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新课标高中物理必修教材分析 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 人民教育出版社 课程教材研究所 物 理 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心 编著 张颖 物理必修模块 第五章 曲线运动 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 新旧教材内容不同处理的对比分析 教材内容框架结构的设计 第五章 曲线运动 1 曲线运动 2 运动的合成和分解 3 探究平抛运动的规律 4 抛体运动的规律 5 圆周运动 6 向心加速度 7 向心力 8 生活中的向心力 第五章 曲线运动 一、曲线运动 二、运动的合成和分解 三、平抛物体的运动 四、匀速圆周运动 五、向心力 向心加速度 六、匀速圆周运动的实例分析 七、离心现象及其应用 实验：研究平抛物体的运动 新原 新教材大体继承了原教材“曲线运动运动的合成和分解平抛运动匀 速圆周运动”的知识线索 关于平抛运动的学生实验，原教材基本上属于测定性实验，测定平抛运动 的初速度；新教材把该实验改为探究性实验，第、两节课文分别从实验和 理论两个方面探究平抛运动的规律。 关于匀速圆周运动，原教材是先学习向心力，再学习向心加速度；新教材 是先学习向心加速度，再学习向心力。 第五章教材框架结构的设计 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 实验:研究 平抛运动 曲 线 运 动 圆周运动 向心力 抛体运动 的规律 生 活 中 的 圆 周 运 动 向心加速度 质点在 平面内 的运动 对传统教学段落充实、优化必要的过程 传统的教学过程： 列举旋转砂轮上的火星、旋转雨伞上的水滴沿圆周切线飞出的事例 得出结论：做曲线运动的质点经过某位置的速度方向，在曲线过这 点的切线方向上。 讲解有关例题，布置有关习题。 曲线运动的速度方向 改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题： 怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？ 实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运 动某点的速度方向跟曲线相切。 A B 水平桌面上有一曲线轨道，它是由几段稍 短的轨道组合而成的。钢珠由轨道的一端滚入 ，在轨道的束缚下按轨道的形状做曲线运动。 在轨道的出口A 处放一张白纸，蘸有墨水的钢 珠离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹， 它记录了钢珠在A 点的运动方向。 取去一段短轨道，钢珠的轨道出口改在图 中B 处，在B 处放一张白纸，记录钢珠在轨道B 点的运动方向。还可以继续取其它位置作为轨 道出口进行相同的实验。 分析钢珠运动轨迹跟曲线的关系。 改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题： 怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？ 实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运 动某点的速度方向跟曲线相切。 简单的理论分析：渗透极限的思想。由平均速度过渡到瞬时速度。 A B 改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题： 怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？ 实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运 动某点的速度方向跟曲线相切。 简单的理论分析：渗透极限的思想。由平均速度过渡到瞬时速度。 得出结论：做曲线运动的质点经过某位置的速度方向，在曲线过这 点的切线方向上。 