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普通高中实验教科书


普通高中实验教科书 物理1 物理1 介绍
主编:束炳如 何润伟 出版:上海科技教育出版社

主要探讨三个问题 一 课标要求与教材结构 二 教材的编写特点 三 各章教材说明与教学建议

一 课标要求与教材结构
*课标要求 共同必修模块是为全体学生设计的, 旨在引导学生学习基本的物理内容, 了解物理学的思想和研究方法,初

步认识物理学对科学技术、经济、 社会的影响。

《课程标准》中关于《物理1》的 课程标准》中关于《物理1 基本内容划分为2 基本内容划分为2个二级主题,下分 9个三级主题。
(一)运动的描述
(1)通过史实,初步了解近代实验科学产生的背景, 认识实验对物理学发展的推动作用。 (2)通过对质点的认识,了解物理学研究中物理模型 的特点,体会物理模型在探索自然规律中的作用。 (3)经历匀变速直线运动的实验研究过程,理解位移、 速度和加速度,了解匀变速直线运动的规律,体会 实验在发现自然规律中的作用。 (4)能用公式和图像描述匀变速直线运动,体会数学 在研究物理问题中的重要性。

(二)相互作用与运动规律 (1)通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律,能用 动摩擦因数计算摩擦力。 (2)知道常见的形变。通过实验了解物体的弹性。 知道胡克定律 (3)通过实验理解力的合成与分解。知道共点力的 平衡条件。能区分矢量与标量。能用力的合成与分 解分析日常生活中的问题。 (4)通过实验,探究加速度与物体质量、物体受力 的关系。理解牛顿运动定律,能用牛顿运动定律解 释生活中的有关问题。通过实验认识超重和失重现 象。 (5)认识单位制在物理学中的重要意义。知道国际 单位制中的力学单位。

? 由于新课标对基本内容是以主题形式出现 的,不像过去的教学大纲有明确的章节次 序安排,因此各套教材可以有不同的分章 次序和呈现方式,这也有利于各家编写组 充分发挥主观能动性和创造性,可以形成 特色分呈的不同版本和多样化的教材。这 也是50多年来第一次打破由一家出版社, 一套教材,统管10多亿人口大国基础教育 的垄断局面。因此,仅从这个意义上说, “课改”对我国的基础教育的教材建设已 经产生了不可估量的影响。

*教材的结构

根据课标对“物理1”的9个三级主题的要求, 上海科教版的“物理1”把它划分为五章,另 设置一个“开篇”和“科学成果报告会”, 作为序言和总结。物理1的内容相当于传统 教材中直线运动、力、物体平衡、牛顿运 动定律这几章(具体的分章内容下面介绍)。
?

(插入教材目录页)



教材的编写特点

(所谓编写特点,就是我们在编写中力争体现的地方) 特点之一 创设情景,以问题串的形式展开教材内容。 ? 如何引入课题,在教材的编写中曾作了很多尝试。 传统教材比较平铺直叙,缺少激情,难以激起学 生强烈的探究欲望。上海科教版的教材另辟蹊径, 以高科技成果和学生熟悉的生活事例为背景材料, 接着指出全章线索;或通过提出的一串问题,展开 全章内容(例如------)。

? 例如,第1章以”神舟”5号为背景,从提出如 何描述运动的问题入手,理 出全章的线索.

? 例如,第3章以常见的拔河比赛为背景,先提 出一系列问题,再展示全章的线索.

? 这样做的好处: ? (1)易于激发学生的兴趣,有利于使学生 对物理有亲近感。 ? (2)使学生明确每章的学习目标,有利于 提升学生自主学习的积极性。 ? (3)更好地渗透思想教育,有利于使学生 在情感态度和价值观方面受到熏陶。

特点 之二 强化主干知识,使学生打下比较扎实的知识 基础 任何一本教材都必须保证 学生学到相关的 基础知识.<课程标准>的宗旨也是让学生学 得更为有效,能更好地为日后的继续学习打 下比较坚实的基础.为此,教材作了多方面的 努力(大体上有如下4方面)

? 1. 结合学生熟悉的实例引入新知识,化解难点 ? 我们知道,物理学的概念都已脱胎于具体事物,具有 高度的抽象和概括,并且都有着严格的定义,初学时 , . , 往往会感到艰涩,难以理解.为了有利于学生的学习, 教材中用了”还原”概念本来面目的方法,尽量先 从学生比较熟悉的生活和生产方面的具体事物导 入.例如,位移的概念利用飞机的航线标志引入;加 速度的概念从汽车的启动性能引入------在学生对 这些概念有了定性认识的基础上,再引入概念的定 义.一定程度上可化解难点.

? 2. 加强对概念的讨论辨析,深化认识 ? 教学实践告诉我们,学生对新的物理概念的理解不 可能一蹴而就的.不少高一学生初学时往往只会背 定义,记条文,仅停留在浅层次的字面意义上,还常 会跟相近的概念混肴不清.通常都要经过对不同实 际问题的多次磨练,才会形成比较深刻的印象.所以, 教材中在各个主干知识点下设置一个栏目”讨论 与思考”,围绕新概念和学生中是似而非的地方,提 出一些问题,让学生进行讨论与辨析,尽可能给学生 有一点磨练的机会. ?

? 例如,在瞬时速度的概念后引入一段有趣的 对话(插入教材P33)

在加速度的概念后提出一组问题(插入教材 P37)

? 当然,我们也并不指望(实际也不可能)依靠这 样的1-2次讨论就能使学生牢固地确立了新 概念,只是希望这样做能够对学生的学习起 到一种指导作用. ? 为便于老师在教学中参考,这些讨论与思考 的问题都在教参中给出参考答案.

? 3. 增加例题,体会应用,及时巩固 ? 解题是学生”理论联系实际”,学习对知识应用的 初级阶段.学好物理也离不开解题练习.学生的困难 往往也表现在不会做练习. ? 我们的要求是从基本的应用着手.为此,教材中对每 一个定义式或每一条定律的公式都设置有相关的 例题.相对说教材的例题是比较丰富的,并注意到不 同题型.我们这样做,希望它不仅可以帮助学生具体 认识各个公式的应用方法,及时巩固相关的知识,也 能对学生的解题起一定的规范作用.

? 为了提高学生自主学习的能力,体会成功的 喜悦,例题加强了思路分析,有些例题教材作 了引导后让学生自己最后去完成;有些例题 教材用了一种方法,要求学生用另外的方法 进行解答. ? 例如,教材P51的案例,P53的案例等.

? 4. 注重知识的扩展与延伸 ? 教材在重视知识实际应用的同时,还用不同的栏目, 对相关的知识作了适当的扩展与延伸. ? 例如,在匀速直线运动的规律后,选用了估算宇宙年 龄的一个问题;在运动的相对性后介绍了风洞的应 用等.我们认为,这些内容不仅可以增加学生的兴趣, 更重要的是,可以使学生的视野变得更开阔,思维的 触角更灵活. ? 当然,这些信息浏览等栏目并不需要作为对全体学 生的基本要求.我们认为,只要有部分学生看了,或 者对它发生了兴趣,我们的目的也就达到了.

? 特点之三 体现“以人为本”的理念,教学要求层次分明,能适应学 生更好地向不同方向的发展需要。 ? 必修模块是面向全体学生设置的。它既为了提升全体学生 的科学素养,也应该帮助学生了解自己的兴趣与发展潜能, 为后续向不同方向的发展与选择打好基础。对照传统教材, 要求整齐划一,对每一个进入高一的学生都提出同样的要 求.因此,我们的教材希望改变传统教材要求单一的状况, 强调了“开放性,多层次”。在课标主题所规定的原则要 求下,采用逐步渗透扩展的方法,延伸了相关的知识内容。 教材中除了“课题研究”,“STS”等课外活动性质的栏 目外,还鲜明地设置了“多学一点”的栏目,它作为教材 内容的延伸和扩展,思维要求相对较高,可以作为对物理有 一定兴趣的学生的补充材料,也是专门为以后选学3系列 (理科)的学生服务的。当然,这些内容不必作为对全体 学生的基本要求。

? 例如,教材 P54要求学生自己去找出速度跟 位移的关系;教材P73提出用间接测量的方 法测定 动摩擦因数等.这种”多学 一点”在 必修1的教材中共有10多处.

? 特点之四 ? 有机地溶入科学思想和研究方法 ? 物理学家在进行科学实验,作出科学发现和 发明的同时,也产生许多科学思想,创立了许 多研究方法.这些科学思想和研究方法,就像 一颗颗璀璨闪光的明珠,镶嵌在物理学的各 个部分,它们同样是学生学习物理的一个重 要的组成部分,教学中同样应该受到重视.

? 渗透在必修1教材中的科学思想和研究方法主要有: ? 1.理想化方法 ? 大家知道,所有 的实际事物和过程都是很复杂的, 往往会夹杂许多非本质的东西.物理学家在研究的 时侯,需要采用简化和纯化的方法,砍掉许多次要的 枝节,突出其中的本质因素,这就是理想化的方法, 也是一种科学抽象方法. ? 例如:

? 其中,理想实验方法称得上是理想化方法的 一朵奇葩.

? 2.从一般到特殊,从特殊到一般 ? 这是人们认识事物的两条途径,许多时侯,这 两条 途径交叉使用,相辅相成.

? 3.分析与综合的方法 ? 分析与综合称得上是研究问题最基本最常 用的方法,它渗透在教材的方方面面. ? 反映在教材中最典型的两个方面: ? 一是微积分思想 ? 二是隔离与整体

? 4.等效变换的方法

? 此外,还有图象方法,,物理模型方法等. ? 教材中包含的科学思想和研究方法,它们像 雨露般滋 润着教材的各个方面. ? 应该注意, 在实际的教学中绝对不要贴标签 式地机械地去套什么思想,什么方法的名称, 需要”润物细无声”地引导学生体会这些 方法的精髓.

