人教版高中物理必修②教材及必修模塊物理實驗分析.doc

人教版高中物理必修教材及必修模塊物理實驗分析黃恕伯 2007.1.16第一部分：必修2教材分析和教學建議一、第五章 機械能及其守恒1. 新、舊教材章節(jié)結構對比新教材 第五章 機械能及其守恒定律 1 追尋守恒量 2 功 3 功率 4 重力勢能 5 探究彈性勢能的表達式 6 探究功與物體速度變化的關系 7 動能和動能定理 8 機械能守恒定律 9 實驗：驗證機械能守恒定律 10 能量守恒定律與能源原教材 第八章 機械能 一、功 二、功率 三、功和能 四、動能 動能定理 五、重力勢能 六、機械能守恒定律 七、機械能守恒定律的應用*八、伯努利方程 實驗：驗證機械能守恒定律原教材以 “功是能量轉(zhuǎn)化的量度”結論為理論基礎展開對動能、重力勢能的探討；新教材從追尋守恒量入手，在逐步了解重力勢能和彈性勢能有關知識的基礎上，從實驗和理論兩方面探究功與物體速度變化的關系，得出動能和動能定理的表達式；新教材增加“探究彈性勢能的表達式”，但對結論不作要求。2. 對具體教材的分析（1）重力勢能、彈性勢能、動能與動能定理的教學線索新教材沒有采用對“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一知識結論進行演繹的方式來討論勢能和動能，而是從重力做功的特點入手，講授重力勢能的意義及重力功與重力勢能的關系，再用相似的思維學習彈性勢能，在此基礎上，展開對動能表達式的探求，得出動能定理。對功和能的關系的認識是通過個例滲透不斷深入的，它比較符合人們對自然規(guī)律認識的邏輯。（2）動能表達式、動能定理知識的建立在探求動能的定量表達式時，動能表達式和動能定理是捆綁在一起討論得出的，既不是根據(jù)動能表達式推導出動能定理，也不是根據(jù)動能定理推導出動能表達式。而是根據(jù)功能關系的設想同時建立這兩個知識，不會造成邏輯上的混亂。（3）新增加兩節(jié)課文的教學目標“探究彈性勢能的表達式”和“探究功與物體速度變化的關系”是新增加的兩節(jié)課文，要把握這兩節(jié)課的教學設計，需要分析它們的教學目標。知識上“探究彈性勢能的表達式”不要求學生掌握探究的結論，但本課始終貫穿著“物體克服彈力所做的功等于彈簧彈性勢能的增加量”這種認識，該認識是“重力功與重力勢能的關系”的延伸，也為下一個課題“外力功與物體動能關系”的學習進行了一次鋪墊和滲透。“探究功與物體速度變化的關系”是尋求動能表達式的實驗探究過程，下一節(jié)課“動能和動能定理”中的推導是尋求動能表達式的理論探究過程，通過這兩節(jié)課的學習，學生尋求到了動能的表達式，同時獲得了功與物體動能變化關系的結論。過程與方法上“探究彈性勢能的表達式”是學生首次接觸到的一個理論探究課題，它讓學生經(jīng)歷一次對“彈簧的彈性勢能跟哪些物理量有關”的科學猜想過程；讓學生經(jīng)歷一次關于變力做功的分析過程，把“一個變化過程的極短時間可以看為不變”的思想，從速度的變化遷移到力的變化；讓學生經(jīng)歷一次用圖象來處理變化過程的累積效果問題，把根據(jù)變速運動的v-t圖象求位移的方法遷移為根據(jù)變力移動的F-l圖象求變力的功；讓學生經(jīng)歷一次根據(jù)理論探究的結果來概括物理結論的過程。“探究功與物體速度變化的關系”是一個實驗探究課題，在“探究的思路”小標題中，教材通過實驗方案的舉例和分析，培養(yǎng)學生設計實驗的能力；在“操作的技巧”小標題中，引導學生思考實驗設計中減小誤差的方法；教材引導學生探討正確處理實驗數(shù)據(jù)的方法；教材讓學生經(jīng)歷一次通過圖象來確定個物理量之間定量關系的數(shù)據(jù)處理過程，體驗一下如何改變坐標軸的設定，使得繪制的圖象是一條直線。