1、普通高中课程标准实验教科书普通高中课程标准实验教科书物理物理 必修必修2 2（教科版）（教科版）教材分析与教学建议教材分析与教学建议刘炳昇刘炳昇一、必修一、必修2 2教材结构分析教材结构分析必修结构必修结构n必修必修1n必修必修2n小结小结 运动的描述运动的描述匀变速直线运动的规律匀变速直线运动的规律力力力与运动的关系力与运动的关系曲线运动曲线运动万有引力定律万有引力定律机械能和能源机械能和能源经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性必修必修2教材的章节结构教材的章节结构n第一章 抛体运动n第二章 匀速圆周运动n第三章 万有引力定律n第四章 机械能和能源n第五章 经典力学的成就与局限性n不
2、同于有的教材把抛体运动与圆周运动合为一章；有的教材把机械能放在最前一章；有的教材把经典力学的成就和局限性放在机械能的前面，万有引力之后。我们的想法我们的想法 1.抛体运动与圆周运动同属于曲线运动，但从加速度来分类，它们是两种不同的运动，分为两章更有利于理解和教学。2.抛体运动和圆周运动是必修1中直线运动的自然延伸和运动定律的拓展应用，逻辑联系紧密，学生理解比较顺畅。况且学生学过力的合成和分解，紧接着学习抛体运动，有利于矢量运算方法的迁移。3.如果把机械能放在前面或插在中间，从内在逻辑和学生思维角度看都显得生硬。我们的想法我们的想法 4.学过了直线运动、曲线运动，再学习机械能，对于丰富和深化对机
3、械能的理解是有益的，也有利于领会应用机械能解决问题的意义。5.经典力学的成就和局限性作为必修1和必修2模块全部内容的总结，放在最后一章是比较合适的。教材结构设计的思想教材结构设计的思想n教材结构的设计应当综合考虑学科逻辑、学生认知、学生情感这三个因素，体现学科、学生认知和心理发展的统一。n考虑但不过于强调学科结构逻辑的严密性。n关注学生的心理特点、认知水平和思维方式，促进学生的发展。单元结构及微观呈现模式的讨论单元结构及微观呈现模式的讨论n学生对教材宏观结构的认识开始时是比较粗略的，学到一定的时候再回过头来看自己学过的知识，如同爬山到了山顶俯视全景，就会清晰得多。n对于微观知识学生会感觉比较实
4、在，但却容易“井底观天”，看不清微观知识之间的联系。n因此，教材中观的单元结构的设计更为重要，它指导教师帮助学生不断地扩展和深化认知建构的量和质的水平。关于匀速圆周运动单元结构的讨论关于匀速圆周运动单元结构的讨论n匀速圆周运动的概念和规律占有重要的基础性地位，是教学的重点也是难点。n常规的研究思路是：运动的描述运动的规律运动变化的原因力和运动的关系。n即，匀速圆周运动的速度（角速度）向心加速度向心力向心力与向心加速度的关系。从必修从必修1到必修到必修2研究思路可能的变化研究思路可能的变化n必修1中运动类型局限于直线运动，研究的思路是先研究运动学问题再研究动力学问题。n但不意味对其他类型的运动都
5、要按常规思路（例如对振动问题的思路就与其相反），必修1所学知识已经为下面思路的变化提供了准备，创造了可能性。看一看看一看“平抛运动平抛运动”的研究思的研究思路路n观察思考：猜想平抛运动的特点。n实验探究：验证猜想。n理论探究：为什么可以做这样的分解？n建立水平和竖直方向上的运动方程。可以看出，在对平抛运动规律研究时，介入了动力学规律的思考和应用。对匀速圆周运动结构设计的思考对匀速圆周运动结构设计的思考n如果先建立向心加速度的概念，学生缺少实践经验的感受，也很难用实验的方法来研究。n对于向心加速度的理论探究，回避不了矢量方向变化中的极限问题，从而加大了学习的抽象程度和理解难度，这对大多数学生，不
6、是一个好的决策。教科版教材的一些做法教科版教材的一些做法n采用先向心力再向心加速度的结构。n对向心力，学生容易获得直观感受，也比较容易用实验的方法进行定性或半定量的探究，在此基础上陈述向心力的表达式及其意义。n然后，从牛顿第二定律出发，建立向心加速度的概念和推导向心加速度的公式。n对部分理科思维水平较高的学生可以通过“发展空间”自学向心加速度的理论推导过程。二、关于实施探究教学的建议二、关于实施探究教学的建议关注多种教学方式的有机结合！【案例】曲线运动 1.通过观察和回忆，了解什么是曲线运动，知道曲线运动是十分常见的运动形式。（可以让学生举例）（a）汽车在环形立交桥上的运动（b）过山车的运动（
