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1、高中物理必修1 教材分析,人民教育出版社,绪论,走进物理课堂之前 这是赵凯华先生为这套教材所写的前言。目的不是让学生学习自由落体运动的规律，而是要使学生接触一件科学探究的事例，对于高中物理课要学什么、怎样学，有个非常初步的感性认识。物理学与人类文明 与现行教材相仿，但思想高度有所提高。增加了“物理学与思维观念”和“物理学的未来”。可以将这两部分作为教学的重点，鼓励学生勇于创新和攀登。,第一章 运动的描述,先讲“运动”后讲“力”的原因质点概念由位移初步建立矢量的概念 引入坐标系、确切区分位置和位移 建立概念的过程中渗透极限的思想 实验,为什么先讲“运动”后讲“力”考虑到运动的描述比较直观，而高中
2、对力的要求比初中深入、抽象。另一方面，对矢量的学习应该逐步深入，到力的概念之后才能有比较全面的认识。,质点概念的建立 从描述许多具体的运动出发，抽象出概念。使学生认识到建立物理模型的必要性和可行性，领会科学研究的思维方法。,由位移初步建立矢量的概念,由“位移”引出矢量的概念比用“力”要自然而容易。不是只要一个物理量有方向它就是矢量，矢量还要满足一定的运算法则。用15页思考与讨论引发学生的思考，想象力较强的学生，会从图形上感悟到矢量求和可能要用几何方法，因为这可以直观地显示出三角形的关系。,引入坐标系、确切区分位置和位移,要求在描述物体的运动时建立和运用坐标系，就是用数学方法描述物理模型，并寻求
3、解决的法。为了强调坐标的概念，本书采用数学和物理学中通用的符号，即在直线运动中用x表示质点的位置，即坐标，用 表示质点的位移。区分位置和位移这两个概念是很必要的。过去的教材中所讲的s t 图像称为“位移 时间图像”是不确切的。对于质点运动的基本描述，就是不同的时刻在空间的位置不同。按照本教材，应画出x t 图像，因为与时刻对应的不是变化量位移x。,建立概念的过程中渗透极限的思想,本书定义瞬时速度时用到了极限的思想，但没有提出严格的“极限”概念，不要求极限的运算。教学实践证明，这种方法对于中学生是完全可以接受的。教学中，不应只做抽象的分析和论述，必须做演示实验，引导学生的认识从感性上升到理性，从
4、而形成瞬时速度的概念。加速度的概念比较难，日常生活中对其感受不深。所以用具体事例建立平均加速度的概念后，只是提示学生思考一下瞬时加速度。单纯知识性的东西可以放到一生中的任何时候去学，但观念性的、方法性的东西的确立，往往在一生中有个最佳时机。这是编者在本书中十分看重极限等科学思想、科学方法的原因。,1.建立瞬时速度的概念,t 0时的 值，就等于瞬时速度vA。得到vA=47.3cm/s,方法一,计时器测出的是宽度为s 的条形挡光片持续遮光的时间t,实验,采用双向趋近的方法，可以看出vA 应为45.4 49.1cm/s 之间的某个确定的值。,用两个光电门之间的距离作为S，计时器测出的是车在两个光电门
5、A、B之间运动的时间间t。（与条形挡片的宽度无关）,方法二,2.使用打点计时器测量速度,从理论上讲，所取的t 越小，则求出的平均速度越接近于瞬时速度。用毫米刻度尺测量S 值是有误差的，一般不超过0.5mm。如果与所取的t 对应的S太小，就会使S值的相对误差增大。所以要权衡两方面的利弊来选取合适的t 值。这体现了实验素养的培养，不可忽视。打点记录的时间也存在误差。主要原因是：交流电频率的误差，通常可以不劣于50.00.2Hz；簧片振动的不稳定。用打点纸带记录运动的优点是，同步地记录下时间和位移。,3用运动传感器测量速度,直接采集的是位置与时间的关系数据，每间隔一定的时间（例如0.05s）采集一组
