人教版高中物理必修Ⅰ教学指导意见解读：运动的描述和匀变速直线运动的研究.ppt

运动的描述和匀变速直线运动的研究 高中物理必修 教学指导意见解读 目前教学中存在的一些问题 2 教学难易把握的问题 1 教学课时不足的问题 3 学习方式改进的问题老师讲 学生听 学生练既有老师讲 学生听 学生练 也有独立思考 同伴交流 师生互动 4 开发教学资源的问题 前言 和 绪论 一 前言 的意义 紫珠提出了一个 科学问题 黑柱 白胖 红孩分别提出 猜想 或 假说 蓝仔提出了实验改进建议 猜想有争议 实验又未成功 请教老师 师生交流 讨论 观察实验数据 分析与论证 结论及意义 走进物理课堂之前 这篇文章反映了科学探究的要素 科学研究的基本方法和对科学探究的一些理解 值得教师体会 科学探究的基本要素 提出问题 猜想与假设 设计实验 进行实验与收集数据 分析论证 评估 交流与合作 一些科学方法 假设 验证方法 转化的方法 实验方法 数学推理的方法 理想化方法等等对科学及其研究方法的有关理解 对问题认识得越深刻 得到的规律就显得越简洁 1 4 9 16 25 是一种很优美的规律 而落体运动是匀加速运动则是一种更简洁的表达 科学研究对于实验技术的依赖关系 闪光照片为顽童研究自由落体规律提供了技术支撑 科学对于技术 对于社会进步的推动作用 虽然仅靠伽利略的落体定律还不能登月 但没有以伽利略落体定律为代表的科学基础 人类社会是不会有今天辉煌的科学技术成就的 1 科学探究不一定要有实验 既要重视实验探究 也要重视理论探究 2 不要把探究当作一件很复杂 很麻烦的事 4 科学探究是一种教学方法 是学习内容 是培养一种创造精神 科学探究注意 3 科学探究 并非是学生自主性越强越好 新课程学习开始 探究宜采用启发 引导探究 教学建议 教师从中了解科学探究的基本要素 知道探究是学生的天性 是学生的本能 并以此指导高中物理教学 对于学生 不必占用课时去专门学习 二 物理学与人类文明 1 物理学与人类文明 与原教材中 绪言 的比较 怎样学好物理 是原来各种版本教科书中的传统内容 主要内容有 要学好物理必须要 重视观察和实验 要重在理解 要学会运用知识 要做好练习 物理学与人类文明 的主要内容 物理学 从研究对象和学科性质方面说明什么是物理学 物理学与其他科学技术 用8幅图片 说明了物理学是其它科学技术的基础 物理学与社会进步 用7幅图片说明物理学的发展 孕育了技术的革新 改变了人类的生产和生活方式 推动了社会的进步 物理学的未来威廉 汤姆孙的预言 科学的大厦已经基本建成 后辈物理学家只需做一些零碎的修补工作就行了 20世纪物理学的一系列重大发现 许多科学家的重要发现和发明 都是产生于风华正茂 思维最敏捷的青年时期 江山代有人才出 各领风骚数百年 同学们 努力啊 物理学与思维观念用7幅图片说明物理学改变了人类对物质世界的认识 也改变和扩展着人类的思维方式 1 教学目标增强学生学习物理的兴趣 提高学习高中物理的积极性 使学生对物理学有概括的认识 初步知道它的研究范围 知道它是现代科学和技术的重要基础 知道它对社会发展有重要的推动作用 知道物理学的发展改变着人们的思想观念和思维方式 知道物理学的发展有广阔的前景 教学目标和教学方法 2 教学方法 现在的学生知识面广阔 对各种东西都有所了解 如果教师采用按课文的体系依次讲解的方法教学 不管教师讲得是多么的有趣 都不会长时间地吸引学生 教师应该采用更为开放 更为灵活的教学方法 激发学生的兴趣 吸引学生参与到课堂学习和讨论中 从中体会物理学的奇妙和重大作用 几种可参考的教学设计 演示几个有趣 奇妙的物理现象 激起学生的兴趣 再让学生自学课文 教师作概括性的讲解 提供某一学生了解的 刚刚发生的科技事件的材料 让学生讨论其中用到的物理知识 最后教师做概括性的讲解 