（4）對“探究功與物體速度變化的關系”實驗的分析和建議（此處略）。（5）關于“實驗：驗證機械能守恒定律”的寫法。新教材改變了原教材過分重視結果的寫法，通過四個“要注意的問題”，引導學生自主實驗。二、第六章 曲線運動1. 新、舊教材章節(jié)結構對比原教材 第八章 機械能 一、曲線運動 二、運動的合成和分解 三、平拋物體的運動 四、勻速圓周運動 五、向心力 向心加速度 六、勻速圓周運動的實例分析 七、離心現(xiàn)象及其應用學生實驗：研究平拋物體的運動新教材 第六章 曲線運動 1 曲線運動 2 運動的合成和分解 3 探究平拋運動的規(guī)律 4 拋體運動的規(guī)律 5 圓周運動 6 向心加速度 7 向心力 8 生活中的圓周運動總的來看，新教材大體繼承了原教材“曲線運動運動的合成和分解平拋運動勻速圓周運動”的知識線索。關于平拋運動的學生實驗，原教材基本上屬于測定性實驗，測定平拋運動的初速度；新教材把該實驗改為探究性實驗，第、兩節(jié)課文分別從實驗和理論兩個方面探究平拋運動的規(guī)律。關于勻速圓周運動，原教材是先學習向心力，再學習向心加速度；新教材是先學習向心加速度，再學習向心力。2. 對具體教材的分析（1）“曲線運動速度的方向”：重視對學習過程的設計。新教材通過以下5個過程學習“曲線運動速度的方向”。過程1（問題猜想）：以圓周運動為例，說明曲線運動不同時刻的速度方向不同。猜想曲線運動的速度方向可能沿切線方向。過程2（實驗）：用任意曲線軌道進行實驗，小球在脫離軌道后沿切線方向運動。過程3（理論分析）：過曲線上A、B兩點作割線，當B點非常靠近A點時，割線便成了過A點的切線。過程4（概括）形成結論：做曲線運動的質(zhì)點在某一點的速度，沿曲線在這一點的切線方向。過程5（體驗）：做一個飛鏢斜向上拋出，感受曲線運動瞬時速度方向跟軌跡的關系。（2）“平拋運動實驗”：測定性實驗改為探究性實驗。新教材在理論分析平拋運動前，先通過實驗來探究平拋運動的規(guī)律。具體教學設計是，先探究平拋運動在豎直方向的特點，在獲得結論之后，利用豎直方向做自由落體運動的結論，進一步探究平拋物體在水平方向運動的特點。這樣處理，有利于學生形成正確的邏輯思維，但要求比較高。（3）“運動的合成和分解”“拋體運動”：重視思路和方法。新教材在“運動的合成和分解”一節(jié)中，通過對紅蠟塊運動的分析，讓學生悟出一條思路：研究物體的運動時，可以在相互垂直的方向分別研究，即，在知道兩個方向的分運動情況下可以分析和求解它的合運動，在知道它的合運動的情況下可以分析和求解其兩個方向的分運動。在“拋體運動的規(guī)律”中，進一步延伸該思路，重在對思路和方法的教學，教學目標并不只是規(guī)律的本身。（4）“向心加速度”：構建合理的知識結構。新教材把“向心加速度”的教學放在“向心力”前面，是先從運動學的角度了解向心加速度的意義，再從牛頓第二定律了解向心加速度和向心力的關系，這樣做，學生所獲得的向心加速度概念的具有全面、合理的結構，而不是僅僅從邏輯上知道“因為向心力指向圓心，所以向心加速度也指向圓心”。這種安排的關鍵是需要懂得“速度變化量”的意義，這是個難點，教材在這個方面做了很多鋪墊。這部分要求比較高，不同學?？梢宰鲆恍┳兺ê吞幚怼＃?）“向心力實驗”：讓學生能自己動手。原教材中的向心力實驗是探究性的，因裝置復雜，通常為演示實驗。新教材的向心加速度公式是根據(jù)運動學得到的，并由它推出向心力公式，因此，向心力公式實驗屬于驗證性實驗。新教材設計的圓錐擺實驗裝置簡單，是向心力知識的具體應用，適合安排為學生實驗，讓學生自己經(jīng)歷一次對向心力的測量和分析過程。三、第七章 萬有引力與航天1. 