6、x、t 值。然后经过运算处理得到v t 图像。,V t 图像,X t 图像,4引入加速度的概念,相同的钢球A、B分别在两个轨道上自同一高度从静止开始滚下，可看到两者速度变化的快慢不同。但是它们的末速度（到达水平轨道上的速度）大致相同。如果将B改为从较低的位置B/滚下，可看到虽然它速度增加得较快，但末速度却较小。用滚动代替平动，借助金属球的转动惯量和小倾角的斜面，使球质心的加速度变小，便于观察。,第二章 匀变速直线运动的研究,探究小车速度随时间变化的规律推导位移公式的过程中渗透定积分的思想研究自由落体运动 1科学史上的重要里程碑 2体现三维教学目标的最佳事例 3多样化的实验设计,实验：探究小车速
7、度随时间变化的规律,作为引入匀变速运动的基础，同时让学生体验获取实验数据、作图像、分析图像、寻找规律的科学思维方法。要求学习做线性拟合来画图线。基础的方法是靠直觉的手工方法。侧重在对于可能存在的规律的推测（猜测）。用计算机软件处理实验数据。它是依据最小二乘法做拟合，可能会看到在数据量较少的情况下，多数点不在此直线上却是最佳结果。可以引导学生对此进行思考和定性的分析，而悟出其中的道理。用10分钟演示范例，学生就可以知道使用软件Excel做函数拟合的基本操作。,推导位移公式的过程中渗透积分的思想,先认识匀速运动的位移与v-t图象中矩形面积的对应关系，然后猜想对于非匀变速运动是否也有类似的关系。让学
8、生认识猜想在科学的发展和科学课程的学习中的作用。接着利用数值（见40页思考与讨论）与图形（图2.3-2）结合的方法来得出公式。这个过程十分重要，必须引导学生深入思考，亲身经历。重视过程与方法的教学是新课程与过去课程的重要区别。上述过程中，用浅显的方式渗透了定积分的思想。如果学生是领悟得较好，那么在以后处理变力的冲量和变力作功等问题时，就会自觉地运用。,研究自由落体运动,科学史上的重要里程碑 伽利略对于落体运动规律的研究，冲破了千年的思想桎梏，开科学实验之先河，奠定了现代科学发展的基础。必须认真进行教学，让学生认识到伽利略的科学思想方法和他巨大的贡献。体现三维教学目标的极佳事例 过去把伽利略对于
9、落体运动的研究做为阅读材料，这次把它单列为一节。这样做也是出于对过程与方法、情感态度与价值观这两方面教育目标的重视。物理课程中的科学探究有两重意义 一方面，它指学生学习时通过探究把未知变为已知的过程，另一方面，它也指对某一自然规律认识的历史。本节内容属于后者。两类科学探究的基本要素是一样的，所以学习时要引导学生认识科学前辈的探究历史。,多样化的实验设计,1.斜面上向下滚动小球 重现伽利略的方法，进行合理的外推。装置与引入加速度概念的实验类似，用滚动代替平动，借助金属球的转动惯量和小倾角的斜面，使球质心的加速度变小，便于观察。2.使用落体仪（课本44页“做一做”）(1)单光电门法：用来发现或验证
10、x t 2，认识自由落体运动的特征。当电磁铁断电时，同步开始计时，而在球对光电门挡光时停止计时。电磁铁的剩磁会造成计时误差，在钢球与电磁铁间垫一层薄纸，能消弱这种影响。,（2）双光电门法：球对光电门E挡光开始计时，对F挡光停止计时。能够避免剩磁的影响，较精确地测定重力加速度值。计算公式为：为了减小g值的相对误差，s2 与s1 的差值要取大些。,3.使用打点计时器（课本45页实验）研究自由落体运动的特征，测量重力加速度。在70cm长的纸带上，只能打出十几个有效的点子，要充分利用。取t=0.04s 为相等的时间间隔，测量出各段位移 x1、x2、x3、，如果它们近似为等差数列，则可推断自由落体运动为