课文作为作业让学生课外自学 放映教学参考书中的配套光盘 让学生提出问题讨论 新 旧教材的对比 一 章节结构的对比 二 栏目 编写形式对比 三 总体感觉 一 结构方面 结构和思路作了合理的调整 将原来运动学一分为二 运动学提到静力学前面 二 内容方面物理学科与数学等其它学科相比较 从核心内容和体系结构看 是变化最小的 即基本上继承了原来的物理学科大纲和教材的主要优点 与原教材大体相同 注重基础性 连贯性 探究性和实践性 知识呈现的顺序更符逻辑知识点间的衔接更为自然物理实验的地位更加明确课外作业的功能更多纬度物理概念的表述更为精准教材结构和内容更趋统整 章节教材分析 第一章运动的描述 一 课程标准内容 1 通过对质点的认识 了解物理学研究中物理模型的特点 体会物理模型在探索自然规律中的作用 2 理解位移 速度和加速度 二 各节教材分析和教学建议 第一章集中了几个概念 主要是运动学的基本概念 未涉及规律 第1节质点参考系和坐标系 一 怎样对物体进行简化 质点 1 强调一般性的科学方法 建立物理模型 2 从质点教学上来说没有本质区别 但在教学中要进一步创设问题情景 展示研究的科学思维过程 来建立质点概念 新教材 从实际出发 提出问题 合理简化 建立模型 旧教材 强调质点的定义和判定 据报道 神舟 5号飞船载人舱长7 4m 直径2 8m 用长58m 重达480t的 长征 2号火箭发射 升空后 显示在指挥部荧光屏上的仅是一个小小的光点 科学家研究它在空中的位置 离开地面的高度 飞行的速度 运动轨道等问题时 可以把它简化成一个有质量的点吗 乒乓球小而轻 直径仅4cm 质量约2 7g 运动员研究各种旋转球的打法时 要关注球的受力部位和受力方向对旋转的影响 这种情况下 可否把它简化为一个点 质点教学案例 没有参考系 无法判断物体的运动与静止没有坐标系 无法定量地描述和研究物体的运动 二 理解参考系和坐标系 第2节时间和位移 三 怎样描述物体位置变化 位移 质点 在t1时刻在a点 坐标x1 10m 质点 在t2时刻在b点 坐标x2 30m 质点的位移是有向线段ab 线段的长度20m表示位移的大小 有向线段的方向表示位移的方向 x x2 x1 20m x的绝对值表示位移ab的大小 x为正值表示位移ab的方向与x轴正方向相同 为了加深对位置和位移的理解 我们还可考虑设置下列问题 1 质点 t1时刻在c点 t2时刻在d点 2 质点 t1时刻在e点 t2时刻在f点 3 质点 t1时刻在g点 t2时刻在h点 x x2 x1 四 怎样进行矢量教学 2 思考与讨论 一位同学从操场中心中发 向北走了40m 到达c点 然后又向东走了30m 到达b点 你能通过这个实例总结出矢量相加的法则吗 此时还不要求得出这个法则 但要思考 1 位移 指出它叫做矢量 大小 方向 教学不宜一步到位 4 给出矢量的定义强调两点 有方向平行四边形定则 3 实验 探究求合力的方法总结力的合成分解的法则 5 说一说一个物体的速度v1在一小段时间内发生了变化 变成了v2 你能根据v1 v2 按照三角形定则找出变化量 v吗 为后面向心加速度的学习 搭台阶 6 矢量概念的进一步运用 第3节运动快慢的描述 速度 五 怎样理解 变 与 不变 的思想 平均速度和瞬时速度的教学 极限思想的渗透 极限不只是知识 更是一种方法 一种观念 要让学生掌握用这种思想去分析问题方法 本节的重点和难点是瞬时速度概念的理解 瞬时速度概念的建立 对于学好高中物理 提高思维能力 都是至关重要的 瞬时速度教学案例 通过对滑块在倾斜气垫导轨上的研究建立瞬时速度的概念 o a b c 复习 初中学习的匀速直线运动和速度概念 演示 滑块在倾斜的气垫导轨上 从静止开始加速下滑 指出它是变速运动 问 有没有学过什么物理量 用来描述变速直线运动的快慢的呢 