定律相结合,学生的整体思维肯定会产生一次飞跃。
三、氧化还原反应和电流
氧化还原反应指有电子得失或电子对偏移的化学反应,其本质是有电子转移,这个电子同物理学上形成电流的电子是一回事。一般把化学能变成电能的装置叫做原电池。例如:把金属锌片和铜片同时插入稀硫酸溶液中,开始锌片上有气体,铜片上没有气泡。原因是锌化学性质活泼,可把酸中的氢离子置换出,而铜是不活泼金属,不能与酸发生化学变化。当用导线并通过电流计把两个金属片连接时,可发现电流计的指针发生偏转,也就说有电流产生了,在物理学上用电流强度来描述产生电子的多少。
描述电流强弱的物理量常用符号I表示。定义为单位时间内通过导体任一横截面的电量,电流有时也作为电流强度的简称,I是标量,只能描述导体中通过某一截面电流的整体特征,其单位为安培(A)。
四、佛加德罗定律与理想气体的状态方程
同温同压下体积相同的任何气体都含有相同的分子数即阿伏加德罗定律。由此可见气体的体积比在同温同压下必等于分子数比。由此可以导出同温同压下不同气体间的关系:
(1)同温同压下,气体的体积比等于物质的量比。
(2)同温同容下,气体的压强比等于物质的量比。
(3)同温同压下,气体的摩尔质量比等于密度比。
(4)同温同压下,同体积的气体质量比等于摩尔质量比。
(5)同温同压下,同质量气体的体积比等于摩尔质量的反比。
此外还在运用时要结合物理中的同物质的量的气体在同温时,其体积与压强成反比;气体体积与热力学温度在同压条件下成正比。
理想气体状态方程,也称理想气体定律,描述理想气体状态变化规律的方程。质量为m,,摩尔质量为M的理想气体,其状态参量压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为pV=mRT/M=nRT
p为气体压强,单位Pa。V为气体体积,单位m3。n为气体的物质的量,单位mol,T为体系温度,单位K。R为比例系数,数值不同状况下有所不同,单位是J/(mol?K)
在摩尔表示的状态方程中,R为比例常数,对任意理想气体而言,R是一定的,约为8.31441±0.00026J/(mol?K)。
如果采用质量表示状态方程,pV=mrT,此时r是和气体种类有关系的,r=R/M,M为此气体的平均分子量。
理想气体的状态方程的推导如下,从这里也可以看出阿伏伽德罗定律与理想气体的状态方程的关系。
根据经验定律
(1)玻意耳定律(玻?马定律)
当n,T一定时 V,p成反比,即V∝(1/p)①
(2)查理定律
当n,V一定时 p,T成正比,即p∝T②
(3)盖-吕萨克定律
当n,p一定时 V,T成正比,即V∝T③
(4)阿伏伽德罗定律
当T,p一定时 V,n成正比,即V∝n④
由①②③④得
V∝(nT/p)⑤
将⑤加上比例系数R得
V=(nRT)/p即pV=nRT
实际气体中的问题当理想气体状态方程运用于实际气体时会有所偏差,因为理想气体的基本假设在实际气体中并不成立。
参考文献:
[1]人民教育出版社化学室.化学,全日制普通高级中学教科书(第二册).2008年6月.
[2]人民教育出版社物理室.物理,全日制普通高级中学教科书(第二册).2008年6月.
作者：张运法 刘永利
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