11、匀加速运动。然后求出每一段位移与时间t 之比，就得到图中所取的1、2、3、各点的瞬时速度，画出v t 图像，再由图线的斜率求出加速度g。,4.用数码相机的摄像功能（课外活动）使用白色钢球，拍摄它自由下落的一段录像。要使用暗背景，背景上画有坐标格子。第一帧难以和球的释放同步，速度大时出现拖尾现象。编辑得到的视频图片，代替频闪照片。利用它研究自由落体运动的特征。5.估测照相机快门的曝光时间和人的反应时间（课本46、47页“做一做”）,6.使用数字化实验系统 A光电门和条栅 条栅上有等间距的透明和不透明条纹，间距值s 为已知（例如2.50 cm）。让条栅C经过光电门D自由下落，测出与各段s 对应的时
12、间t，计算出若干个速度值v，由计算机画出v t 图线，既可判断它做的是匀加速运动，又可求出加速度g。,B运动传感器 用传感器A采集一个实心球B（体育课用）下落的x t 图像。用二次函数做拟合，验证它做的是匀加速运动，并可进一步求出加速度值。,第三章 相互作用,四种基本相互作用加深对力的认识实验,四种基本相互作用,本书把四种基本相互作用的简单介绍放到正文中，这在 中学物理教材中尚属首次。这样做的意图是给学生一个高的观念，因为正是自然界 的四种基本相互作用决定了物质世界的一切过程。这些内容属于常识性了解的层次。56页的“说一说”对学 生来说是开放性的，它体现了科学探究中的猜想因素，即在已知事实与已
13、有知识矛盾的情况下，猜想可能存在 另一种力，并且可以推测这种的力某些特征。,加深对力的认识,力是一个抽象而深刻的观念。初中只是从表象上来认识的。力之所以为矢量，是因为它遵循其他矢量也遵循的几何相加的法则。从本来意义上说，力的合成源于力的独立作用原理。即：如在一质点上同时作用几个力，则这些力各自产生自己的效果而不互相影响。作用在质点上的一个力只能产生一个效果，这个效果是只能是使该质点产生加速度。两个或多个力作用在一个质点上产生一个效果，而不再是两个力单独存在时的效果。一个力可以按平行四边形法则分解为两个分力，以方便问题的解决，例如分析物体的平衡或研究物体的加速度等。“作用在物体上的一个力往往产生
14、几个效果”的说法是不正确的。,实验,1静摩擦力和滑动摩擦力 使用数字化实验系统。用力传感器代替弹簧测力计去拉一个原来静止在水平板上的木块，可以清楚地显示出静摩擦力逐渐增大以及转变为滑动摩擦力的过程。课本61页的图像不是由实验得到的。,采集的是F t 图像，与课本61页图3.3-3不同。,2共点力的合成,要用弹簧测力计（或力传感器）代替钩码，便于随意改变分力的大小和方向。实验中，将三条细线系在一个结点O，其中一条与橡皮条连接。先让两个分力F1、F2与橡皮条对O点的弹力T 平衡；再换用一个力F 作用于O点仍旧与弹力T 平衡。要将两个分力取不同的参数做几次。实验的目的是发现平行四边形关系，大致能够看
15、出即可，不讨论误差。这是与过去教材的不同之处。,第四章 牛顿运动定律,第一定律牛顿物理学的基石对牛顿第二定律的理解 探究实验的设计对牛顿第三定律的理解用牛顿定律解题不要“一次到位”实验 参考文献：新概念高中物理读本（赵凯华、张维善编著，人民教育出版社）,第一定律牛顿物理学的基石,本书的写法突出了牛顿第一定律的建立过程和物理内涵，与过去不同。教学中，要让学生认真领会科学思想和方法。牛顿第一定律建立了科学的力和惯性的概念，用来描述使物体运动状态改变的一种作用和物体内在的动力学属性。通过74页的思考与讨论，提出量度物体惯性大小的物理量质量。74页的科学漫步说明，牛顿第一定律定义了一个参考系惯性参考系