平均速度 师 对于匀速运动 速度能完全描述出物体的运动情况 对于这里滑块的运动 平均速度能完全地 真实地反映它在ab段的运动情况吗 学生 不能 师 为什么 生 因为滑块的运动是越来越快的 师 你们说滑块的运动是越来越快的 等于说滑块通过b点时比通过a点时快 通过c点时比通过b点快 这里包含着一个重要的假设 那就是物体通过各个点是有快慢的 确实 我们的感觉器官和大脑能感觉到物体通过空间各点的运动快慢 vab 师 请反思实验观察或生活经验 我们是如何感觉物体通过某一点的快慢 生 根据在一定时间内物体通过的路程大小 根据通过一小段路程所用时间的长短 师 也就是说 人们是根据物体通过某一点附近一小段时间内或一小段路程内的平均速度来反映物体通过这一点的运动快慢的 定义 物体在某点附近一小段距离 或一小段时间 内的平均速度叫做物体通过这一点的瞬时速度 实验 取 x 10cm 测量瞬时速度v2 师 对这样定义的瞬时速度 你们有什么疑问 学生问题 1 既然是一小段距离内的平均速度 为什么说是a点的瞬时速度呢 2 一小段距离到底要多短呢 3 一小段距离取得不同 测出的平均速度是否相同 实验 换用5cm 3cm的挡光板 测出平均速度 从数据看出 不断减小测量距离 测出的平均速度越来越接近 取两位有效数字 后三个平均速度相等 取三位有效数字 后两个平均速度相等 回答学生的三个问题 师 为什么距离减小到一定程度之后 再减小距离测出的平均速度就几乎不变了呢 学生能想出 时间足够短 物体的运动快慢变化已经很小了 可以看作是匀速运动了 理解 运动物体在某一时刻的瞬时速度 等于假想物体从这一时刻之后做匀速直线运动的速度 巩固练习 略 学生自由提问 有些学生提出了一小段与所要描述的点的关系问题 有如图三种情况 第4节实验 用打点计时器测速度 六 用图象表示v t关系 实验目的 要求学生通过教科书和阅读 说明卡 观察仪器 掌握使用打点计时器在纸带上记录时间和位移的技能 并运用这一技能测定平均速度 画出v t图象 了解用图象研究物理问题的方法 第5节速度变化快慢的描述 加速度 七 加速度的引入 加速度是力学中重要的概念 但它的引入始终是一个难点 赵凯华教授和罗蔚茵教授在 新概念物理教程 力学 中明确指出 这是人类认识史上最难建立的概念之一 也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念 爱因斯坦指出 今天我们难以估量 在精确地建立加速度概念的公式并且认识它的物理意义时 该显示出多大的想象力 教材先列举小型轿车和旅客列车的加速过程 让学生讨论它们速度变化的快慢以增强学生的感性认识 教材还展示飞机的起飞过程 要求学生从具体问题中了解 速度快 速度变化大 速度变化快 的含义不同 又在旁批中指出 物体运动的快慢 与 运动速度变化的快慢 不同 在此基础上再说明平均加速度的意义 进而说明瞬时加速度 对重要的v t图象 教材又设置一个 思考与讨论 让学生通过v t图象加深对加速度的认识和对图象的理解 教科书作了如下安排 1 汽车的加速性能是反映汽车质量优劣的一项重要指标 2 汽车的制动距离也是反映汽车性能的一项指标 3 研究速度变化快慢是有意义的 4 需要引入一个物理量来描述速度变化的快慢 引入一 利用教材描述的小型轿车和旅客列车加速情况的比较 组织同学思考 讨论 要求学生明确 引入二 儿童 女 身高随年龄变化表 引入三 变化的大小与变化的快慢 表 绍兴人均支配收入 单位 万元 表 绍兴 类地段房价 单位 元 平方米 引入四 交通工具速度变化的大小与变化的快慢 一架飞机以200m s的速度匀速飞行 一列火车从静止开始经过60s 速度达到15m s 一位运动员从静止开始经过1s 速度达到8m s 问 1 谁的速度变化大 2 