特点之五 ? 强调人文渗透,激发学生兴趣 ? 建国几十年来的物理教材,曾经几次改革,多方 面有了很多进步。但是,呈现的形式基本上“一 成不变”,长期以来文理学科之间的鸿沟依然横 贯在教材中。物理书中除了“物”和“理”外, 就是公式,计算,图像等,几乎闻不到什么人文 气息。显然,这跟时代的要求是相背的。 ? 我们的教材决心改变这种陈旧的格调,强调人文 渗透,尽力使学生在共享科学美与艺术美的同时, 学习物理学的知识。

我们认为,让理科学生多具备一些人文修养很有意义.美国普 林斯顿大学首位女校长缇尔曼(M.Tighman)说:”培养领袖 人文教育特别重要.领袖和科学家所讲究的素质相同,同样 应该具备独立思想,但作为领袖,另外需要表达与雄辩能力, 这包括很好的书写能力,及动员支持者的才能.拥有广泛教 育基础的人文教育能够提供思考及表达的训练.” 虽然,我们并不奢望自己的学生中能够有领袖人才,但是,从 时代发展的要求说,未来的社会栋梁, 不但要知道宇宙大爆 炸,黑洞,也要知道红楼梦,奥赛罗;不仅会欣赏爱因斯坦,霍 金,也要会欣赏徐悲鸿,毕加索. 我们希望在中学阶段应该使学生有比较宽泛的兴趣和基础. 因此,我们在物理教材中也作了一定的努力.

中学,

? 例如,教材在每章的章首,都先通过精美的插图 和生动亲切的语言,营造欢快的气氛,用浓郁的 人文气息打动学生,使学生对物理有亲近感,激 发学生的求知欲,并通过引发的一串问题,把学 生带进新知识的领地,然后,用讨论的口吻展开 各项活动。教材呈现的形式比较活泼,我们尽力 希望各章都较好地体现了物理学与人文学科的结 合,科学精神与人文精神的结合。 ? 同时,书中配合相关的内容,还有许多或富有哲 理,点拨方法或指导学习,提供阐释的的边文。 它们像奇异的花朵,绽开在正文的四周,给学生 有很大的启示。

? 例如,在开篇“物理学的探究无止境”的 边文写道: ? 我们所见固然美丽,我们所知愈加神奇, 而我们所未知未见的更是美不胜收,妙不 可言。 ? ——尼尔斯。斯坦森 ? 今天我们必须根据我们今天能认识的真理 来生活,还得准备好明天称它为谬误。 ? ——詹姆斯

? 在伽利略对落体运动的研究中有边文: ? 一种科学只有成功地运用数学时,才算达 到了真正完善的程度。 ? ——卡尔。马克思 ? 在对拔河比赛提出的问题中有边文: ? 全部科学不外是日常想法的提炼。 ? ——爱因斯坦 ? 这些边文,无疑可以使学生领略到一种美 的享受,精神的陶冶。

三、各章教材说明与教学建议
? 下面,我们对每章的内容,编写特点作一 些简单的说明,并结合实验区老师的教学 体会,选择部分节次提出一些教学建议, 供老师们在教学中参考。

开篇 激动人心的万千体验

开篇起着“序”的作用,但我们 的开篇又明显不同于一般的“序”。 不仅提升了序的地位,有着极为丰富 的内容,还特别强化了物理学对人类 文明的影响和文理的结合。开篇也是 我们教材的一个特色。

(一) 开篇的主要内容
包含着三个部分: 开篇共分三 节,包含着三个部分:
0.1 物理学——理性的追求 介绍物理学从形成到发展的过程,相当于一部浓 缩的物理学史,使学生在瞬间跨越千百年的时空, 对物理学形成初步的认识。 0.2 物理学——人类文明的奇葩 介绍物理学跟技术、社会的互动关系,使学生初 步认识物理学的作用。 0.3 学物理——探究求真 介绍物理学的特点,向学生提出学习物理的基本 要求,对学习作了具体的指导。

? ?

(二)开篇的教学建议 开篇怎么上?下面,我们跟老师们一起作 些探讨. 我们建议, 整个开篇可以用2—3课时完成(下面
重点介绍0。1节)。
第一课时 0.1 物理学——理性的追求

1、目标与方法 、
教学目标 使学生初步了解物理学的形成与发展过 程,发展学生 对物理学的兴趣。 教学方法 采用讨论,讲解与展示相结合的方法。

? 初中学生经过紧张的升学考试,升入高中 对新的高中学习生活充满着渴求、好奇, 又带有几分迷蒙,所以在第一课时开篇的 教学中,一定要努力营造一个良好的学习 氛围,吸引学生,调动学生的情绪。开篇 的教学内容并不要求学生一下子都理解 (实际也不可能都理解的),也不要追求 细节的一些问题,重在引导学生思考和积 极发展学生对物理学的兴趣。

? 2、基本的教学思路 、 引言 营造气氛 讨论 讲解
(讨论、展示)

总结

引导学生回顾,讨论对物 理学的认识 从“自然哲学”到“物理学 ” 从伽利略、牛顿到经典物理 从两朵乌云到现代物理 目前人类认识的时空尺度

为了营造气氛,可以配以动画展示字幕

? 3、教学过程(片段) 、
? (开场白:一段热情的引言) 欢迎同学们学习高中物理课程——在这里,我 们将走过从伽利略到牛顿为建立经典力学体系而 开辟的道路,了解从经典力学到现代物理的变革, 学习物理学的基本原理,体会物理学的思想观点 和研究方法,认识物理学在科学技术上的广泛应 用,及时对人类文明与社会发展的巨大影响。

? 物理学是“探索自然、驱动技 术、拯救生命”的壮丽事业。 ? 学习和研究物理是一项激动人 心的智力探索活动。

? 引导学生回顾初中物理的内容,要求学生 说出在初中物理学习中,对自己印象最深、 或最感兴趣、最感神奇的一个现象,或一 次实验、一次讨论……,请学生根据自己 的理解,用自己的语言说明“什么是物理 学”?“物理学有哪些分支”? ? 介绍西方古代哲学家对自然现象的观察和 思辨,从而形成一门学问“自然哲学”。

? 《雅典学堂》是意大利画家拉斐尔所画,图中央 柏拉图手指天空,亚里士多德手指地下,他们在 讨论永恒的真理在哪里(也包括对自然现象的解 释)? ? 柏拉图创立了著名的雅典学堂.亚里士多德是柏拉 图的学生,在学堂里耽了二十年。亚里士多德的 著作所讨论的问题,几乎包含了当时人类知识的 所有学科——逻辑、论理、生物学、动物学、宇 宙学、诗歌、物理学、心理学等,对后世的科学 发展产生了巨大的影响。 ? 直到17世纪,物理学才从自然哲学中分离出来, 成为一门独立的学科。其中,伽利略起了决定性 的推动作用。

? 一位物理学家幽默地说: “请拿起这本书并撒手, 这就是物理学!它研究 下落和自然界的一切其 他普通特征。”

? 近代意义上的物理学正是从伽利略对落体 运动的研究开始的。伽利略在研究落体运 动时创导的实验、数学和科学推理的方法, 不仅对亚里士多德以来的经院哲学观点和 方法是一次有力的冲击,而且开辟了一条 物理学的研究之路。

? 爱因斯坦说:“伽利略的发现以及他研 究的科学推理方法,是人类思想史上最 伟大的成就之一,而且标志着物理学的 真正开端。” ? 2002年,经世界上许多科学家评选2000 年来最美丽的十大物理实验中,伽利略 的落体实验和斜面实验都名列其中,分 别排在第二位和第八位。 ? 所以,从这个意义上说,物理学家“放 书的幽默”是有很深刻的内涵的。

? 在伽利略之后,牛顿 则接过伽利略手中的 接力棒,完善了物体 运动定律,并把对地 上运动的研究延伸到 天体运动的研究,完 成了物理学史上第一 次大综合,建立了经 典力学体系。

? 经典力学建立后,取 得了一系列辉煌的成 就,如预言哈雷慧星 回归,海王星的发现 等,使牛顿力学几乎 达到了颠峰。

? 那么,所有自然现象是 否都只遵循着牛顿力学 的规律呢? 18—19世纪在其他领域 的研究中发现了许多新 的现象,提出许多新的 问题。例如: ? 问题:布朗运动的原因是什么? 如何研究大量微观粒子(分子) 的运动规律?

? 蒸汽机的发明和应用,推动了第一次工业 革命,也给物理学研究提出了许多新问题。 ? 例如:

? 如何提高蒸汽机(热机)的效率? ? 能否把燃料放出的全部能量转化为机 械能?
? 为什么热量总是自发地从高温物体传到低 温物体?

? 牛顿力学对这个小小的布朗粒子的运动和 有关热机的这些问题都束手无策。说明物 质分子的运动及其宏观表现遵循不同于牛 顿力学规律。

? 在电磁学发展上,可以配合一点演示实验 作简单回顾,基本线索如下:
电现象 奥斯特 实验 磁现象 光现象 法拉第电磁感 应现象 麦克斯韦 电磁场理论

?

通过对这些不同现象的研 究,以及能的转化和守恒定律 的发现,就逐步地筑起了一座 金碧辉煌的物理学大厦。





自 然 哲 学

物 理 学

热力学 统计力学

能的转化 和守恒





经 典 物 理 学

电磁学

经典物理大厦的建成,使许多物理学 家十分陶醉。他们自信地说: “在已经建成的科学大厦中,后辈物 理学家只能做一些基本的修补工作了。” “物理学将无所作为了。” “未来的物理学真理将不得不在小数 点后第六位去寻找……”

? 难道物理学的探索真的就此停止了吗?一些高瞻 远瞩的物理学家也清醒地看到其中存在的危机。 ? 英国著名的物理学家开尔文在1900年的新年贺辞 中说:“在物理学晴朗天空的远处,还有两朵小 小的令人不安的乌云。” ? 其一跟屡见不鲜的热辐射现象有关。 ? 其二跟物体接近光速运动时的情况有关。 ? 由于这是两个涉及到深奥知识的问题,教材并不 要求作展开解释,侧重于“发现问题、提出问 题。”

? 例如,当人靠近燃烧着的煤炉、煤气灶或红 外取暖器时,会感到一种扑面而来的灼热。 从儿童画到宣传画,都把热辐射的这种情景 画成缕缕细丝。教师可以展示一幅儿童画,并 追问学生:是否想过,热量果真是这样辐射 的吗? ? 学生可能不会想到就是这样一个人人都经历 的普通的物理学问题,却成了动摇经典物理 大厦的一朵乌云。

? 爱因斯坦在16岁 时向自己提出了 一个问题:“如果 我以光速追随光 波,将会看到什 么?”请同学们 思考,他们的回答 是什么?他们在16 岁时是否考虑过 什么科学问题?