体验：做一个显示抛体运动速度方向的“飞镖”。 (1)观察在空中速度方向的变化； (2)观察飞镖插入泥土时的入射角。 改进的教学过程： 观察砂轮上的火星、链球运动员投掷链球的照片。提出问题： 怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？ 实验：通过钢球在具有任意曲线形状的导轨内的运动，说明曲线运 动某点的速度方向跟曲线相切。 简单的理论分析：渗透极限的思想。由平均速度过渡到瞬时速度。 得出结论：做曲线运动的质点经过某位置的速度方向，在曲线过这 点的切线方向上。 体验：“做一做”做一个显示抛体运动速度方向的“飞镖”。 (1)观察在空中速度方向的变化； (2)观察飞镖插入泥土时的入射角。 第五章教材框架结构的设计 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 实验:研究 平抛运动 曲 线 运 动 圆周运动 向心力 抛体运动 的规律 生 活 中 的 圆 周 运 动 向心加速度 质点在 平面内 的运动 抛体运动科学方法 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 例：抛体运动 原来的教学大纲对抛体运动的要求是“平抛运动（ B）”，这是一个干巴巴的知识点；课程标准的要求 则是“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动” ，其中的“分析”、“用方法”体现了对于过 程与方法的要求。 按照课程标准的精神，新教科书在抛体运动的教 学中，展示了质点在平面内运动时解决问题的规范 化的方法，教学层次如下。 （1）以红蜡块的运动为例，按下面的步骤介绍普遍性的方法。 坐标与时间的关系：x = vxt，y = vyt 轨迹：消去t，得到y=(vx / vy)x 速度的大小和方向 红蜡块问题是由分速度求合速度及轨迹；接下来的是下面的例题， 要由速度求它在互相垂直的两个方向上的分速度。 让学生悟出一个道理：物体在平面上的运动可以在相互垂直的方向 上分别研究（或者相反） 水平方向：力F = 0，初速度v0 = v，由 此可以得到抛体在x方向的位移 x = vt。 竖直方向：力F =重力，加速度= g，初速 度v0 = 0，所以抛体在y方向的位移是 y =(1/2)gt2。 有了x、y两个方向的坐标与时间的关系之 后，仿照红蜡块问题的程序，可以得出抛 体轨迹的表达式及速度的大小、速度的方 向。 （1）以红蜡块的运动为例，按下面的步骤介绍普遍性的方法。 （2）把这个道理应用于平抛运动 （1）以红蜡块的运动为例，按下面的步骤介绍普遍性的方法。 （2）把这个道理应用于平抛运动 （3）如果抛出时的速度不沿水平方向，那么 （1）以红蜡块的运动为例，按下面的步骤介绍普遍性的方法。 （2）把这个道理应用于平抛运动 （3）如果抛出时的速度不沿水平方向，那么 抛体运动科学方法 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 解决这类问题的一般方法 分析抛体在x、 y两个方向上的受力 列出抛体在x、 y两个方向上的运动方程 确定抛体的位置与时间的关系 得到抛体在x y平面中的运动轨迹（消去t） 求出抛体速度的大小和方向 得到的是解决抛体 运动（质点在二维 竖直平面内运动） 的一般性方法。 实验：研究抛体运动 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 科学探究过程的设计要符合学生的认知规律 某节平抛运动规律的实验探究观摩课片断： 把两个小球同时从两个圆弧槽上相同高度滚下，同 时从圆弧下端水平离开圆弧，一个作平抛运动，另一 个在它的正下方水平轨道上作匀速直线运动。发现两 球恰好在水平轨道上相碰。 由此可知：平抛运动在水平方向上是匀速运动。 事先怎么知道它们会在水平轨道上相碰？事先怎么知道它们会在水平轨道上相碰？ 改进的平抛运动规律的实验探究方案： 平抛运动的速度越大，水平位移越大，是不是平抛的速度越大，物 体在空中运动的时间就越长？ 