7、c）飞机的飞行表演图1-1-2形形色色的曲线运动【案例】曲线运动 2.实验探究：曲线运动的速度方向。n可以用软塑料管替代。【案例】曲线运动 3.理论探究：从割线到切线的变化过程的分析。4.实验探究：曲线运动的条件。n根据牛顿第二定律和教材旁批的提示问题做出猜想，再进行实验。【案例】曲线运动n结论得出后，就两个实例进行交流和讨论。【案例】平抛运动的实验探究n前面已经介绍了平抛运动探究的整体思路，这里再介绍一下其中的实验探究部分。1.准备：通过观察讨论提出猜想；2.观察平抛竖落的实验：在同一高度，不同的路径，但同时落地；改变平抛速度，仍然同时落地；改变高度，仍同时落地。【案例】平抛运动的实验探究n
8、结论：平抛物体运动，在竖直方向上与自由落体运动有相同的规律，可视为自由落体运动。3.观察频闪照片，n讨论：照片为我们提供了哪些信息？水平方向和竖直方向上做什么运动？【案例】平抛运动的实验探究 4.用理论的方法得出平抛运动规律。5.学生（分组）实验：研究平抛运动。不是用这个实验得出规律，而是用实验的方法描出运动轨迹，验证规律和应用规律，求平抛的初速度。案例评析n案例的设计贯穿科学探究和认知建构的思想，力求突出本质特征，而不在意探究的形式，也没有千篇一律的程序。n关注外在活动（观察实验）与内在活动（思考与理论分析）的结合，以交流和讨论为结合点。n重视实验，提供动手、动脑的机会，各类、各层次实验结合
9、。n关注过程设计的结构性思考。【案例】探究匀速圆周运动的向心力n设计思想：从感性到理性；从定性到定量，关注对概念规律的理解和对有关概念的认识误区。1.活动：感受向心力。采用在水平桌面上的定性实验，避免对以后学习圆锥摆模型造成的干扰。为学习向心力的概念提供感性认识。【案例】探究匀速圆周运动的向心力 2.通过对月球绕地球运动和旋转秋千图片的观察，交流讨论可能是什么力使物体做匀速圆周运动。从而使学生认识：n使物体做匀速圆周运动的力不可能沿切线方向；不改变速度大小；只能是指向圆心。n这个力可能由弹力提供，也可能由其他性质的力提供；可以是一个力也可以是几个力的合力提供。n这个指向圆心的合力就叫做向心力。
10、【案例】探究匀速圆周运动的向心力 3.实验探究：探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系。n教材上采用厂制仪器的演示实验，观察：n保持角速度和半径相同，探究向心力与质量的关系；n保持质量和半径相同，探究向心力与角速度的关系；n保持角速度和质量相同，探究向心力与半径的关系；【案例】探究匀速圆周运动的向心力n该实验装置可用厂制学生实验仪器，改为学生实验。n也可以用手摇转盘的自制教具做定性的演示。橡皮筋m1m2转盘【案例】探究匀速圆周运动的向心力 4.陈述说明，精确实验所得到的结论和向心力大小的两种表达式。5.交流与讨论：两种表达式中，一式中向心力大小与半径成正比，而另一式中向心力大小却与半径
11、成反比，它们相互矛盾吗？几个实验的说明 1.活动：探究位移合成的规律（P6）几个实验的说明n这个实验对学生来说，简易可行，只要一支笔、一把尺、一张纸即可，通常画出的轨迹是不规则的，但连接曲线首尾得到笔尖走过的位移，与两个分位移比较，可以得到它们的关系，即遵循矢量合成的定则。有利于区分路径与位移的概念，结论具有普遍性。几个实验的说明 2.活动：研究合外力做功与动能变化的关系（P69）n动能定理并不是实验得来的规律，它是应用功的概念和牛顿第二定律得到的推论，因此教材中把实验置于验证的地位。n这个活动也不要求重做实验，而是利用牛顿第二定律实验得到的打点纸带，对其进行数据处理和分析，从而得到与理论推导