? 这两方面问题的研究, 推动物理学进一步深入 到微观、高速领域,从 而奠定了现代物理学的 基础。现在人们认识到 的时空尺度不仅大大地 扩展,并且,以物理学 为基础,还诞生了许多 新的交叉学科。物理学 所承担的任务也越来越 重,物理学的探索也永 无止境。

? 1999年第23届国际物理会议上提出的口 号和决议中说:“探索自然、驱动技术、 拯救生命。” ? “物理学——研究物质、能量和它们相 互作用的学科——是一项国际事业,它 对人类未来的进步走着关键的作用。” ? 在教学中,我们希望高一的同学们从跨进 物理学大门起,就应该牢记这一崇高的 使命。

? 由于学生在初中时,对物理学史的了解甚 少,对物理学的体系更不清楚,而教学实 践又表明,学生对这些既有科学内涵,又 有故事性,还带着几分神秘的传奇色彩的 史料是十分爱听的。 ? 开篇的教学希望老师们一定要饱含激情, 并配合一些图片展示,演示实验和学生讨 论等活动,相信老师们在第一课上,就能 以物理学特有的魅力和老师们创造性的演 绎,“征服”你的学生,激发起学生浓厚 的兴趣。

? 第一节课后,可以布置学生查找2002年评 选的影响世界的十大美丽实验,还可以让 学生布置在教室的一角(物理角),营造 一个科学气氛。

最美丽的十大物理实验
? 2002年,在《物理学世界》上刊登了经过美国物 理学家评出的“最美丽”的十大物理实验。它们 的共同之处是都抓住了物理学家眼中“最美丽” 的科学之魂,用最简单的仪器和设备,发现了最 根本的,最单纯的科学概念。这十大实验按时间 顺序的排列如下(有关内容老师们可以根据需要进 行解释): ? 埃拉托色尼测量地球周长(排名第7) ? 伽利略的自由落体试验(排名第2)

? 伽利略的加速度实验(排名第8) ? 牛顿的棱镜分解太阳光实验(排名第4) ? 卡文迪许扭秤实验(排名第6) ? 托马斯。杨的光干涉实验(排名第5) ? 米歇尔。傅科钟摆实验(排名第10)

? 罗伯特。密立根的油滴实验(排名第3) ? 卢瑟福发现核式结构实验(排名第9) ? 托马斯。杨的双缝演示应用于电子干涉实 验(排名第1)

? 为了给学习0.2节内容作铺垫,可要求每个 学生找一个事例,能反映物理学在科学技 术、人类文明、文化艺术等方面的应用, 下一节相互交流。

? 0。2 物理学——人类文明的奇葩

? 开篇的第2节分三个自然段,分别介绍了物理学对 技术发展、物理学对人类的思想观念以及物理学 与艺术的关系。 ? 物理学与技术的关系,内容较为显性,可作为本 节重点。由于学生经过初中物理的学习以及平时 从电视、报刊和网上能获得许多信息,不少学生 能对现代科技成就作绘声绘色的描述,甚至还有 着一些“畅想”。教学中可充分发挥学生的主动 性,通过学生的讨论交流,认识物理学与技术、 技术与社会的互动关系。 ? 物理学对人类思想观念的影响,内容较为隐性, 有一些概念较为艰深,只需要使学生有个初步的 认识。教学中可采用以教师讲解为主的方法,并 且可侧重于两个方面:

? (1)对唯物主义基本观点的介绍(例如-----)和对科学技术是一把“双刃剑”的 认识(例如------)。 ? (2) 物理学研究的思想方法对整个社 2 会生活产生影响。教材中突出了两条: 一是统计思想;二是建立物理模型的思 想。

? 第3段 物理学与艺术的关系,可以多展示一 点图片,引导学生从科学和艺术两方面去鉴 赏,引导学生多作一些畅想.希望我们的学生 从进入高中起,更应该注意在科学素养和文 学艺术方面有全面的提高.(可以介绍一些科 学家在文学,艺术等方面也有出色才干的事 , 例,如爱因斯坦和袁隆平都是拉小提琴的好 手,李政道特别崇尚艺术,------)

? 0。3 学物理——探究求真
? 开篇的第3节分为三个自然段,从不同侧面对 学好物理作了具体的指导。 ? 这一节的教学中,建议配合一些有趣的实验、 图片,采用讨论的方法,在学生互相交流初 中学习物理的基础上,师生共同归纳学习物 理的方法。

第1章 怎样描述物体的运动

(一)《课程标准》的要求与解读 1. 通过对质点的认识,了解物理学研究中物理模 型的特点,体会物理模型在探索自然规律中的 作用。 解读:对质点的认识是高中物理入门的知识点, 要求学生不仅要认识质点,而且更重要的是让 学生通过对质点的学习,了解物理学研究中物 理模型的特点,体会物理模型在探索自然规律 中的作用。 将具体的物体抽象为物理模型,是物理学的重 要研究方法,本条目旨在突出物理学的研究方 法和思想。

? 2 。 理解位移,速度和加速度。 ? 解读:位移,速度和加速度都是研究物体 运动的基本概念。本条目要求学生理解这 些概念的物理含义,知道它们的测量方法。

(二) 本章的主要内容与编写特点
本章内容属于课标中“运动的描述”这个 二级主题的一部分,是运动学最基础的知识。 在物理学中研究物体的运动,往往需要解 决这样的一些问题: 什么叫做运动和静止? 通常物体都有一定的形状和大小,在运动时如 何确定它在空间的位置和位置的变化? 如何描述物体运动的快慢和快慢的变化? --------

? 这些问题涉及到物理学里的几个基本概念, 也就是说,在物理上描述物体的运动首先 必须要建立一些基本的物理概念。 ? 教材中引用了著名物理学家海森伯的一段 话:“为了理解现象,首要条件就是引入 适当的概念。只有借助于正确的概念,我 们才能真正知道观察到了些什么。” ? 所以,本章的内容就是建立描述物体运动 的一些概念。

? 那么,如何向学生引入这些概念呢?这里 体现了本章教材的一个鲜明的特点,也就是 在前面提到的:从学生感到兴趣的真实的 情景出发,以比较生动亲切的语言打动学 生。例如: ? 本章的引言,以“神舟”5号为背景,用诗 歌和科学家的话作为对照,既使学生知道 不同领域对同一件事物的不同描述方法, 又使学生认识到科学的描述必须借助正确 的概念。

? 引入质点的概念时,以研究火箭和乒乓球 的不同要求做对照,以研究同一列火车通 过大桥的不同要求做对照,使学生体会到 把具体的物体抽象为质点的条件。 ? 引入加速度的概念时,从汽车广告对汽车 的启动性能谈起,使学生可以比较具体地 认识物体速度变化快慢的意义。 ? ------? 我们认为,这样做,可以在浓郁的现代气 息感染下,更好地激发学生的兴趣,把学 生引进新的研究课题。

(三)教学建议

下面以第2节和第3节为例,提一点教学 建议。

1.2 怎样描述运动的快慢
? 教材说明:本节以汽车运动为背景, 用比值方法定义速度和平均速度,在 初中物理的基础上,深化对匀速直线 运动和速度概念的理解,进一步认识 位移、速度等物理量。

? 教学建议:本节可采用问题讨论的教 学方法。 ? 引言 ? 问题:观看百米赛跑和游泳比赛时, 怎样比较运动员的快慢?

? 观众:比较相同时间内通过的距离。 ? 裁判:比较通过相同距离的时间。
无论哪种方法都包含着时间和距 离两个因素,也就是包含着时间和空 间两个 因素。因此,描述运动快慢必 须引入 一个跟时间和空间有关的物理 量。这个物理量就是速度。

? 介绍:速度是经典力学中一个重要的概念. 我国古代由于一直没有建立速度概念,影 响了对物体运动认识的发展。亚里士多德 也没有抓住速度,而从产生运动的原因去 划分运动,导致得出一些不正确的结论。 伽利略的高明之处,就在于能抓住速度这 一基本特征对运动分类,从而揭示出运动 的一些规律。 ? (这里边文介绍的目的,使学生认识速度概念 的重要性)

? (一)什么叫速度
问题:初中物理中如何定义速度? 学生:物体在单位时间内通过的路程 叫做速度。 问题:这样定义是否确切? 讨论:① 语法上——“路程叫做速度” ② 缺乏方向性 ③ 单位不明确

? 教师:为了正确地定量地描述物体运动的 快慢,可以先研究一个具体的运动——匀 速直线运动,然后给出速度定义。

? 通过对匀速直线运动特征的分析,请 同学考虑:应该如何定义速度?

? 定义:物体通过的位移跟发生这段位移所用 时间的比值。 ? 公式: s υ = t ? 单位: ? 方向: ? 问题:比较高中物理对速度的定义与初中 物理有什么区别? ? 讨论:① 采用比值方法,完整地反映了 速度的时空特性。 ② 用位移代替距离,包含着方向性。 ③ 同时给出单位。

? 强调:速度是一个有方向的物理 量,速度的方向与位移的方向相 同,也就是物体运动的方向。 ? 为了熟练单位换算,可以配合几 个小题目练习公式运用。

? 这里说明一下:由于矢量是高中物理的一个 重要概念,对矢量的认识应该包括方向性和 加法法则两方面,学生是不可能一步到位的. 教材中采用逐步形成的方法.在第一,二两章 学习位移,速度,加速度等概念时,只要求学生 知道它们不仅有大小,而且 还有方向,对它们 的描述也必须包括大小和方向两方面就可 以了,不必急于提出矢量的概念.到第4章学 习了合成法则后,再完善矢量的概念.