从同一高度以不同速度水平抛出两个物体，发现同时落地 把速度较小的物体改为做自由落体运动，也和平抛物体同时落地， 说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 改进的平抛运动规律的实验探究方案： 平抛运动的速度越大，水平位移越大，是不是平抛的速度越大，物 体在空中运动的时间就越长？ 从同一高度以不同速度水平抛出两个物体，发现同时落地 把速度较小的物体改为做自由落体运动，也和平抛物体同时落地， 说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 设法描绘出某一平抛运动的轨迹 改进的平抛运动规律的实验探究方案： 平抛运动的速度越大，水平位移越大，是不是平抛的速度越大，物 体在空中运动的时间就越长？ 从同一高度以不同速度水平抛出两个物体，发现同时落地 把速度较小的物体改为做自由落体运动，也和平抛物体同时落地， 说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 设法描绘出某一平抛运动的轨迹 根据竖直方向上的自由落体，由运动轨迹分析平抛运动物体水平方 向上的运动特征 改进的平抛运动规律的实验探究方案： 平抛运动的速度越大，水平位移越大，是不是平抛的速度越大，物 体在空中运动的时间就越长？ 从同一高度以不同速度水平抛出两个物体，发现同时落地 把速度较小的物体改为做自由落体运动，也和平抛物体同时落地， 说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 设法描绘出某一平抛运动的轨迹 根据竖直方向上的自由落体，由运动轨迹分析平抛运动物体水平方 向上的运动特征 第五章教材框架结构的设计 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 实验:研究 平抛运动 曲 线 运 动 圆周运动 向心力 抛体运动 的规律 生 活 中 的 圆 周 运 动 向心加速度 质点在 平面内 的运动 传统教学： 分析做匀速圆周运动的物体受到向心力作用 实验得出：向心力的大小跟m、r、都有关系 “可以证明”，向心力的大小等于Fmr2 从力要产生加速度导出向心加速度意义和公式 阅读材料：向心加速度公式的推导 做一做：感受向心力（m、r、 大，则F 大） 实验装置比较复杂，难 以作为学生实验； 力的大小的呈现比较间 接，不易形成直观认识。 学生没有经 历这个过程 学生只有动力学的 向心加速度概念，对 “加速度”运动学含义 没有认识。 推导的基础不 牢，作为阅读材料 ，难以落实 起到一定的 弥补作用。 新教科书（人教版）： 通过加速度概念和平行四边形定则， 明确“速度变化量”概念（物理） 向心加速度难点在于v， 正确认识圆周运动的v至此 已经有了相当基础，这里又作 了进一步强化 还可以把v2变为 和v1的方向相反 来分析 返回原页 新教科书（人教版）： 用一定的篇幅，设立小标题，进一步 明确“速度变化量”概念 通过五个步骤说明t很小时匀速圆周运 动的v指向圆心，引入向心加速度 向心加速度难点在于v， 正确认识圆周运动的v至此 已经有了相当基础，这里又作 了进一步强化 把对v方向的分析分为五步 骤，减小台阶，降低坡度 1.分别作出质点在A、B两点的速度矢量（长度一样）。 2.将vA的起点移到B，并保持vA的长度和方向不变。 3. 以vA的箭头端为起点， vB的箭头端为终点作矢量v。 4. v/t 是质点由A到B的平均加速度， v 的方向就是加速 度的方向。 5. 当t 很小很小时，AB非常接近，等腰三角形的底角接近直 角，v 的方向跟vA（或vB）的方向垂直。即指向圆心。 新教科书（人教版）： 用一定的篇幅，设立小标题，进一步 明确“速度变化量”概念 通过五个步骤说明t很小时匀速圆周运 动的v指向圆心，引入向心加速度 给出向心加速度公式，在“做一做” 中让学生尝试自己进行推导 通过实例引入向心力概念，通过牛顿 第二定律推导向心力公式 用圆锥摆粗略验证向心力公式 向心加速度难点在于v， 正确认识圆周运动的v至此 已经有了相当基础，这里又作 了进一步强化 把对v方向的分析分为五步 骤，减小台阶，降低坡度 v 问题解决了，推导只是 数学问题，放在“做一做”中， 兼顾学生的差异性 至此，学生获得的是完整的 向心加速度概念 