新、舊教材章節(jié)結構對比原教材 第八章 萬有引力與航天 一、行星的運動 二、萬有引力定律 三、引力常量的測定 四、萬有引力定律在天文學上的應用 五、人造衛(wèi)星 宇宙速度*六、行星、恒星、星系和宇宙新教材 第五章 萬有引力與航天 1 行星的運動 2 太陽與行星間的引力 3 萬有引力定律 4 萬有引力理論的成就 5 宇宙航行 6 經(jīng)典力學的局限性 新教材大體繼承了原教材的知識線索，在關于“萬有引力與航天”方面的知識要求沒有大的變化。新教材在“行星的運動”與“萬有引力定律”之間增加一節(jié)課文“太陽與行星間的引力”，旨在放緩萬有引力定律發(fā)現(xiàn)歷程的展現(xiàn)，為學生學習萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定更充分的知識基礎；“經(jīng)典力學的局限性”是共同必修模塊的最后一節(jié)課，在“萬有引力理論的成就”后面，用“經(jīng)典力學的局限性”來作為必修教材力學的結尾，是對學生所學經(jīng)典力學的一次總結。2. 對具體教材的分析（1）充分展現(xiàn)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的科學過程，發(fā)展科學思維能力。教科書在尊重歷史事實的前提下，通過一些邏輯思維的鋪墊，讓學生以自己現(xiàn)有的知識基礎處身于歷史的背景下，經(jīng)歷一次自己“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的過程。教科書的線索和思路如下：開普勒行星運動定律為萬有引力規(guī)律的發(fā)現(xiàn)做出了什么貢獻？開根據(jù)普勒行星運動第三定律和勻速圓周運動公式，可以推導出：太陽對行星的引力 。（ m為行星質(zhì)量、r為行星運動半徑 ）那么，行星對太陽的引力有什么規(guī)律？根據(jù)牛頓第三定律可以分析出：。（M為太陽質(zhì)量）太陽與行星之間的相互引力有什么規(guī)律？由于以上F和的大小是相等的，所以： 。星體間相互引力規(guī)律適用于地球上的物體嗎？ 牛頓進行了月地檢驗：說明天上和地下的物體都遵從以下相同的規(guī)律：，這就是萬有引力定律。公式中的G為引力常量。引力常量G的值等于多少？卡文迪許在實驗室測出了G的值，這使得萬有引力的定量計算成為可能，我們能據(jù)此計算出星體質(zhì)量2. 增進科學與生活、社會的聯(lián)系教科書在“STS”欄目“航天事業(yè)改變著人類生活”列舉了諸多事例：從氣象衛(wèi)星到天氣預報，從衛(wèi)星定位系統(tǒng)到自動導航的出租車，從地球資源衛(wèi)星到我國西部開發(fā)整體規(guī)劃，從軍用衛(wèi)星到現(xiàn)代防務，從失重現(xiàn)象到微重力實驗室，從太空輻射到太空育種，等等。它引導學生進行科學跟生活、跟社會聯(lián)系的思考，即使像“萬有引力定律”這種抽象、純理論的物理知識，也能體會到物理學就在我們的身邊。3. 注重科學文化、科學精神的熏陶新教材通過人類對行星運動規(guī)律認識的介紹，讓學生領略前輩科學家不屈不饒的探索精神和一絲不茍的科學態(tài)度，感悟到科學結論總是在頑強曲折的科學實踐中悄悄地來臨；通過對“黑洞”的介紹，開闊學生的視野，激勵學生對未知的探索；本章在各場合下引用了諸多名家的言論，開普勒、牛頓、愛因斯坦、霍金，馬克吐溫、蕭伯納、梁啟超等科學家、文豪、學者，他們在不同視角下所說出的經(jīng)典語句，道出了深刻的哲理，是體現(xiàn)情感、態(tài)度與價值觀目標的生動素材；本章的最后一節(jié)課，教材從高速、微觀、強引力三個方面陳述經(jīng)典力學的局限性，其中的重要目的，就是讓學生知道科學結論的普適性總是相對的，科學總是在探索更廣泛適用的理論中得到發(fā)展。