? 讨论案例:

? 关键:要求列车驶过距离L的时间内,已越过停车 线的汽车的车尾必须通过道口。 ? 显然,这里汽车和火车都采用了两个理想的运动 模型——匀速直线运动。但这里的汽车不能看成 质点。

? 问题:物体作变速直线运动时,如何 描述运动的快慢? ? 指出:物理上采用两种方法,即 ① 整体的描述——平均速度 ② 每个瞬间的描述——瞬时速度

? (二)平均速度
? 定义:运动物体在某段时间内的位移与 发生这段位移所需要时间的比值。 ? 公式: υ = s
t

? 小结(结合简单的具体实例,共同讨论): s ? ① 公式 υ = 算出的实际上也是平均 t 速度,只是对匀速直线运动,任何一段 时间内的平均速度都一样。 ② 计算变速运动的平均速度,必须指 明具体时间间隔或位移区段。 ③ 平均速度也有方向,某段时间内平均 速度的方向,就是这段时间内位移的方向。 ④ 体现等效变换——把原来的变速运动 转换成以平均速度运动的匀速运动。

? 关于STS —— 这是一个很吸引学生的扩展 知识的问题。把简单的匀速直线运动公式 与现代宇宙学相联系起来。有条件时,建 议向学生适当介绍,一起分析。

? 宇宙年龄看成以速度 υ 从中心 O 运动 到边界的时间 匀速直线 哈勃定律 υ = Hγ
γ t = υ

γ 1 1 t= = = S ?18 Hγ H 3.17 ×10
3.15 ×10 = 3.15 ×10 S = 年 ≈ 1.0 ×1010 年 365 × 24 × 2600
17 17

? 为什么选用这个高考题呢?我们希望,通过这个问题 的估算,能多多少少激发起学生对宇宙研究的一些 兴趣,使学生从高中一年级起就接触到当今世界高 科技关注的热点。 ? 赵凯华教授为同济大学吴翔教授编写的我国第一本 大学文科物理《文明之源》的序言中说起这样一件 事:一位到美国去攻读经济学的研究生说,她在入 学一开始的课程里,老师就介绍大爆炸宇宙学、黑 洞…… ? 美国等发达国家的青少年对宇宙探索的热情,远远 胜于我国…… ? 我们希望通过老师们的努力,更多地燃起学生热爱 宇宙、探索宇宙的热情。说不定在你的熏陶下,不 久的将来在你的班上会出现一个“中国的哈勃”。

? 本节布置作业后,;在下一节课上要做好 评价工作,使学生体会每个题目的意图。 例如: ? 第1题 区分平均速度与速度的平均 ? 第2题 考察对平均速度等于零的含义 ? 第3题 考察平均速度的计算必须用位移 除以时间 ? …… ? 在教师用书中,对每题都指出了评价意图, 希望有助于深化学生的理解。

1.3 怎样描述运动的快慢(续)
? 教材说明 ? 本节承接上一节用瞬时速度对变速 运动的快慢作了精细的描述,提出 了用实验测定瞬时速度的方法,并 引入用物理图像方法形象地描述物 体运动的位移和速度。

? 教学建议 本节可采用讲解、讨论与实 验探究相结合的教学方法。 ? 引 言 可以从上一节习题切入或换 用学生熟悉的其他实例切入。 ? 提出问题 如何描述变速运动物体 在某一瞬时或某一位置的 快慢情况 瞬时速度

? (一)什么叫瞬时速度
? 定义: 运动物体在某一瞬间或经过某一位置 的速度。 (说明:严格地说,上述定义等于“白说”——某一 瞬间的速度叫瞬时速度,因为这里涉及到极限概念)
?s υ = lim ?t ?t → 0



υ =

ds dt

在中学物理中,只要求作字面上的定义,不 必追求数学形式。教学中,侧重于了解它的作用, 在具体情况下能认识它,知道它的测量方法。

? 作用:对变速运动作精细的描述。 ? 说明:为了使学生对“精细的描述” 的 有比较具体的认识,可用学校 里同学的身高作类比。

? 全体学生的平均身高 —— 平均速度 ? 某一位学生的身高 —— 瞬时速度

? 实例:扔出小球时的速度、百米赛冲线的 速度、子弹射出的速度、飞船与火 箭分离的速度…… ? 方向:瞬时速度的方向跟物体经过某一位 置时的运动方向相同。 ? 瞬时速率:瞬时速度的大小。 ? (汽车速率计上指示的是瞬时速率)

讨论与思考

? 测量:仪器(各部分作用) 方法(先用手缓慢移 动遮光板,显示出运动时间, 算出 υ ;再改变遮光板宽度 ?s, 测出运动时间,算出 υ ) ? 通过讨论,认识原 理——极短时间或 极短位移内的平均 速度。

? 小结:如何描述运动
参考系 (确定动、静) 质 点 (对物体简化) 位 移 (运动时位置的变化) 速 度 (运动的快慢与方向) (平均速度与瞬时速度) 它们都是运用物理语言(概念)或公式 描述运动。此外,还可以用图像作直观地 描述。

? (二)用图像描述物体的位移和速度
建议用多媒体课件展示物体运动的情况, 记录时间与位移,反映它们之间的动态关 s?t 系。重点可放在 图像上。

? 1、位移图像
意义:描述物体运动时位移与时间的关系。 作用:(用一辆小车运动辅助说明) 判断运动性质(匀速直线运动的 s ? t 图
像是过原点的倾斜直线。)

判断运动的方向
确定某时刻的位置、某段时间内的位移 确定速度的大小(利用斜率)

? 注意 : s ? t 图像不是运动轨迹。

? 讨论案例——龟兔赛跑
要求:语言文字 画出图像 (识图、用图、画图。)

? 2、v ? t 图 意义: 作用:运动性质 运动方向 某时刻速度 计算位移(利用面积) 要求:识图、用图、画图(包括 s ? t 与 v ? t 图的转换)

? 例如,龟兔赛跑中的 v ? t 图

第2章 研究匀变速直线运动 规律

(一)《课程标准》的要求与解读 ? 1。通过史实,初步了解近代实验科学产生的背 通过史实, 通过史实 认识实验对物理学发展的推动作用。 景,认识实验对物理学发展的推动作用。 解读: 解读: 这一条旨在从物理学史的角度认识实 验对物理学的重要性,突出了实验科学的重要性 以及物理学与历史、社会等人文科学的联系,体 现了学科间互相渗透的课程理念。要求学生从物 理学的发展历程,大致了解近代实验科学产生的 背景。例如,了解亚里士多德关于力与运动的主 要观点和研究方法,了解伽利略的实验研究工作, 认识伽利略有关实验的科学思想和方法等。并且 通过对实验科学产生背景的介绍,还应使学生认 识到实验对物理学发展的重要作用。

2.经历匀变速直线运动的实验研究过程, 经历匀变速直线运动的实验研究过程, 经历匀变速直线运动的实验研究过程 了解匀变速直线运动的规律, 了解匀变速直线运动的规律,体会实验在发 现自然规律中的作用。 现自然规律中的作用。
解读: 解读:研究匀变速直线运动的规律是高中物理课程运动学 中的重要内容。本条目不仅要求学生认识匀变速直线运动 的特点,而且要求学生经历匀变速直线运动的实验研究过 程,体会实验在发现自然规律中的作用,反映了对科学探 究过程的重视。 ? 在让学生经历匀变速直线运动的实验研究过程时,可用打 点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动。 还可通过史实,了解伽利略研究自由落体运动所采用的实 验和推理方法,了解伽利略对物体运动的研究在科学发展 和人类进步上的重大意义,体会实验在发现自然规律中的 作用

3.能用公式和图像描述匀变速直线运动, 能用公式和图像描述匀变速直线运动, 能用公式和图像描述匀变速直线运动 体会数学在研究物理问题中的重要性。 体会数学在研究物理问题中的重要性。
解读: 解读:用公式描述匀变速直线运动,也就是要求 学生能用匀变速直线运动的位移公式、速度公式、 加速度公式描述匀变速直线运动的规律,让学生 体会数学的简洁、抽象、准确等特点,感受数学 方法的奇妙,认识数学在研究物理问题中的重要 性。教学中应该注意,不要在这一阶段设置难题 或偏题,以免挫伤学生的学习积极性。同时,本 条目还要求学生学会用图像描述匀变速直线运动, 从而认识图像法在研究物理问题中的作用。跟数 学公式相比,图像法显得直观、形象、生动,使 人一目了然,能使学生感受到图像法的直观的美。

(二) 本章的主要内容与编写特点 主要内容:本章在前一章已经建立的基 本概念基础上,重点研究了匀变速运动 的规律。 编写特点:按照从特殊 识规律进行编写。 一般的认

自由落体运动(Vo=0、a=g) 初速为零的匀加速直线运动(Vo=0、a为定 值) 初速不为零的匀加速直线运动(Vo≠0、a为 定值) 匀变速直线运动规律的应用

为什么这样编写呢? 这是我们要重点说明的问题。 因为人对事物的认识过程有两种基本的途 径:一种是从一般 特殊,另一种是从 特殊 一般。教材中这部分内容几十年 来的传统模式是: 从一般 概念 特殊 公式(规律)

特例(应用)

我们通过对课标的学习,结合自己的长期 实践和有关的一些教学调查,认为这个传 统模式有许多不足的方面: ? 显得平铺直叙,缺乏激情,不容易激发学 生的兴趣; ? 从概念出发,往往缺少生活背景的联系, 学生会感到不够亲切; ? 从课改新的理念来看,它缺少学生所应经 历的过程,学生难以体验到物理学的研究 方法。

我们决定改变一下学生的认识思路,采用 从自由落体开始编写,有三方面的原因: (1)人们对运动的认识通常总是从认识具体 运动开始的。自由落体运动是一种很典型、 很理想的匀变速直线运动。 可以这以说,在现实生活中恐怕很难找到 比自由落体更直观、更理想的匀变速运动 的例子!

(2)对自由落体运动的研究有着极其重要的 历史地位,蕴含着丰富的物理思想。 遗憾的是,在过去很长一段时间里,对伽 利略的研究不够重视,后来稍有改善,也 只是作为阅读材料点缀在正文后面,给学 生的感觉似乎可有可无,这不能不说是一 种严重的缺憾!

(3)更好地突出过程和方法 伽利略的研究较全面地体现了科学研究的 方法。通过这个过程的展示,使学生可以 生动而具体地看到:伽利略遇到哪些困难? 怎样一步步克服困难的? 我们的教材对伽利略的研究展示得相当充 分,当初这一节作为送审的样稿送到教育 部时,受到评审组专家的充分肯定,认为 “淋漓尽致”地展示了伽利略的研究过程。

? 这样做的最终目的,就是希望使学生能够 更好地学会思考、学会探究、学会学习。 当然,这个目的的能否达到,还有待老师 们的努力实施。 ? 从伽利略的实验研究得出自由落体的运动 规律后,接下去就是认识上的推广扩展, 比较顺理成章了。我们做这样的改变是否 好,请老师们今后结合自己的实践一起进 一步的研究。 ?

? (三) 教材说明与教学建议(部分)
? 2·1 伽利略对落体运动的研究 ? (2课时) ? 引言:展示比萨斜塔 的雄姿,并配以激情 的说明,作个漂亮的 “开场白。”

? 本节内容可划分为三个段落: ? 伽利略的批驳 ? 伽利略对落体运动的研究 ? 用现代化手段对落体运动的研究 ? 第1个段落不要草率从事,过早作出结论。 可以让学生讨论和活动得充分些。 ? 参考思路是: ?