装置简单,能当学生实验； 也是一个应用知识的实例 新教科书（人教版）： 用一定的篇幅，设立小标题，进一步 明确“速度变化量”概念 通过五个步骤说明t很小时匀速圆周运 动的v指向圆心，引入向心加速度 给出向心加速度公式，在“做一做” 中让学生尝试自己进行推导 通过实例引入向心力概念，通过牛顿 第二定律推导向心力公式 用圆锥摆粗略验证向心力公式 做一做：体验在v 相同、 相同两种情 况下F 与r的关系 向心加速度难点在于v， 正确认识圆周运动的v至此 已经有了相当基础，这里又作 了进一步强化 把对v方向的分析分为五步 骤，减小台阶，降低坡度 v 问题解决了，推导只是 数学问题，放在“做一做”中， 兼顾学生的差异性 至此，学生获得的是完整的 向心加速度概念 装置简单,能当学生实验； 也是一个应用知识的实例 通过体验来认识r和F的定量 关系，强化实践意识。 通过“体验性实验”增强实践意识 该实验的主要目的是该实验的主要目的是 建立建立“相同相同”、“v“v 相同相同”的实践形象。的实践形象。 强化实践意识。强化实践意识。 第六章 万有引力与航天 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 新旧教材内容不同处理的对比分析 教材内容框架结构的设计 第六章 万有引力与航天 1 行星的运动 2 太阳与行星间的引力 3 万有引力定律 4 万有引力理论的成就 5 宇宙航行 6 经典力学的局限性 第六章 万有引力定律 一、行星的运动 二、万有引力定律 三、引力常量的测定 四、万有引力定律在天文学上的应用 五、人造卫星 宇宙速度 六、行星、恒星、星系和宇宙 新原 新教材新教材大体继承了原教材的知识线索，在关于“万有引力与 航天”方面的知识要求没有大的变化。 新教材在“行星的运动”与“万有引力定律”之间增加一节课文“ 太阳与行星间的引力”，旨在放缓万有引力定律发现历程的展现，为学生 学习万有引力定律的发现奠定更充分的知识基础； “经典力学的局限性”是共同必修模块的最后一节课，在“万有引 力理论的成就”后面，用“经典力学的局限性”来作为必修教材力学的结 尾，是对学生所学经典力学的一次总结。 第六章教材框架结构的设计 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 太阳与行星 间的引力 行 星 的 运 动 万有引力理 论的成就 万有引力定律 经 典 力 学 的 局 限 性 宇宙航行 29.46 9.539 土 星 11.86 5.20 木 星 1.88 1.524 火 星 1.000 1.000 地 球 0.615 O.723 金 星 0.24 O.387 水 星 T a a3 T2 0.058 0.058 0.378 0.378 1.000 1.000 3.54 3.54 140.61 140.66 867.93 867.89 k= a 3 T 2 T 2 a 3= 开普勒第三定律 万有引力定律的建立 科学过程与方法及情感体验 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 教科书书的线线索是这样这样 的： 神奇的行星运动（行星的逆行），第谷的观测数据 开普勒行星运动定律 太阳对行星的引力 行星对太阳的引力（作用力与反作用力） 太阳与行星之间的引力F = G （Mm)/r2 虽虽然这这个公式的形式与我们们熟知的万有引力定律的公式 相同，但它还还不是万有引力定律。它来源于开普勒行星运动动 定律，而这这个定律只适用于太阳系的行星，所以我们还远们还远 不能称它为为“万有”的引力。 万有引力定律的建立 科学过程与方法及情感体验 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 牛顿顿的创创造性工作是设设想行星与太阳之间间的引力跟地球与 月球、地球与地面物体之间间的相互作用力是同一种力，并且 证证明了这这一点。不但如此，他还还把这这种力推广到一切物体 之间间。