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新课标高中物理教材3 3教材分析和教学建议 课程教材研究所人民教育出版社物理室谷雅慧guyh 2007 7 在涉及很多粒子的物理现象中 例如大量液体分子对一个布朗粒子的碰撞 碰撞力的合力在随时间变化 并不总等于统计平均值 这个现象叫做 涨落 分子数量越少 涨落现象越明显 各个物理量涨落的值可以应用统计物理学的方法计算出来 布朗运动实际是分子对布朗粒子撞击力的涨落引起的 教学中不必提到涨落的概念 但可以通过生活里的例子介绍涨落现象与统计对象数量多少的关系 例如 红绿色盲在男性人群中的比例约为8 这个数字是对巨大样本测定的结果 相当稳定 但是 如果任取1000个男人 测量值就会有偏差 而取100个 10个男人进行测量 偏差就会很大 新课程十分重视统计的规律 教科书在这里第一次出现了统计的思想 教学中应该足够重视 为什么布朗颗粒越小 分子对它的撞击就越不平衡 初中学生对于温度的认识只是 物体的冷热程度 高中教科书则让学生遵循一定的逻辑关系对温度有些初步的科学认识 这样做的目的是养成学生理性思维的习惯 是落实情感态度价值观的教育 教学思路如下 一个系统各处的参量不再变化 平衡态 两个系统接触时参量不再变化 热平衡 热平衡的两个物体具有某个共同性质 量度这个共同性质的物理量定义为 温度 温度的数值表示方法叫做 温标 建立温标要用到测温物质 不同测温物质测出的温度会有差别 温度的教学是沿着怎样的思路展开的 研究微观世界的物理学已经基本上不使用 力 的概念 而更多使用 能 和 势 的概念 分子势能的分析可以把学生能够熟练运用的 力 的概念与需要强调的 能 和 势 的概念联系起来 因此本书对分子势能做了较多的讨论 这是出于科学方法教育的考虑 在 内能 这一节的 思考与讨论 中 编者连续设计了4个问题 学生依次完成之后就能对分子势能与分子力的关系有些正确的认识 这也是为了贯彻新课程的理念 改变学生的学习方式 让学生通过独立思考来主动地获取知识 这种学习形式有助于学生形成终身学习的能力 加强分子势能的讨论还有一个考虑 功和能的问题是高中物理的重中之重 学习分子势能时做些讨论 是在新的情境中应用旧的知识 也是一次复习 所以 在这段内容的教学过程中 既要想到分子势能在热现象中的应用 也要想到对原有基础知识的深化和巩固 分子势能的讨论比过去深入 这是出于什么考虑 气体实验定律和牛顿运动定律 欧姆定律等实验定律不同 它的应用面较小 不影响物理学的全局 所用的方法也不具有典型意义 因此 在近年的高中物理课程中 气体实验定律的内容越来越少 物理课程标准 的要求是 通过实验 了解气体实验定律 是比较低的要求 玻意耳定律 查理定律 盖 吕萨克定律等都属于气体实验定律 按照课程标准的要求 学过了这几个定律 也算是对气体实验定律有所了解了 至于气体的状态方程 它是实验定律的直接推论 广义来讲也是实验定律 所以教科书也做了介绍 有了这个公式 定律的应用更方便些 但应该时刻想到课程标准的要求 不要再做扩展 在2007年秋季再版的教科书中删去了p V图 V T图 p T图之间的转换 目的也是减轻气体定律在书中所占的比重 至于等温 等容 等压过程的图象 由于可以提高用图象交流信息的能力 与全书的编写思想一致 再版书中还是保留了 对于气体实验定律和状态方程要求的程度 编者是怎样设定的 这节课按照以下三个层次 比前面更深入地介绍了统计规律 第一 通过投掷4枚硬币的实验 让学生对统计规律有一般性的初步了解 这个层次不涉及物理学的问题 第二 介绍气体分子运动的特点 这是讨论的基础 这里分别通过图象和表格给出不同温度时氧气分子的平均速率 这个层次是理解气体分子运动的统计规律的关键 第三 用统计的观点分析气体实验定律 先认识压强的统计意义 然后对三个实验定律做出定性的微观解释 这个层次是统计思想的应用 气体热现象的微观意义 一节是按照什么思路展开的 从历史上看 自18世纪末到19世纪中 能量和能量守恒的思想是逐渐清晰起来的 教科书列举了这一时期各个领域的科学家的贡献 并特别指出了焦耳实验的定量结果和热力学第一定律的建立对能量守恒定律的决定性作用 一句话 热力学第一定律推动了人们对能量守恒规律的认识 在教学实践中有一种流行的做法 也许是无意识的 即把热力学第一定律当做能量守恒定律的特例讲给学生 对于当代人 能量守恒定律在学生进入高中之前就已深入人心 这种思路接受起来十分自然 从掌握结论的角度来看 这种教法未必没有可取之处 但新课程要求表现科学的过程 所以在新教科书中热力学第一定律比过去突出一些 同时介绍了能量守恒定律出现的历史背景 过去人们常以叽笑的口吻谈论永动机和它们的设计者 这是不公平的 第一 以较少的投入换取较多的产出 这是人类有史以来的不断追求 正是追求新生活的美好愿望推动了人类文明的发展 第二 永动机设计者的无数次失败使人们在更深层次考虑问题 促进了能量守恒定律的建立 因此 教科书对永动机及其设计者的历史地位做出了公允的评论 怎样处理热力学第一定律跟能量守恒定律关系的 课程标准对热力学第二定律的要求是 通过自然界中宏观过程的方向性 了解热力学第二定律 按照这个要求 可以只学它的两种表述 不学它的微观解释 教科书为什么给出了微观解释 这出于两方面的考虑 一方面 统计的思想和统计规律在现代社会生活中的作用越来越重要 新课程加强了统计思想的教学 不仅物理课程是这样 数学课程也是这样 介绍微观解释可以加强统计思想的教学 另一方面 也是更重要的 课程标准对熵的概念有所要求 初步了解熵是反映系统无序程度的物理量 这就要向学生交待一下 凭什么来判断系统的 无序程度 于是就涉及宏观态与微观态的关系 某系统一个宏观态对应的微观态若比另一宏观态对应的微观态的个数多 我们说前一个宏观态的无序程度较高 为什么要对热力学第二定律做出微观解释 按照以下思路进行微观解释的教学会比较顺畅 宏观态和微观态 与较多数量的微观态对应的宏观态 有序程度较低 什么叫 有序 各种微观态出现的概率是相同的 有序是相对的与较多微观态对应的宏观态出现的概率较大 有序程度较低的宏观态出现的概率较大 热力学第二定律 课程标准对熵的要求是 初步了解 这是最低的要求 编者认为 应该初步了解这样几点 某宏观态对应的微观态越多 它的熵越大 某宏观态的熵越大 它的无序程度越高 一个与外界没有能量和物质交换的系统 它的熵总是越来越大 现代社会中