? 学生活动(比较铁片、纸片等轻重不同物体下落 快慢) ? 问题(假设到马路上作一次问卷调查,估计会得 出 什么结论) ? 亚里士多德的说法 ? 伽利略佯谬(引导学生讨论伽利略是如何利用这 个佯谬 批驳亚里士多德的说法的,从而培养学生 逻辑推理的能力。)

? 比萨斜塔实验

应该向学生指出,亚里士多德是一位伟大的哲学 家,十分重视观察。 “……应该多相信观察到的事实,而不是理论,同 时,只有和观察到的事实相符合的才称得上理 论”。 ——亚里士多德

接着,可以提出问题让学生讨论: ? 亚里士多德从观察中得来的下落快慢的结 论为什么不正确? ? 亚里士多德的说法为什么能够流行了怎么 久? ? 我们平时在日常生活中看到的现象为什么 又能符合着亚里士多德的说法呢?

? 通过讨论,引导学生从表面现象中找出隐 蔽在其中的原因 空气阻力的影响。 ? 可以让学生将纸片平放和捻成纸团从同一 高度下落,定性比较一下减小空气阻力对 下落快慢的影响。 ? 为了加深对空气阻力影响的印象,还可以 做这样的一个实验:

? 羽毛和铁球从同一高 度自由下落,看到铁 球先落地

取两个同样的铁球, 在其中的一个铁球上 粘上大量的羽毛,使 它们从同一高度自由 下落,可以看到没有 羽毛的铁球将先下落。

进一步提出问题: ? 如何完全消除空气阻力的影响? ? 请同学们设计实验(或实验环境),并猜 测一下,在完全消除空气阻力影响后不同 物体下落快慢会有怎样的结果?

? 钱毛管实验

美国宇航员在月球 表面的落体实验

做钱毛管实验时应该反复做几次,进行对照. 在进入本节核心内容伽利略对落体运动的 研究前,可以先提一个问题让学生讨论: ? 通过上面用伽利略佯谬的批驳和钱毛管实 验后,你认为对落体运动是不是完全认识 清楚了? ? 你认为还需要作哪些方面的探究? 由此引导学生踏上伽利略的探究之路。

?

对落体运动性质的猜想 v∝t (自然规律简单性原则)

? 利用几何图形 找出位移与时间平方成正比的关系 (有条件时可适当介绍) ? “冲淡重力”的斜面实验 动画显示) (有条件时改用电脑

合理外推(怎样用斜面实验研究落运动) 得出结论

引导学生归纳伽利略的研究思路: ? 问题 猜想 数学推理 实验验证 合理外推 得出 结论。

伽利略的实验具有重要的意义,爱因斯坦 曾作出高度的评价:“从亚里士多德的思 想方法转变到伽利略的思想方法,这个转 变成为科学基础的最重要的一块转角石。 这个转机一旦实现,以后发展的路线就清 楚了”

为了更好地理解爱因斯坦对伽利略的评价, 可以简单介绍一下时代背景:在伽利略时 代,整个自然科学和哲学融为一体,自然 科学的研究受着经院哲学的巨大影响,经 院哲学的观点和方法长期占着统治地位, 对自然科学的研究习惯于仅通过观察、思 考,从书斋中找前人的结论,进行空洞地 辨论,很少有目的地进行实验。当时的人 们还没有足够的“实验”意识,并且把圣 经和亚里士多德的著作盲目地抬高到“学 问之神”的地位,迷信权威,崇尚清谈。

伽利略对此深恶痛绝,他曾对经院 哲学的 观点和方法进行猛烈抨击。伽利略说: “在科学的范畴上,不是从圣经的权威, 而必须从知觉和证明出发,最重要的是, 必须查明事实,就连圣经也不可违背事 实”。 所以,伽利略开创的研究方法有着重要的意 义。近代物理学从严格意义上说,就是从 伽利略开始的。

第3个段落

用现代化手段研究落体运动

教材中有一个响亮的、激励学生的 段标 “超越伽利略”。教学中可以将学生分组, 分别先用图2-8频闪照片上的数据,验证伽 利略得出的位移与时间平方的关系。有条 件时,可安排一次学生的分组实验,利用 打点纸带研究落体运动的性质。

这一节内容,包括全章引言、学生的实验 活动,及对作业的讨论,可以安排2课时完 成,使学生充分体验伽利略的研究方法, 学会对落体运动性质的研究。 我们觉得,这样的做法,比传统教材作为 一个特例来研究的效果要好得多,能比较 具体地把课标要求的过程方法体现出来, 真正有利于提高了学生的素质。

? 2。2

自由落体运动的规律

这是全章的基本规律。这一节包含两部分 内容:自由落体公式的推导;重力加速度 的测定。 这一节教材中渗透的研究方法有:物理图 象的应用;微积分的初步思想等。

本节内容可以安排两课时完成。第一课时为自由 落体的规律,可分为两部分: ? 第一部分推导自由落体的速度公式。从伽利略实 验明确自由落体的运动性质是从静止开始的匀加 速直线运动,引入重力加速度 g 以后,可以引导 学生从加速度定义直接得出。
t a=g ? 教学中,在得出公式后,可以紧接着让学生作些 简单的应用。 a=

υt ? υ0

υ0 = 0

υ t = gt

? 第二部分推导自由落体的位移公式,教材 中突出了图像法,在“多学一点”中又介 绍了平均速度的方法。根据具体情况,也 可以把这两种方法都作为基本要求,重点 放在图像法上。

方法1: 图像找位移? 方法 :利用 v? t 图像找位移? 教材中是从匀速直线运动的速度图象谈 起→怎样把随时变化的运动转化 不变”的运动? 为“不变”的运动?

1 1 h = υ tt = gt 2 2

2

? 方法2:利用平均速度 相当于把一个匀变速运动转化为一个以 平均速度运动的匀速直线运动。

0 + υt 1 S = υt = t = gt 2 2

2

这两种推导方法体现了两种思想方法,即微积 分思想和等效变换思想. ? 其中,“变”与“不变”是一个很重要的辨证关 系,也是本节中对学生进行辨证唯物主义思想教 育的一个很典型的例子。教学中不要急于抛出答 案,可以先举一些生活和自然现象的实际例子, 让学生体会这种辨证关系。真正地在学生头脑中 安营扎根。 ? 例如:一个人在生长发育时期身高的变化、 树木高度的变化、铁器在空气中的氧化过程、水 蒸发时水量的变化、……,然后再用剪刀剪圆作 为例子,实现直线与曲线的转化。 ?

? 至此,已水到渠成,学生很容易理解把小 段时间内的运动看成匀速运动,用许多小 段时间内位移的积累代替整个时间的位移, 得到位移公式。 ? 得到位移公式后,同样可用简单问题让学 生直接作一下应用练习。

第二课时是一个实践活动——测定g 。 ? 有条件时,建议采用边学边实验的方法, 安排一次学生的分组实验,用打点计时器 测 g。 ? 在测定 g 的基础上引导学生开展一些 讨论活动。例如:

? 结合教材中的重力加速度表,引导学生自 己去发现重力加速度大小随地理纬度变化 的定性规律。 ? 由于大多数学生在初中物理学习中,都已 经听说过一个故事:一个商人从荷兰贩了 5000吨货物到赤道附近的某个港口去卖, 发现货物的重量少了19吨(都用弹簧磅秤 来称量)。那么,究竟这个故事是否真实 呢? ? 这里,可以引导学生作一个评价。

? 这样,不仅可活跃课堂气氛,提高学生的 兴趣;也具体的指导了学生,如何应用物 理知识去发现问题,研究问题。

? 本节结束时,作为一次课外活动,可以介 绍一下利用现有的知识测定重力加速度的 几种方法(有条件时,也可以开放实验室 或在实验室中展示):滴水法(如本章家 庭作业9);打点计时器法(如教参图21);光电门法(具体装置参考教参的课程 资源)等。还可以介绍一些资料(或让学 生上网查阅一些资料),鼓励有兴趣的学 生自己设计测定重力加速度的方法。

? 2.3 匀变速直线运动的规律 ? 这里,我们仅对速度公式的 推导说明一下: ? 教材中是在初速为零的匀加速直线运动公式的基 础上,直接通过传送带上的一个实例得出来的.为什 么这样写呢?我们是这样考虑的: ? 1. 由于必修课是针对全体学生设计的,因此公式的 推导可以简化一点,希望这样做能够更有利于突出 物理思想.

? 2. 可以借助学生的生活直觉和原 有知识基 础.例如,小学数学里的顺水和逆水行舟问题, 并不需要指出运动合成的道理,一般不会给 教学上带来多大的困难. ? 3. 考虑到今后学习3系列的理科学生的需要, 教材在后面的”讨论与思考”栏目中补充 了一个推导方法,可以作为备用.

第3章 力与相互作用

(一)《课程标准》要求与解读
(1)“通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规 律,能用动摩擦因数计算摩擦力”。
解读:摩擦在日常生活和生产实践中有很多 实例,学生也有比较丰富的感性认识,但是,这些 认识并不能代替实验研究。这个条目强调了通过实 验帮助学生认识物理规律,注重了“过程与方法” 课程目标的体现,同时要求学生认识滑动摩擦、静 摩擦的物理规律,这是“知识与技能” 课程目标 的体现,是对学习结果的要求。最后要求学生能用 动摩擦因数计算摩擦力,这是较高水平的属于“理 解”层次的要求。

(2)“知道常见的形变,通过实验了解 物体的弹性,知道胡克定律”。
解读:这个条目不仅要求学生了解常见几 种形变方式,同时还要求学生通过实验了 解物体的弹性,并知道胡克定律。这里注 重了从学生熟悉的现象引入物理内容,强 调了学习的过程与结果。在教学中,可以 引导学生调查日常生活和生产中所用的弹 簧及其使用目的,还可以启发学生制作一 个简易弹簧测力计,用胡克定律解释其工 作原理等。但在胡克定律的教学中,不必 出现繁难的计算。

(3)“理解牛顿第三定律”
解读:这个条目在本章的具体体现是,要求 学生在认识力的作用相互性的基础上,认 识到在任何运动状态下,物体间的作用总 是相互的,作用力和反作用力始终大小相 等、方向相反、作用在一条直线上。并且 能够把它和初中物理学过的平衡力加以区 分。要求学生能够根据牛顿第三定律和三 种常见的力的特性,对物体正确进行受力 分析,会解释生活中的一些有关现象。

? (二)本章主要内容与编写特点
本章以拔河为背景,围绕所提出的一系 列问题逐步展开。先研究牛顿第三定律,接 着研究弹力和摩擦力,在这个基础上学习受 力分析. ? 通过本章的学习,使学生理解力的相 互作用规律,认识弹力、摩擦力的有关规 律,初步学会受力的分析,为以后的进一 步学习打好基础。

? 几点说明: ? 根据《课程标准》的要求,有关力的概念、力的 图示法、以及有关重力的概念,重力与质量的关 系等内容,都认为在初中物理中已经完成了,高 中的《课程标准》中不再列入.我们在编写中,为了 使得教材显得更紧致,因此,本书也不再单独列出. ? 有的老师误以为教材的结构不完整,其实并不是这 么回事.教学中可以结合学生情况,指导学生复习 初中 物理的有关知识.如果认为有必要,教学中可 另行补充。 ? 关于重心的概念,《课程标准》中也没有要求, 我们以“信息浏览”的形式作了简单介绍,教学 中可灵活处理。

本章教材的特点是:重视课堂教学中师 生的互动,并且有分层次的明确要求。 ? 全章共四节,教材正文中安排了五个不 同层次的探究活动。其中的三个探究活动 (相互作用力大小的关系、浮力的反作用、 静摩擦力)以观察现象和体验过程为主;另 有两个探究活动(弹力跟形变的关系、滑动 摩擦力大小的规律)要求经历较为完整的过 程,并且两者的要求也逐步有所提高。 ?