教科书书接下来的线线索则则是： 观测数据支持“地球与月球的引力”、“地球与地面物体的 引力”的猜想 推广到一切物体（万有引力定律） 测定引力常量（后人的工作） 称量天体的质量、发现未知天体、航天事业 万有引力定律的建立 科学过程与方法及情感体验 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 教科书还书还 抄录录了一个“外行人”马马克吐温的话话：“科学真 是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获 ！”杰出人物的心灵是相通的，这话虽这话虽 然出自外行人之口，却道 出了科学方法的真谛谛，那就是： 不完整的事实 猜想与假设 可检验的结论 新事实的检验 第谷的观测数据 行星引力推广到一切物体 预言海王星 发现海王星，测量天体质量 第七章 机械能守恒定律 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 新旧教材内容不同处理的对比分析 教材内容框架结构的设计 第七章 机械能及其守恒定律 1 追寻守恒量 2 功 3 功率 4 重力势能 5 探究弹性势能的表达式 6 探究功与物体速度变化的关系 7 动能和动能定理 8 机械能守恒定律 9 实验：验证机械能守恒定律 10 能量守恒定律与能源 第八章 机械能 一、功 二、功率 三、功和能 四、动能 动能定理 五、重力势能 六、机械能守恒定律 七、机械能守恒定律的应用 *八、伯努利方程 实验：验证机械能守恒定律 新原 第七章 机械能及其守恒定律 1 追寻守恒量 2 功 3 功率 4 重力势能 5 探究弹性势能的表达式 6 探究功与物体速度变化的关系 7 动能和动能定理 8 机械能守恒定律 9 实验：验证机械能守恒定律 10 能量守恒定律与能源 第八章 机械能 一、功 二、功率 三、功和能 四、动能 动能定理 五、重力势能 六、机械能守恒定律 七、机械能守恒定律的应用 *八、伯努利方程 实验：验证机械能守恒定律 新原 原教材以 “功是能量转化的量度”结论为基础展开对动能、重力势能的探讨； 新教材在了解重力势能和弹性势能的基础上，从实验和理论两方面探究功与物 体速度变化的关系，得出动能和动能定理的表达式；功能关系是逐步渗透的。 新教材增加“探究弹性势能的表达式”，但对结论不作要求。 增增 加加 删删 去去 第七章教材框架结构的设计 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 功率 功 追 寻 守 恒 量 探究弹性势能 的表达式 机械能守 恒定律 重力势能 能量 守恒 定律 与能 源 实验：探究功与 速度变化的关系 动能和动能定理 功 能 关 系 实验：验证机 械能守恒定律 追寻守恒量科学价值观 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 以往教学引入能量概念的教学线索及特点 特点：容易让人感到，定义“功”是为了定义“能”，先有 功的概念，才会有能量的概念。而事实不是这样。 定义功的概念并给出功的表达式。 一个物体能对外做功，就说它具有能。 举例说明，做功伴随着能量的变化，进 而得出“功是能量变化的量度”。 追寻守恒量科学价值观 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 在过去的教学中，我们总是先学习能量的概念，而后研 究一两个具体问题，发现动能与势能在某些过程中不变，由 此引出机械能守恒定律。实际上，在物理学的发展过程中， 能量的概念几乎是与人类对能量守恒的认识同步发展起来的 ，能量的概念之所以重要，就是因为它是个守恒量。 守恒关系是自然界中十分重要的一类关系，我们强调方 法的教育、观念的教育，就要从中学时代开始加强学生对守 恒关系的认识。根据这样的思想，本书把守恒思想的提出放 到了具体的能量概念之前，并把它渗透在能量学习的全过程 。今后在其他守恒关系的处理时也会遵循这样的原则。 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 第七章教材框架结构的设计 人 民 教 育 出 版 社 物 理 室 功率 功 追 寻 守 恒 量 探究弹性势能 的表达式 机械能守 恒定律 重力势能 能量 守恒 定律 与能 源 实验:探究功与 速度变化的关系 动能和动能定理 功 能 关 系 实验：验证机 械能守恒定律 原教材关于重力势能和动能的教学线索及特点原教材关于重力势能和动能的教学线索及特点 功和能：通过四个实例讲解 “功是能能量转化的量度” 运动员举重做了多少功，就有多少化学能转化为重物的重力势能； 压缩的弹簧对小球做了多少功，就有多少弹性势能转化为动能； 机车拉着列车加速，牵引力对列车做了多少功，就有多少内能转化为机械能； 起重机提升重物,钢绳的拉力对重物做了多少功，就有多少电能转化为机械能。 