12、一致的关系式。这样的安排更符合科学发现的多样性和教学的效率要求。几个实验的说明 3.学生实验（分组）：验证机械能守恒定律n机械能守恒定律是力学中的一条重要规律，由于对学生难以做出较严格的理论推导，因此安排实验验证是必要的。n实验采用自由落体打点纸带进行数据分析，由于在必修1中没有做过自由落体运动的学生实验，因此这里要求做实验。图4-5-6几个实验的说明n在对纸带处理中，没有要求以静止点为原点，只要求在纸带点迹清晰的部分，沿下落方向依次取若干个连续的点，标为0、1、2、3、4等。n用“平均速度为中点时刻瞬时速度”的方法求出各点的瞬时速度和对应的动能。n由学生任选某一点为计算重力势能的参考点，量出
13、各点至参考点的距离（注意取值正负），再算出对应的重力势能。n再验证是否符合机械能守恒定律，并讨论误差的来源。对“验证机械能守恒定律实验”的案例评析n该实验分组进行（2人一组）。n实验给学生较多的自主权，各组的实验会不一样（所选的0点和参考点不同）。n不必要考虑选纸带的静止点到其后一点距离要求。n通过自主处理数据和汇报交流，学生对实验与理论的理解会更深刻。三、关于科学思想与人文精神的渗透挖掘物理学原本存在的教育因素关注三维目标的有机融合（一）万有引力的案例（一）万有引力的案例万有引力定律建立的伟大意义n17世纪后期，牛顿等建立了万有引力定律，它使人们第一次用统一的理论来认识神秘的天上运动和地上运
14、动。它不仅在当时的科学研究和技术创新中发挥着基础理论的指导作用，也为人类实现飞出地球的梦想指出了方向。n联系到此前发生的围绕宇宙图景的近代科学革命，后人看到了科学对人类精神文明发展的巨大贡献。n因此万有引力这一章的意义远比了解一些知识更重要。传统教材的不足n但是，我们却没有感受到这一章的重要，虽然我们很佩服牛顿，他是伟大的天才，但好象万有引力定律也只是复杂的数学推导的结果。n因为我们把目标定位在定律本身上了。n而看不到牛顿的智力苦斗，看不到他的创造性思维的过程。教科版“万有引力定律”的编写意图n分为四节：天体运动；万有引力定律；万有引力定律的应用；人造卫星，宇宙速度。跨越了从古代到现代的历史进
15、程，反映了探究的历程及其对人类社会发展的影响。n第二节，分为三部分：与引力有关的思考；万有引力定律；引力常量。n首先讨论了万有引力是怎样被提出来的，再揭示了定律推导的思路和定律本身的内容，然后介绍定律的直接实验验证和引力常量的意义。这对于物理科学发现是不可缺少的基本环节。万有引力定律发现的三个阶段n思想孕育阶段：万有引力的提出。n定律推演阶段；万有引力定律的推导n事实与实验验证阶段。n下面是“与引力有关现象的思考”教学的分析与建议。万有引力的提出，序n对行星运动问题了解得比较清楚之后，人们更深入地思考是什么原因使行星绕着太阳运转？n在开普勒时代有些人对此的回答是：小天使在后面拍打翅膀，推动着行
16、星沿轨道飞行。n而牛顿为代表的一些科学家则意识到太阳可能是支配行星运动的那些力的渊源。创造性思考的开端n牛顿22岁在剑桥大学取得学士学位后，由于瘟疫流行，回到了自家的农场。n在此后的18个月中，牛顿经过不断地思考和论证，奠定了万有引力理论的基础。牛顿在思考过程中得到的认识n苹果下落和月球围绕地球旋转都来自于同一种力，那就是地球的引力；n这种引力不只存在于地球和月球之间，还存在于太阳系中太阳与各行星之间以及行星与卫星之间；n这种引力不只限于天体，还存在于地球上的一切物体之间；n推而广之，宇宙间的每一对物体之间都存在这种引力的作用。讨论交流讨论交流 n对于上述万有引力的概念，你有什么困惑和看法？n
17、苹果下落，为什么月球不落下？n月球绕地旋转，苹果也能绕地旋转吗？n为什么我们没有察觉地球上物体之间有引力？苹果与月球有共同之处吗？n牛顿对行星运动的研究工作首先是从研究月球轨道开始的。n苹果和月球除了两者大致都是圆的以外，可能再也找不出它们的共同点，牛顿却看到了它们的相同之处。n牛顿认为苹果在往下掉，月球也在往下掉，你同意这种看法吗？思考与交流思考与交流月球为什么不会飞出去？月球为什么不会飞出去？下落苹果 地球的引力 谁说月球没有下落？n如上图所示，当一个苹果落向地面时，它必定受到地球对它的拉力作用，苹果的速度和加速度的方向以及地球的引力方向，都指向地心。n月球是绕地球做圆周运动的，它的速度方