在关于弹力的探究中,启发性地提供了 部分器材,要求学生根据自己的猜想,设 计方案,完成探究。 ? 根据实验区老师的建议,教材接着列出 了数据记录表,可以帮助学生完成对胡克定 律的探究. ?

? 在滑动摩擦力大小规律的探究中,要求有 所提高,对学生更为放开。教材先提出三 个对探究活动有指导意义的问题,要求学 生通过讨论,弄清这些问题后,不仅要自 己设计方案、选择器材、拟定步骤、完成 探究活动. ? 为了给学生有所启示,教材中给出了实验装 置图和基本步骤.

? 此外,教材还把探究活动从课内延伸到课外,从教材 的基本要求扩展到对部分学生的“多学一点”中。例 如,在本章第3节的家庭作业与活动第6题中,要求 学生通过逆向转换,变换实验方法,对滑动摩擦力再 作一次探究;在同一节的“多学一点”中,要求学生 通过间接测量,测定动摩擦因数。这些内容老师们可 根据自己学生的情况,灵活掌握. ? 这一章中安排的这几个活动,所用的实验器材都是很 普通的,简单的,也是各个学校实验室中最常见的。 然而,这些活动对学生能力的锻炼和提高很有帮助, 希望在教学中重视这些活动,尽量创造条件,努力引 导学生自觉参与到每个活动中去。

? (三)教学建议与有关问题说明
(以3.1与3.2两节为例作一些总的说明) ? 3.1 牛顿第三定律 牛顿第三定律是牛顿在1665—1666年之间已 形成了萌芽,后来他通过对两个物体的碰撞作了 严格的论证。如果说牛顿第一定律、第二定律是 牛顿在伽利略等前人的基础上建立起来的话,那 么第三定律则是牛顿的“独创”。 一个物体对另一个物体施加作用的现象,人 们比较容易理解,在古希腊时代和中国古人都已 有所认识。但人们很少注意到马拉车的同时,车 也在拉马;……只有牛顿最早注意到物体之间的 作用的相互性。

? 他说:“任何东西拉引或推压另一个 物体时,同样也要被那个物体所拉引 或推压。如果你用手指压一块石块, 那么手指也要被石头所推压。如果有 一匹马拉引一块系于绳子上的石头, 那么这匹马将被相等的力往后推石 头。”

? 牛顿第三定律从表面上看起来很简单,要 使学生心悦诚服从内心深处接受它却并不 容易,要经历一个逐步认识的过程。 ? 本节教学中包含着两个内容: 一是实验探究相互作用; 二是牛顿第三定律。

? 1 实验探究相互作用 教学中,可以结合拔河比赛展示各种不 同的情景,并提出问题。 拔河比赛中一方把另一方拉过来时,双方 拉绳力的力哪边大?

? 马拉车使车前进,马拉车的力跟车拉马的 力哪个大?

? 汽车拉挂车一起前进,汽车拉挂车的力跟 挂车拉汽车的力哪个大?

? 两只手各拿一个鸡蛋,让一个鸡蛋去撞另 一个鸡蛋,如果两个蛋一样坚硬,撞的部 位相同,哪个鸡蛋会被撞破?——哪个鸡 蛋受到的力大?

? 如果把这几个问题到社会上去做一次问卷 调查,请学生猜想一下;大多数人的答案 是什么?同学们的答案又是什么? ? 那么,究竟正确的答案是什么呢?

? 实验探究 (以拔河为例,进行合理简化,在简化中渗透着研究方
法的指导)

? 拔河比赛中 ? 两队人 两个人

一个人双手拉弹簧秤

? 由于在高矮两同学间的弹簧测力计不容易保持在水平位置; 同时实际拉动时,对弹簧测力计示数的观察也比较困难。 因此,教学中可改为让一个学生用两支相同的弹簧测力计 拉(有条件时,可在每两个学生的桌上发一支弹簧测力计)。 拉的时候,也可以参考教材上提出的办法变为:先让左手 “主动”施力;再让右手“主动”施力;次后再让两手同 时施力。 ? 让学生汇报并相互交流探究结果。

? 或者: ? 拔河比赛中的两队人

两支弹簧秤

? 提出问题:两个物体在运动中的相互作用 大小的关系? ? 用DIS验证 :这是一个极有说服力的实验, 可以直观地显示相互作用,两物体在不同 的运动情况下,相互作用力始终大小相等, 方向相反。
(暂时无此设备的学校, 可根据教材图3-9、3-10 作模拟说明)

? 2 牛顿第三定律

F甲对乙 = ? F乙对甲
? 通常牛顿第三定律都只用文字表述。教材 中出现这样一个公式,希望强化学生关于 “成对性”、“相互性”的认识。

? 关于第三定律
(1)作用与反作用力地位“平等”,不分先后,同 时产生,同时消失 ; (2)作用力与作用力性质相同; (3)作用力与反作用力分别作用在两个不同物体 上, 不能彼此抵消; (4)牛顿第三定律不仅适用于固体间的相互作用, 也同样适用于液体和气体间的相互作用,并且跟物 体的运动状态 无关。

? 实验探究:“浮力的反作用”很有意义,必须做
好。

? 台秤示数增大的原因,初中时通常从液体 压强变化作定性解释。这里应该做好受力 分析,根据牛顿第三定律结合二力平衡, 作出引导学生作出定量解释。 ? 教材图3-6(a)中时 F1 = G 球

N1 = G水杯 ? 球浸入水中后
F2 + F浮 = G球
N 2 = F压 + G水杯

?

实验发现,弹簧测力计示数的减少量 ? F (= F1 ? F 2 = F 浮 ) 与圆盘测力计示数 的增加量 ? N (= N 2 ? N 1 = F 压 ) 大小相等。 其实 F压 就是 F 浮 的反作用力,就是球对 水的压力,它跟 F浮 等值、反向、共线, 是同种性质的力。

? 3.2 弹力
微小形变 认识弹力; 实验探究 发现弹簧弹力大小 的规律 胡克定律; 了解弹力的方向; 认识常见的形变类型;

? 1.关于弹力的概念 ? 教材中定义为:”发生弹性形变的物体,由于要恢复 原状,就会对跟它接触使它发生 形变的物体产生力 的作用,这种力叫做弹力”.有的老师认为定义 中 不必冠以”弹性”两字.我们这样 定义的目的,是 希望突出弹力具有”恢复力”的特征.我们知道,物 体受力时会发生形变,当外力撤去后物体力图恢复 原来形状时(无论是完全恢复或部分恢复)表现出 来的力,在物理上称为弹力.可见,弹力是一种”恢 复力”.因此,弹力是弹性物体所 特有的力,定义中 冠以”弹性”两字,正是隐含着这个意思.

? 2 关于微小形变实验的方法

? 在盛有红色水的玻璃瓶里通过软木塞插一根细管,用手挤 压瓶壁,可看到管内液柱上升。 ? 为了排除学生可能产生的由于手的传热作用的影响,可以 改用横截面为椭圆形的玻璃瓶。先用手沿短轴方向挤压, 使细管内的水柱升高;然后双手摩擦后用手沿长轴方向挤 压,可以看到细管内的水柱非但没有升高,反而下降了。 由此足以说明,细管内的水柱高度的变化 不是由于手的 传热作用,的确是由于瓶的微小形变造成的。

? 微小形变的实验,不仅使学生直感地 看到形变。也潜以默化地渗透着辨证 的思想:任何物体受力后(那怕是很 小的力)都会发生形变,仅仅是形变 的程度不同而已。

3

关于弹力大小的探究 胡克定律

? 关于弹力大小的实验探究,可以采用学生分组实验 的方法进行。由于教材图3-20已经提供了部分器材, 因此实验探究并不困难,学生容易想到只要用刻度 尺测量出悬挂不同钩码时每次弹簧的长度就可以了。 ? 根据实际情况,有条件时,也可以把它跟本节的 “课外活动”结合起来,让学生在活动中自己一次 完成。 ? 根据测量数据,让学生在方格纸上画出弹簧指针所 指的标尺刻度x与砝码m的关系曲线。然后,在学生 探究的基础上,结合教材内容对胡克定律作介绍, 利用自己测量的实验数据,求出劲度系数。

?

得到胡克定律以后,可以先用简单的题目练习应 用一下。在学生有了初步认识的基础,可结合具体 问题向学生着重指出: (1)胡克定律的适用条件是在弹簧的弹性限度内; (2)胡克定律公式中的x是弹簧的形变量,即弹簧 的伸长量或压缩量,不是弹簧的长度; (3)教材中指出,劲度系数反映了某根弹簧的一种 力学性质,意思是说,k的大小跟某个具体的弹簧有 关。即使是同一根弹簧,如果把它截成几段,就变 成几根不同的弹簧,它们的k值都跟原来的弹簧不同, 绝不可把劲度系数混同于反映物质性质的量(如密度、 比热容等);

(4)对于确定的弹簧,弹力大小仅与形变 量有关,当已知弹力时,弹簧有可能处于伸 长或压缩两种情况。 (5)在研究弹簧的弹力时,要注意其中 的两个因果关系,即:

初中物理关注的是前一个因果关系,高 中物理关注的是后一个因果关系,所以只能 说“弹力与形变成正比”。在许多分析弹力 的实际问题中,必须紧扣“形变”这个条件。

? 4

弹力的方向

? 关于弹力的方向,初学时是一个难点,尤其是对于 杠杆与平面、角顶、曲面相触时弹力方向的判断, 困难的原因在于形变的内隐和对外力作用效果认识 的片面性。突破这一难点也得从力的作用效果和 “形变”着手。例如:

? 5 对形变类型的认识,可结合家庭作业题 目,利用橡皮加深体会。

? 在弹力的教学中,值得注意一个边文——一个有益 的提醒: ? 这是运用日常生活的小细节,培养学生良好的道 德风尚的好素材,应该很好地加以利用。也可以 组织学生到其他班做一次问卷调查,看看有多少 学生有此习惯;或者,可以在学校(或其他公共场 所)的弹簧门边统计一下,在0.5h(或I h)内经过该 弹簧门的人中,有多少人会留意着这么做的。然 后,可以在班里请大家议论或向全校同学发出倡 议,良好的习惯从小事做起 人人迈出文明的 一小步,我们的社会文明就会迈进一大步. ?