动能和动能定理 根据“飞机牵引力做了多少功，飞机的动能就增加多少”来确定动能表达式 推导得出 ，确定动能的表达式。 把上述表达式的结论称为动能定理。 重力势能 根据重力的功 确定重力势能表达式为mgh。 说明重力功和物体势能变化的关系。 说明重力做功跟路径无关。 特点：特点：1.“1.“功是能量转化的量度功是能量转化的量度”是作为事实提出的普遍性结论；是作为事实提出的普遍性结论； 2.“2.“功是能量转化的量度功是能量转化的量度”是确定动能和重力势能表达式的根据；是确定动能和重力势能表达式的根据； 3.3.把动能和动能定理两个知识的形成结合起来在同一节课讲授。把动能和动能定理两个知识的形成结合起来在同一节课讲授。 新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点 重力势能 重力做功跟路径无关（证明后得出结论）； 定义重力势能Epmgh，概括得出重力功与重力势能的关系WGEp1 Ep2 说明重力势能的大小具有相对性，势能属于系统所共有。 探究弹性势能的表达式 类比重力与重力势能的关系，明确弹性势能表达式取决于弹力做功的表达式。 对弹力做功的表达式进行理论探究。 动能和动能定理 推导得出： 分析： 就是我们寻求的动能表达式。 称为动能定理 探究做功与物体速度变化的关系 背景：已知重力功跟重力势能、弹力功跟弹性势能的变化关系，若不考虑势能，外 力对物体做将功产生什么效果？ 实验探究后初步得出：外力对静止物体做的功跟物体获得速度的平方成正比。 重力功和重力势能的关系，是重力功和重力势能的关系，是 学生第一次接触到的功能关系的学生第一次接触到的功能关系的 例子，功能关系的知识从此开始例子，功能关系的知识从此开始 渗透。因此，对重力势能的学习渗透。因此，对重力势能的学习 ，需要比较系统和深入。，需要比较系统和深入。 新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点 重力势能 重力做功跟路径无关（证明后得出结论）； 定义重力势能Epmgh，概括得出重力功与重力势能的关系WGEp1 Ep2 说明重力势能的大小具有相对性，势能属于系统所共有。 探究弹性势能的表达式 类比重力与重力势能的关系，明确弹性势能表达式取决于弹力做功的表达式。 对弹力做功的表达式进行理论探究。 动能和动能定理 推导得出： 分析： 就是我们寻求的动能表达式。 称为动能定理 探究做功与物体速度变化的关系 背景：已知重力功跟重力势能、弹力功跟弹性势能的变化关系，若不考虑势能，外 力对物体做将功产生什么效果？ 实验探究后初步得出：外力对静止物体做的功跟物体获得速度的平方成正比。 弹簧的弹力做功也跟路径无关弹簧的弹力做功也跟路径无关 ，用相同的思路分析弹力功跟弹，用相同的思路分析弹力功跟弹 性势能的关系，对功能关系的知性势能的关系，对功能关系的知 识进行了一次巩固。识进行了一次巩固。 拓展了对于科学探究的认识。拓展了对于科学探究的认识。 探究弹性势能的表达式（物理第7章） 在探究的过程中，要依次解决下面几个问题。 1、弹性势能的表达式可能和哪几个物理量有关？ 2、弹簧的弹性势能与拉力做的功有什么关系？ 3、怎样计算拉力做的功？ 4、怎样计算这个求和式？ 新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点新教材关于重力势能和动能的教学线索及特点 重力势能 重力做功跟路径无关（证明后得出结论）； 定义重力势能Epmgh，概括得出重力功与重力势能的关系WGEp1 Ep2 说明重力势能的大小具有相对性，势能属于系统所共有。 探究弹性势能的表达式 类比重力与重力势能的关系，明确弹性势能表达式取决于弹力做功的表达式。 对弹力做功的表达式进行理论探究。 动能和动能定理 推导得出