新課標(biāo)高中物理教材

新課標(biāo)高中物理教材第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三在涉及很多粒子的物理現(xiàn)象中，例如大量液體分子對一個布朗粒子的碰撞，碰撞力的合力在隨時間變化，并不總等于統(tǒng)計平均值，這個現(xiàn)象叫做“漲落”。分子數(shù)量越少，漲落現(xiàn)象越明顯。各個物理量漲落的值可以應(yīng)用統(tǒng)計物理學(xué)的方法計算出來。布朗運動實際是分子對布朗粒子撞擊力的漲落引起的。教學(xué)中不必提到漲落的概念，但可以通過生活里的例子介紹漲落現(xiàn)象與統(tǒng)計對象數(shù)量多少的關(guān)系。例如，紅綠色盲在男性人群中的比例約為8%，這個數(shù)字是對巨大樣本測定的結(jié)果，相當(dāng)穩(wěn)定。但是，如果任取1000個男人，測量值就會有偏差，而取100個、10個男人進行測量，偏差就會很大。新課程十分重視統(tǒng)計的規(guī)律，教科書在這里第一次出現(xiàn)了統(tǒng)計的思想。教學(xué)中應(yīng)該足夠重視。為什么布朗顆粒越小,分子對它的撞擊就越不平衡？第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三初中學(xué)生對于溫度的認(rèn)識只是“物體的冷熱程度”，高中教科書則讓學(xué)生遵循一定的邏輯關(guān)系對溫度有些初步的科學(xué)認(rèn)識。這樣做的目的是養(yǎng)成學(xué)生理性思維的習(xí)慣，是落實情感態(tài)度價值觀的教育。教學(xué)思路如下。

一個系統(tǒng)各處的參量不再變化――平衡態(tài)↓兩個系統(tǒng)接觸時參量不再變化――熱平衡↓熱平衡的兩個物體具有某個共同性質(zhì)↓量度這個共同性質(zhì)的物理量定義為“溫度”↓溫度的數(shù)值表示方法叫做“溫標(biāo)”，建立溫標(biāo)要用到測溫物質(zhì)↓不同測溫物質(zhì)測出的溫度會有差別溫度的教學(xué)是沿著怎樣的思路展開的？第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三研究微觀世界的物理學(xué)已經(jīng)基本上不使用“力”的概念，而更多使用“能”和“勢”的概念，分子勢能的分析可以把學(xué)生能夠熟練運用的“力”的概念與需要強調(diào)的“能”和“勢”的概念聯(lián)系起來，因此本書對分子勢能做了較多的討論。這是出于科學(xué)方法教育的考慮。在“內(nèi)能”這一節(jié)的“思考與討論”中，編者連續(xù)設(shè)計了4個問題，學(xué)生依次完成之后就能對分子勢能與分子力的關(guān)系有些正確的認(rèn)識。這也是為了貫徹新課程的理念，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生通過獨立思考來主動地獲取知識。這種學(xué)習(xí)形式有助于學(xué)生形成終身學(xué)習(xí)的能力。加強分子勢能的討論還有一個考慮：功和能的問題是高中物理的重中之重，學(xué)習(xí)分子勢能時做些討論，是在新的情境中應(yīng)用舊的知識，也是一次復(fù)習(xí)。所以，在這段內(nèi)容的教學(xué)過程中，既要想到分子勢能在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用，也要想到對原有基礎(chǔ)知識的深化和鞏固。分子勢能的討論比過去深入,這是出于什么考慮？第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三