第4章
怎样求合力与分力

? (一)《课程标准》的要求与解读
通过实验,理解力的合成与分解,知道共 点力的平衡条件,区分矢量与标量,用力的合 成与分解分析日常生活中的问题。 解读:这个条目指出,对力的合成与分解 应该达到理解的水平,并且需要通过实验加深 理解。教学中,可以通过生活中的许多实例, 使学生能够用力的合成与分解的原理分析常见 的问题。关于共点力的平衡条件,要求学生根 据力的矢量性,知道合力为零的物理含义。教 材从本节开始,明确提出了矢量和标量的概念, 要求学生知道矢量和标量的区别。这时含有对 矢量的深入认识,矢量不仅有大小和方向,而 且两个矢量的加法还必须符合平行四边形定则。

? (二)本章主要内容与编写特点 本章以斜拉桥为背景,提出合力与分 力的概念,通过实验探究得到平行四边形 法则,最后在合力与分力基础上研究了共 点力的平衡。 本章教材的特点:主要表现为背景材料 的运用上,使学生懂得怎样对一座现代化 大型桥梁钢索受力的作用效果、塔柱的受 力平衡条件等等作简化的研究,切实体会 基础知识在实际问题中的应用价值。

在全章结束时,教材还要求开展一次以桥为主题的综 合性课外活动。学生可以去调查当地桥的历史,描绘或拍 摄各种桥的风姿,抒发对桥的赞美,阐述桥的功能,对当 地桥的建设提出建议,也可以通过收集世界各地著名的桥 的资料、图片作汇总式展示或比较研究……最后,还要求 学生自选材料,设计制作一座斜拉桥、拱券桥或其他形式 的桥的模型,交流各人的活动收获,开展对“桥”的评 比——谁制作的桥用料最省,跨度最长,承重最大,外观 最美。 这样一次综合性活动,几乎综合了学生的各科知识, 将使参加活动的每一个学生都得到锻炼,每个人的才智都 得到了充分展示。可以这么说,像这样的活动,虽然在教 材版面上仅占寥寥几行字,却充分体现了新课程的理念. (在2003年的科学画报上曾介绍过20世纪最美丽的桥梁,可 以给学生展示)

? (三)教学建议与有关问题说明
(以4.1节和4.2节为例作一些总的说明) 1、关于平行四边形法则的实验探究 教材中,为了配合从斜拉桥引发的问题, 遵循着从特殊 一般的认识规律。 在实际的教学中进行这个实验探究时, 也可以遵循从一般到特殊的认识规律,把 教材中的实验变动一下。先找出两侧的弹 簧测力计的拉力方向跟标记线之间的夹角 不相等时合力的规律,再推理到教材中的 特殊情况。

2.利用辅助教具,理解合力随夹角的变化关系 由于平行四边形法则是学生首次接触的矢量运算 法则,学生往往对合力与 分力的大小关系认识不清, 教学中可利用木片或塑料片 做一个平行四边形模型作为 辅助教具,帮助学生认识两 共点力的合力怎样随两力夹 角的大小变化,再推广到余 弦定理。

? 3.强调“等效替代”关系
? 学生对“等效替代”的关系并不陌生。例如:初 中物理中,串、并联电路的总电阻,可以代替原 来的几个电阻;生活上百元钞与1元钞的等效替代; 实验中用几个小砝码与一个大砝码的等效替代; 历史上著名的曹冲称象的故事:一头大象和许多 石块总重的等效替代等。 ? 强调指出:合力与分力的关系也仅是一种等效替 代。因此: (1)合力与分力的效果不可重复; (2)构成合力的各个分力既可以是同一性质的力, 也可以有不同的性质; (3)谈论合力与分力的反作用力是没有意义的, 不存在某一个力的分力的反作用力,也不存在某 几个力合力的反作用力。

? 4、研究力的合成与分解问题的思想方法

结合案例帮助学生认识,并且提出: 由于在力的平行四边形中,各个力都按比例 用有向线段表示,解三角形时就把力的大小、方 向的计算转化为边、角的计算,所以在解题中, 跟所画出的三角形或平行四边形的大小无关。同 理,在已经画出的三角形或平行四边形中,一半 的边长代替一半的力……

? 5.关于力的分解的小实验 这是一个简单易行的有趣实验,应该 让每个学生亲自感受,用不同长度的细线 和铅笔组成不同形状的三角支架,即可感 受到手指受到的拉力,铅笔受到的是压力。

教材中,承接着对斜拉桥的研究,通过 简化后研究一根钢索的作用,既有竖直向上 的作用,又有水平方向的作用,把绳子的拉 力看成合力、沿竖直向上和水平方向分解。

为了跟以后较常见问题的解法相配合, 也可以改为对悬挂物绳子的拉力进行分解。 同时引导学生画出上相应的分解图。

? 6.关于案例的教学
这个案例,教材中给出了两种分解方法,采 用学生讨论、评价的方式。这种方式,跟近来出 现的新颖的高考题吻合。 这段内容的教学重点不宜放在对分力大小的 计算上,应侧重于分力方向的确定,画出力的平 行四边形。学生的困难主要表现在两个方面: (1)由于对物体推、拉、挤、压的作用效果 往往是内隐的,学生缺乏足够的想象力; (2)一个力的分力可以有无限多组,因此一 个力的分力方向、大小是不确定的,而在具体问 题中实际分解时只能有一组,实际问题中分力的 方向、大小又是确定的。

? 关键:力的作用效果。

? 为了加深学生对斜面上物体重力作用效果的认识, 可采用如下两种方法:
? (1)海绵垫法 在A、B两块挡板和圆柱体之间垫上海绵,从海绵的形 变情况可以粗略判断圆柱体所受的重力G产生的两个效果: 垂直压向A板的分力和垂直压向B板的分力。 (2)薄木片、皮筋法 利用一条薄木片、一根细橡皮筋和一个木块进行实验, 可以帮助学生理解物体的重力沿斜面和垂直于斜面方向产生 的效果。如图所示,当薄板水平放置时,薄板的弯曲形变最 大,橡皮筋不伸长;当薄板倾斜放置与水平线的夹角增大时, 薄板的弯曲形变减小,橡皮筋伸长变大;当薄板呈竖直状态 时,薄板不发生弯曲形变,橡皮筋伸长最大。

对于基础比较好的班级,还可以补充数学论证 (或作为班级板报内容,课后让学生自己阅读)按 教材下图所示的方法分解时,两个分力的大小为

F1′ = G tanθ

F2′ =

G cos θ

F1′a = F1′cos θ

其中,沿水平方向的分力 F1′ 有使物体沿斜面下 滑和向上提离斜面的效果,因此它又可以分解为两 个分力,如图所示:

F1′b = F1′sin θ

F1′a = G tan θ cos θ = G sin θ 2 sin θ F1′b = G tan θ sin θ = G cos θ

把上述 F1′ 的值代入,得

所以,物体在重力作用下,沿斜面下滑 的分力和垂直压向斜面的分力分别是

F1 = F1′a = G sin θ
G ? sin2 θ ? G ?= F2 = F2′ ? F′ = ? ?G 1? sin2 θ = Gcosθ 1b cosθ ? cosθ ? cosθ ? ?

(

)

这就是直接根据图

分解出来的结果。

? 7.关于“正交分解法”
正交分解法作为平行四边形定则的一个特例, 在教材中的边文作了介绍,但它的地位不可忽视. 把一个力分解到两个互相垂直的坐标轴上的方法, 称为正交分解法。 在本章结束时,可以作为一个小专题进一步介 绍,应该使学生认识到使用正交分解法时: (1)分清每个分力的正、负。凡分力与坐标轴 正方向相同的,取为正值;反之,取为负值; (2)正交坐标系的选取是任意的,其原则应使 每个力易分解(即方向角明显易求),最终结果与 坐标系的选取无关。

? 8.关于“力的分解的唯一条件”
? 由于同一条对角线可以作出无数个不同的平行四 边形,因此,条件不明确时分力会有不确定值, 在实际问题中,下列情况的分力是唯一确定的。
(1)已知两分力的方向; (2)已知一个分力的大小和方向; (3)已知一个分力的大小和另一个分力的方向。

其中第(3)种条件还可分不同情况。如图所 示,已知力的F的分力 F2 的大小及另一个分力 F1 的方向(设 F1与F成 θ 角): 当 F2 ? F sinθ 时,有两解,如图 F1 F ′ 、 ; 当F2 = F sinθ 时,只有一解; 当F2 ?F sinθ 时,无解。

?9

补充资料

力的分解在实际生活、生产中有很多 实例。教学中,可根据班级学生情况适当 补充介绍: (1)小实验——一 指断铁丝

? (2)一个人拉动汽车

? (3)逆风使帆的奥秘
逆风能使帆,这也是力分解的神奇作用。 如图所示,把帆面张在航向(船头指向)和风向之 间,因风对帆面的压力F垂直帆面,它会形成两个 分力 F1 、 2 。其中 F2 F 垂直船轴(“龙骨”)的 力,会被水很大的横向 阻力平衡; F1 就可作为 使船前进的动力。 聪明的舵手遇到逆风时, 采用走“之”字形的航线, 同样可以借助风力航行。

? (4)菜刀上的学问

还可以引导学生进一步观察刀刃的“厚 薄”,明白“前切后崭”的道理。

第5章
研究力和运动的关系

(一)《课程标准》要求及其解读
1 “通过实验,探究加速度与物体质量、物体受力 的关系。理解牛顿运动定律,用牛顿运动定律解 释生活中的有关问题。通过实验认识超重和失重 现象。” 解读:这个条目指出,关于牛顿第二定律,要求 进行实验探究,并且应该让学生通过实验测量, 分别作出表示加速度与力、加速度与质量关系的 图像,根据图像写出加速度与力、质量的关系式。 这个条目还要求学生理解牛顿运动定律,这里包 含着对牛顿第一、第二、第三定律的理解。教学 中,应该要求学生能够应用牛顿运动定律做一些 定量的计算,但不要出现繁难的题目。