第二部分：必修、必修教材的實驗分析和教學建議一、新教材實驗的編寫特點1. 統(tǒng)一的探究思路和多種實驗方案相結合關于物理實驗，特別是探究性實驗，課程標準只提出了需要探究的實驗項目，并沒有對實驗原理和方法作出規(guī)定。對此，新教材采取的編寫策略是“統(tǒng)一的探究思路和靈活多樣的實驗方案相結合”。對實驗的思路、數(shù)據(jù)處理的基本方法等內(nèi)容進行統(tǒng)一的陳述，并在可能的情況下，介紹幾種不同的實驗裝置和方法，供不同師生根據(jù)自己的條件選擇合適的實驗方案。這樣做，有利于使學生重視實驗的科學思想，有利于學生對實驗的理解，有利于學生根據(jù)多種案例的啟發(fā)創(chuàng)造性地設計自己的實驗方案，避免死記實驗裝置、步驟的條文。2. 有利于獨立思考、合作交流新教材改變了傳統(tǒng)教材圍繞“如何操作？會得出什么結論？”編寫實驗課題的風格，避免學生根據(jù)教材“按方抓藥”。新教材根據(jù)實驗的思路，邏輯性地提出一些問題，這種行文有利于啟發(fā)學生的科學思維，為學生學習過程中的獨立思考、合作交流創(chuàng)造條件。3. 不同欄目的要求不同新教材的物理實驗有四種不同的層次。（1）以實驗名稱作為課文“節(jié)標題”的實驗項目。這些實驗，大多數(shù)是課程標準所明確要求的實驗項目，整節(jié)課文圍繞著該實驗進行，是學生必須完成的。以實驗作為課文節(jié)的標題，物理、物理兩個模塊各有3個。（2）“演示”欄目和“實驗”欄目中的實驗這是課堂上需要做的實驗，物理、物理模塊各有6個。一般來說，“演示”欄目中的實驗以教師操作為主，“實驗”欄目中的實驗應創(chuàng)造條件讓學生操作。這些實驗是知識線索展開中的有機組成部分，相關知識結論形成，需要這些實驗的支撐。（3）“做一做”欄目中的實驗這些實驗，其主要功能是應用、拓展、體驗和聯(lián)系實際，物理、物理兩模塊中共有十幾個，它們不是必須做的（其排版字體的字號比“演示”、“實驗”欄目中的小），但讓學生動手做這些實驗對提高學生的基本素質(zhì)很有益。（4）“問題與練習”中的實驗這是練習題中實驗，題目不多，在老師布置下學生課外操作完成（也是小的字號）。物理、模塊中上述四種實驗列出如下：節(jié)標題以實驗項目作為節(jié)的標題實驗：用打點計時器測速度實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究功與物體速度變化的關系實驗：驗證機械能守恒定律探究平拋運動的規(guī)律演示和實驗真空中羽毛和金屬片的下落（演示）用打點計時器測重物自由落體加速度（實驗）桌面的微小形變（演示）水平桌面上木塊所受摩擦力大小隨拉力的變化（演示）探究求合力的方法（實驗）探究作用力與反作用力的關系（實驗）曲線運動速度的方向（演示）物體做曲線運動的條件（演示）運動的合成紅蠟塊的運動（演示）平拋物體的豎直分運動是什么運動？（實驗）*獲得平拋運動軌跡的參考案例（實驗）用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式（實驗）做一做設計、測量自行車的行駛速度和蚊香的燃燒速度、評估結果借助傳感器用計算機測速度用計算機繪制v-t圖象利用光電計時器研究自由下落物體的運動（用圖象尋找x和t的關系）用刻度尺測反應時間用懸掛法確定薄板的重心拆卸、安裝自行車的滾珠軸承用傳感器探究作用力與反作用力的關系利用數(shù)表軟件進行數(shù)據(jù)處理（功與速度變化的關系）觀察斜拋飛鏢速度的方向跟軌跡的關系感受向心力大小跟半徑的關系問題和習題自制模擬打點計時器（物理P27）用一把刻度尺測量鋼球沿桌邊飛出的速度（物理P44）根據(jù)自行車的傳動機構和腳踏板的周期，寫出自行車前進速度的表達式，計算前進速度，并跟實測的結果對比。（