氣體實驗定律和牛頓運動定律、歐姆定律等實驗定律不同，它的應(yīng)用面較小，不影響物理學(xué)的全局，所用的方法也不具有典型意義。因此，在近年的高中物理課程中，氣體實驗定律的內(nèi)容越來越少?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》的要求是“通過實驗，了解氣體實驗定律”，是比較低的要求。玻意耳定律、查理定律、蓋－呂薩克定律等都屬于氣體實驗定律，按照課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，學(xué)過了這幾個定律，也算是對氣體實驗定律有所了解了。至于氣體的狀態(tài)方程，它是實驗定律的直接推論，廣義來講也是實驗定律，所以教科書也做了介紹。有了這個公式，定律的應(yīng)用更方便些，但應(yīng)該時刻想到課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，不要再做擴展。在2007年秋季再版的教科書中刪去了p-V圖、V-T圖、p-T圖之間的轉(zhuǎn)換，目的也是減輕氣體定律在書中所占的比重。至于等溫、等容、等壓過程的圖象，由于可以提高用圖象交流信息的能力，與全書的編寫思想一致，再版書中還是保留了。對于氣體實驗定律和狀態(tài)方程要求的程度，編者是怎樣設(shè)定的？第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三這節(jié)課按照以下三個層次，比前面更深入地介紹了統(tǒng)計規(guī)律。第一，通過投擲4枚硬幣的實驗，讓學(xué)生對統(tǒng)計規(guī)律有一般性的初步了解，這個層次不涉及物理學(xué)的問題。第二，介紹氣體分子運動的特點，這是討論的基礎(chǔ)。這里分別通過圖象和表格給出不同溫度時氧氣分子的平均速率。這個層次是理解氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律的關(guān)鍵。第三，用統(tǒng)計的觀點分析氣體實驗定律。先認(rèn)識壓強的統(tǒng)計意義，然后對三個實驗定律做出定性的微觀解釋。這個層次是統(tǒng)計思想的應(yīng)用?！皻怏w熱現(xiàn)象的微觀意義”一節(jié)是按照什么思路展開的？第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三從歷史上看，自18世紀(jì)末到19世紀(jì)中，能量和能量守恒的思想是逐漸清晰起來的。教科書列舉了這一時期各個領(lǐng)域的科學(xué)家的貢獻，并特別指出了焦耳實驗的定量結(jié)果和熱力學(xué)第一定律的建立對能量守恒定律的決定性作用。一句話，熱力學(xué)第一定律推動了人們對能量守恒規(guī)律的認(rèn)識。在教學(xué)實踐中有一種流行的做法，也許是無意識的，即把熱力學(xué)第一定律當(dāng)做能量守恒定律的特例講給學(xué)生。對于當(dāng)代人，能量守恒定律在學(xué)生進入高中之前就已深入人心，這種思路接受起來十分自然。從掌握結(jié)論的角度來看，這種教法未必沒有可取之處。但新課程要求表現(xiàn)科學(xué)的過程，所以在新教科書中熱力學(xué)第一定律比過去突出一些，同時介紹了能量守恒定律出現(xiàn)的歷史背景。過去人們常以嘰笑的口吻談?wù)撚绖訖C和它們的設(shè)計者，這是不公平的。第一，以較少的投入換取較多的產(chǎn)出，這是人類有史以來的不斷追求，正是追求新生活的美好愿望推動了人類文明的發(fā)展；第二，永動機設(shè)計者的無數(shù)次失敗使人們在更深層次考慮問題，促進了能量守恒定律的建立。因此，教科書對永動機及其設(shè)計者的歷史地位做出了公允的評論。怎樣處理熱力學(xué)第一定律跟能量守恒定律關(guān)系的？第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三課程標(biāo)準(zhǔn)對熱力學(xué)第二定律的要求是：“通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律”。按照這個要求，可以只學(xué)它的兩種表述，不學(xué)它的微觀解釋。教科書為什么給出了微觀解釋？這出于兩方面的考慮。一方面，統(tǒng)計的思想和統(tǒng)計規(guī)律在現(xiàn)代社會生活中的作用越來越重要，新課程加強了統(tǒng)計思想的教學(xué)，不僅物理課程是這樣，數(shù)學(xué)課程也是這樣。介紹微觀解釋可以加強統(tǒng)計思想的教學(xué)。另一方面，也是更重要的，課程標(biāo)準(zhǔn)對熵的概念有所要求：“初步了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量”。這就要向?qū)W生交待一下，憑什么來判斷系統(tǒng)的“無序程度”，于是就涉及宏觀態(tài)與微觀態(tài)的關(guān)系：某系統(tǒng)一個宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)若比另一宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)的個數(shù)多，我們說前一個宏觀態(tài)的無序程度較高。為什么要對熱力學(xué)第二定律做出微觀解釋？

第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三

按照以下思路進行微觀解釋的教學(xué)會比較順暢。

宏觀態(tài)和微觀態(tài)

↓

與較多數(shù)量的微觀態(tài)對應(yīng)的宏觀態(tài)，有序程度較低↓什么叫“有序”各種微觀態(tài)出現(xiàn)的概率是相同的↓↓有序是相對的與較多微觀態(tài)對應(yīng)的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率較大↘↙有序程度較低的宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率較大↓熱力學(xué)第二定律第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期三課程標(biāo)準(zhǔn)對熵的要求是“初步了解”，這是最低的要求。編者認(rèn)為，應(yīng)該初步了解這樣幾點：①某宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)越多，它的熵越大；②某宏觀態(tài)的熵越大，它的無序程度越高；③一個與外界沒有能量和物質(zhì)交換的系統(tǒng)，它的熵總是越來越大