? 这个条目要求学生能应用牛顿运动定律解 释生活中的有关问题,其目的是希望加强 学生学习的物理内容与生活、生产的联系。 教学中有条件的话,还可以鼓励学生根据 牛顿运动定律,设计一种能显示加速度大 小的装置。 ? 关于超重和失重现象,要求让学生有所认 识。这里除了课堂上的实验(包括小实验)外, 有条件时,还可以组织学生乘坐电梯、到 游乐场乘坐过山车等活动(注意安全),使学 生有亲身的体验;也包括组织学生去听讲 座、看录像,了解宇航员的生活等。

? 2 “认识单位制在物理学中的重要意义。 知道国际单位制中的力学单位”。 ? 解读:这个条目要求很明确。教学中应 该让学生知道,物理公式在确定物理量的 数量关系的同时,也确定了物理量的单位 关系。

? (二)本章主要内容与编写特点
? 本章教材沿着经典力学的构建过程展开。先学习 牛顿第一定律,然后在学生探究实验的基础上学习 牛顿第二定律及其应用,最后讨论超重和失重现象. ? 通过本章教材的学习,使学生初步理解牛顿运动 定律,并会用牛顿运动定律分析、研究一些实际 问题,理解超重和失重现象。 ? 本章教材的编写特点,主要体现在能恰当地把传 统知识跟航天高新技术有机结合起来,富有时代 气息。

? 教材从引言中对爱因斯坦一段话的回答开始,向 学生指出了一个高新技术环境。接着,教材用了 宇航员在太空仓中做的实验和生活情景的图片, 向学生展示了一个不受力的环境;配合我国第一 艘载人飞船上天,直接取用了记者与杨利伟的一 段对话引人超重与失重的概念、在“STS”和“信 息浏览”中,介绍了太空实验室的成果;在“家 庭作业与活动”中,教材通过展示微重力环境下 美丽的蜡烛火焰的图片,鼓励学生设计微重力环 境下的实验项目等。整章教材从引言到“家庭作 业与活动”,从正文到“信息浏览”,充分利用 了航天高新技术这一载体,散发着浓郁的时代气 息。 ? 此外,教材中还注意了渗透物理思想和研究方法, 如理想实验法、控制变量法、等效变换、整体法 与隔离法等。

? (三)教学建议与有关问题说明
? 1 理想实验 ? 理想实验,又称思想实验或思维实验,它是以大脑为实验 室,用思维操作着的想像中的实验,教学中要解决好两个 方面的问题: ? (1) 让学生感觉到理想实验不神 秘,我们平时也常有亲身经历。例 如下棋时,棋手在落子前总会先在 头脑中摆上一片假想的战场,自己 怎么走,对手会如何应付……对弈 双方外表平静优雅,不动声色,脑 海中却早已经历了几番激烈的厮杀。 越是优秀的棋手,设想的战局方案 会越多、越深入、越全面,然后才 能走出惊人的妙着难倒对方。

? (2) 让学生领略到理想实验的科学意义。教材中 指出:“它突出了事物的本质特征,能达到现实 科学实验无法达到的简化和纯化程度。它不仅可 以充分发挥理性思维的逻辑力量,还可以让思维 超越当时的科学水平,在想象的广阔天地里自由 驰骋”对这段话,可结合伽利略的对接斜面实验 的具体例子加以解释。

? 2

关于牛顿第一定律(惯性定律)

? (1)牛顿第一定律有很长的孕育过程 ? 在2000多年前古希腊时代,哲学家们就已探 讨了运动的问题,例如: 德谟克利特说:“在虚空里……不能够指出 什么运动着的物体会在某个时候停下来。……这 就是说,它或者不动,或者将无限地运动下去, 直到某一更有力的东西阻碍它的时候为止”。 以后,又有很多人(如古希腊的伊壁鸠鲁,普卢 塔克,古罗马的卢克莱修等)表示了同样的观点。当 然,这些古代思想家仅从哲学思辨上作了猜想, 还无法成为科学真理。 在科学史上第一个用严格的科学论证提出惯 性定律的是伽利略。后来,比伽利略稍晚的笛卡尔 和惠更斯也都有了同样的观点.

? (2)牛顿第一定律的表述
?

牛顿总结了前辈科学家的研究成果,引入“惯性” 概念,把它作为运动基本三定律之一。牛顿在 《原理》中表述为:
“每一个物体继续保持它的静止或在一直线上匀速运 动的状态,除非被加予它上面的力所迫改变这个状态。”

由于牛顿第一定律中所说的“不受外力作用” 是一种理想化的状态,而定律本身又包含着”循 环论证”的弱点,有的科学家为了避免提前使用 “力”这个概念,提出了不同的表述方法.例如: 爱因斯坦主张这样表述:
“一物体在离其它物体足够远时,一直保持静止状态 或保持匀速直线运动状态”。

在赵凯华的《力学》和梁绍荣的《基础物理学》 中有比较现代化的说法:
“自由粒子永远保持静止或匀速直线运动的状态”。 “孤立的质点保持静止或匀速直线运动”。

? (3)牛顿第一定律的条件
无论从牛顿的表述还是现代的说法,牛 顿第一定律都向我们展示的是物体不受外力 的一种状态。所以,定律的的成立条件应该 强调“不受外力”,不要说成是“合力为 零”。 ? 不受力、合力为零及力的矢量和为零三 者意义不同。 ? 物体不受力是指物体不受任何外力的作 用。这是一种理想化的状态,在自然界中找 不到不受外力作用的物体。 ?

?

合力为零是指物体受到力,但不会改变物体的运动 状态,也无法找到跟它等效的某一个力。如图所示,物体 F 受 F 1、 2 两个力作用,当这两个力等值反问时,其合力为 零,物体将保持静止或匀速直线运动状态。但它与不受力 F 不同,因为物体会发生伸长形变,也无法找到与 F 1、 2 的 作用等效的一个力。

力的矢量和为零是指把力作为矢量,依矢量相加的运 算结果为零。如图所示,作用在一个绕固定轴转动的圆盘 上的两个力F1、F2,若大小相等,则其矢量和为零,但圆 盘可以处于匀速转动状态。 ? 当物体简化为质 点时,三者等价。 ?

? (4)牛顿第一定律的意义
① 力学的任务是揭示力和运动的关系,既 要研究物体在力的作用下的运动,自然首先要问: 如果物体不受力将做什么运动?所以,牛顿第一 定律可以看成是力学研究的出发点。 ② 深刻地揭示了物体的一个内在属性—— 惯性。这是一切物体共有的属性。大至天体、小 至分子、原子等,宇宙间不存在没有惯性的物体。 ③ 为整个力学体系选定了一个特殊的参考 系——惯性参考系。 ④ 有着重要的应用价值,物体在某方向上 不受力时,它在该方向保持原来的运动状态是普 遍存在的。

? (5)澄清学生头脑中一些误区,例如: 认为惯性与惯性定律是一回事; 认为既然找不到不受力的物体,因此牛 顿第一定律没有什么意义; 认为定律成立的条件是合外力为零; 认为牛顿第一定律可以作为第二定律 F = 0 时的一个推论; …… ? 以及在许多具体问题的解释中,全部归 结为“惯性”。

? 3 探究a与F,m的关系 ? 大家知道,牛顿第二定律的实验研究(无论是 演示或学生分组实验),历来是中学物理中比 较困难的地方,许多老师都曾作过探讨,物理 教学专业 杂志也曾为此向全国老师征集过 有关的方案.在<课程标准>中规定,要求学生 进行实验探究. ? 面对着难度大,要求高的矛盾,我们也曾作过 多种尝试.

? 现在关于这个探究活动,教材中提出了两个方案。 虽然这两个方案都是经典的,但我们在呈现方式上 根据新课程的理念,作了改编,不是单纯地叙述, 这样可以更好地突出对学生的指导作用和科学探究 的要素。 ? 关于平衡摩擦力和桶与小车质量大小的要求,提供 F合 = mg + Mgsin a ? f 一个一般的讨论如下: = (m + M )a f = ? Mg cos a
T = mg ? ma
mg + Mg sin a ? ?Mg cos a a= m+M mMg (1 ? sin a + ? cos a ) = m+M

? 例如:平衡摩擦、垫高木板的一端,则

Mg sin a = f = ?mg cos a ? = tga
? 代入上式,得 mg m a = ≈ g m+M M mMg T = ≈ mg m + M ? 此时,对小车的拉力可近似看作砂桶的重力,小 车的加速度跟它所受的拉力(即砂桶重力)成正 比。

? 4 从实验探究到牛顿第二定律 教学中应使学生明白: (1)从实验数据的分析直接得出的只能是一种比 例关系,为了应用的方便,常把它们改写成等式 (物理公式),这是一个人为的科学加工过程, 也往往是科学家创造力的表现之处。在这个过程 中,通常需定义或测定一些比例系数,。例如: 胡克定律:例如: 物体升温吸热:由 牛顿第二定律:由

? (2)比例系数 k 的确定,有两种情况: ① 当式中各物理量的单位已确定时,k 的数值与单位也是确定的,如胡克定律中k 的单位是N/m,大小由具体的弹簧决定;吸 热公式中的比热容 c 的单位是J/(kg·℃), 大小由物质性质、状态决定。 ② 当式中各物理量未确定时,为了使公式 简化,可通过选取适当的单位。使 k = 1 在牛顿第二定律中,通过规定力的单位N: 质量1kg的物体产生1 的加速度的力的 F k = =1 。 大小为“1N”,因此
ma

? “课程改革”对于一线老师到教育行政部门都是一项新的 探索,任重而道远。编写新教材仅是整个探索中的一个重 要的环节。教材的生命力不仅在于教材本身所包含的实实 在在的内容,还必须依靠实验区教育行政部门,教研部门 和广大一线老师们的精心培育。希望通过我们的共同努力, 使这套沪科版高中物理教材能够成为我国新的教材百花园 中一朵受人喜爱的绚丽的花朵。 ? 以上仅是我们编写中的一些体会和想法,很不成熟,还可 能有不妥当甚至错误的地方,请大家结合自己的教学实践, 多给我们编写组提出意见,多给我们编写组互相交流。有 关物理1的问题也可以直接 跟我联系. ? 最后,祝老师们在教学实践中取得更大的成绩。谢谢大家! ? 王溢然 ? 2008.6.25 ? 网址:wangyiran_sz@yahoo.com.cn


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