18、向环绕地球而不是指向地心。由牛顿第一定律，如果月球没有受到任何力的作用，它就保持匀速直线运动，也就是说，月球将会飞出地球（图中由A向B运动）。谁说月球没有下落？n而实际上月球却是沿圆周运动到C点。使月球偏离直线运动，必须有一个指向地心的力作用于它，牛顿假设这个力与拉苹果向下的力的来源相同，就是地球的引力。n名人名言：当每个人都认为月亮不往下掉的时候，只有牛顿这样的人才看到月亮正在往下掉。瓦莱里（1871-1945，法国诗人和哲学家）说明 n实际上，牛顿还从另一角度思考了引力的问题：n苹果也可以不落向地面吗？牛顿的又一论证n如果我们水平地抛出一个物体，如果我们水平地抛出一个物体，由于受地球引力的
19、作用，它将沿由于受地球引力的作用，它将沿弯曲的路径落向地面。弯曲的路径落向地面。n如果抛出的速度越大，则它绕过如果抛出的速度越大，则它绕过地球表面的落点越远。可以想象，地球表面的落点越远。可以想象，抛出的速度大到一定程度，物体抛出的速度大到一定程度，物体就会进入地球轨道而不落下。就会进入地球轨道而不落下。n正是由于这样的原因，月球虽受正是由于这样的原因，月球虽受地球的引力而不落到地球上。地球的引力而不落到地球上。从苹果、月球与地球到天体的推广n牛顿还作出了更具有普遍性的思考。n正像月球绕着地球转动一样，行星绕着太阳转动，太阳对每一个行星都有引力的作用。n根据牛顿第三定律，每一个行星也对太阳产生
20、引力的作用。任意两个天体之间都有引力的作用。进一步的推广n引力不只限于天体之间。地球上的任意两个物体之间也存在引力的作用，不过物体之间的引力很小罢了，使你感觉不到这个力的存在。n因此牛顿指出，引力是普遍（万有）存在的力每个物体都吸引任何其他的物体。n这就是牛顿引力理论的中心思想。万有引力定律部分的分析n前面主要介绍了牛顿对引力问题的思考，在这一段的开头，引伸介绍了其他科学家的贡献和牛顿的独特工作。n教材中数学推导的过程不是牛顿的推导过程，他应用微积分的方法解决了椭圆轨道下的表达式。教材从高中学生的水平出发，简化了推导过程。n最后指出定律是几代科学家长期探索、研究的结果，牛顿是一个集大成者。正确
21、地评价了科学家个人的作用。名人名言n在地球上摘朵花，你就移动了最远的星球！狄拉克 想象，太奇妙了！想象，太奇妙了！（二）“万有引力”案例评析天才的智力苦斗n不要认为万有引力定律只是数学天才的逻辑演绎结果。正如爱因斯坦所言：n“只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”n“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象（力）概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象（力）是科学研究中的实在因素。”对本案例的评析n如何利用物理学史的宝贵资源？n借鉴历史，但不是简单陈述历史事实。n把学生带进历史的探究中去。n在过程中理解知识。n在过程中领悟方法和培养能
22、力。n把历史和现代的发展联系起来。四、关注面向全体学生和照顾不同学生的个性特长注意层次区别n教材分必学和选学两部分，如斜抛运动、圆周运动与人类文明、了解相对论、初识量子论都是选学要求。n教材中的练习和习题，分为：“练习与评价”，多为节后的概念辨析、定律的理解以及基本应用练习；章后的“习题”，比前者稍有提高，以及章内的基本综合应用题；“发展空间”，除了某些知识的拓展和加深，还有一些研究性的课题和要求适当提高的习题。“发展空间”不是对全体学生的要求。注意控制面向全体学生的深度要求n例如，斜抛运动，知道用合成和分解的方法，但不要求讨论斜抛的轨道方程。n知道弹性势能及与那些因素有关，不要求推导弹性势能的公式。n知道向心加速度，但不要求用极限的方法推导其公式。n有的是在过程中提高的，不要一次到位。向一定特长的学生推荐适合的课题向一定特长的学生推荐适合的课题n估测太阳的密度，可推荐给喜欢实验和有一定思维能力的学生。n估测人在水平路面上行走时克服重力做功的功率，估测上抛石块所做的功，可对喜欢实验的学生。n鼓励网上查阅资料，如军事题材、航天题材、永动机题材等，以小论文的形式进行整理、交流。谢谢各位！谢谢各位！