16、。对于惯性系和非惯性系，只要了其差别解就可以了。,第二定律牛顿物理学的核心,牛顿第二定律具有实验基础。课本上安排的实验是探究加速度与哪些因素有关，而不称为“探究牛顿第二定律”，因为牛顿第二定律不是通过一两次实验就能得出来的，它是大量事实的总结，包括对天体运动的总结，而它的正确性更是由于其预言与事实的一致性才得到确认。牛顿第二定律的人为约定：约定了力的量度方法，在此基础上建立了力学单位制；约定了惯性的量度方法，定义了惯性质量。,探究实验的设计,它的写法与过去实验课的写法有很大的不同。不给出确定的实验方案，而要学生自己设计，但是给出了实验的基本思路和实验数据的分析方法作为提示。78页的参考案例是一
17、种最简单、但是很粗略的方法，难以看出定量的规律，特别是反比的规律，只适用于实验设备不足的学校。较好的方法在后文中介绍。这个实验又一次要求用图象处理数据，找出规律。例如从a m 图象看，两者不是简单的线性关系，这就要尝试作出、甚至 等的图象，寻找合适的拟合曲线。还要该鼓励学生用计算机来做拟合。,第三定律牛顿物理学的支柱,作用力和反作用力总是同时产生、同时消失、相互依存的，没有先后、因果之分。作用力和反作用力必属于同一种性质的力。例如都是弹性力、都是万有引力、都是摩擦力、等等。动量守恒定律和牛顿第三定律在经典力学中是密切相关的，他们从不同的角度反映了物体间相互作用的规律。牛顿第三定律从力的角度来表
18、述，动量守恒定律则从动量转移的角度来表述.。,用牛顿定律解题,题目的难度和广度以课本上的例题和习题为准，千万不要将高考题“一次到位”。三角架问题（92页例题）的分析。对于简化的模型，本质上是节点受力的问题，应当用共点力的平衡关系来解。某些书上认为是重力产生了两种效果，而用力的分解来解，是不妥的。,实验,1作用力和反作用力 某些学生有一种误解，认为在变速运动过程中，作用力与反作用力不相等。用两个力传感器进行测量，能够很好地解决这个问题。,2.超重失重 使用力传感器有很好的效果，可以得到如图所示的图像。让学生分析图线的哪一段记录的是超重现象，哪一段是失重现象。,使用普通的轨道小车配合光电门计时系统
19、，仔细地 将轨道调节成合适的倾角来平衡摩擦力。用计算机软件处理数据和拟合图线，能够极大地提高效果、节约时间。要注意实验参数的正确选择。两个光电门之间的距离要大些；力和物体的质量都要在较大的范围内取多个值，才能显示出规律。,3验证牛顿第二定律（分组实验）,专题学生实验,论述物理实验的意义，指导整个高中阶段物理实验的学习。让学生做好物理实验是十分必要的。必须坚决克服黑板上讲实验、课后背实验的错误教学方法。教师必须精通实验的每个方面，并且能够作出良好的示范操作，能够准确地判断出学生实验结果的优劣，能够迅速地发现和排除故障。,误差和有效数字的教学。实做验面对的是受到多种因素影响的现实的物理过程，而不是理想的模型。要认识误差，会分析误差和估计误差的大小，能采取一些对策。要养成用有效数字表示实验数据的良好习惯，并意识到其必要性。这是一个长期的、循序渐进的教学过程。参考文献：高中物理实验（刘彬生编著，大百科全书出版社）,谢 谢！,北京市第四中学 刘彬生 E mail：,