谁的速度变化快 判断的依据是什么 3 能否用速度变化的大小来描述速度变化的快慢 建议学生列表分析 以上三个问题让学生课前自主探究 上课时老师提问并讲述 紧接着我们又引出以下几个问题 根据学生课前提出的问题整理得到 一 课时建议 教学建议 二 教法建议 3 本章安排的学生分组实验 用打点计时器测速度 是学生在高中物理学习中进行的第一个分组实验 由于浙教版初中 科学 教材上没有实验误差方面的内容 高中物理实验相对于初中实验要求上有较大的提高 所以 实验之前可以安排1课时 对学生进行实验常识的教育 如实验对物理学研究和物理学习的意义 实验的基本要求 实验误差和有效数字 等等 1 加强对这些概念的比较 使学生在认识相近概念的共同性 差异性和相互联系中 达到对每个概念的透彻理解 2 学生在初中已学习过参照物 路程 时间 速度 平均速度等概念 所以 本章教学时既要充分利用学生已有的认识 又要根据高 初中知识之间的差异 对学生已有的知识进行提高和拓展 4 为了理解打点计时器的功能和作用 教师可参考教科书27页的 自制模拟打点计时器 内容 在课堂中组织学生活动 将活动与问题思考结合起来 通过学生的体验 领悟打点计时器的工作原理和作用 建议活动由两个学生合作进行 一个学生拉纸带 另一个学生用铅笔打点 角色应互换 为了使打点不受到干扰 可让打点的学生闭上眼睛 5 本章蕴含着丰富的科学方法教育的因素 如以质点为代表的理想化方法 以短时间内的平均速度代替瞬时速度为代表的近似方法 以比值定义法为代表的数学方法 以平均速度为代表的等效代替方法 等等 教学时要充分利用这些因素 对学生进行科学方法的教育 使学生了解这些方法对科学研究的意义和适用条件 提高学生的物理思维能力 但由于学生刚刚学习高中物理 他们的认知水平相对较低 对科学方法也有一个从体验到认识 再到运用 以及逐步积累 逐渐深化的过程 所以 在本章教学中不宜提出过高的要求 比如质点 匀速直线运动等都是理想化模型 但理想化模型方法的教育应当重点放在质点概念的教学上 第二章匀变速直线运动的研究 一 课程标准内容1 通过史实 初步了解近代实验科学产生的背景 认识实验对物理学发展的推动作用 2 经历匀变速直线运动的实验研究过程 了解匀变速直线运动的规律 体会实验在发现自然规律中的作用 3 能用公式和图象描述匀变速直线运动 体会数学在研究物理问题中的重要性 第一节实验 探究小车速度随时间变化的规律 二 各节教材分析和教学建议 第二节匀变速直线运动的速度与时间的关系 探究实验 第一节实验 探究小车速度与时间变化的规律 要求学生 明确实验目的是探究小车速度与时间变化的规律 研究对象是小车 理解实验原理 即小车 细线 钩码与纸带连成一个整体 任何时刻小车的速度与纸带的速度是一样 所以我们可以通过研究纸带的速度得知小车的速度 体验实验数据的处理 经历了选纸带 设计表格 记录数据 作图等过程 体验分析实验数据 如为什么大部分的点大致落在一条直线上 而有些点落在很远的地方 用计算机绘制结果是否一样 体验下结论 做完实验能得到一个什么结论 如何用科学术语下结论等等 通过实验忠实记录小车在重物牵引下运动时 时间与对应的速度的数据 作出速度与时间关系的图象 发现存在着这样一种运动 它的v t图象是一条倾斜的直线 发现直线v t图象所代表的运动 是加速度不变的运动 给出匀变速运动的定义 通过图象一般性地研究匀变速直线运动 得出v v0 at 教材的思路如下 与现行教材讲法不同 是否过于烦琐 区别在于实际上是看问题出发点的差别 如果眼睛只盯着知识的掌握 那么 从加速度的定义a v v0 t出发 经过简单的代数式变形 马上就可以得到v v0 at 于是就能用来解题了 这段教材虽然不与人类对此问题的认识过程完全一致 但对于作为个体的人 它却是一个学习 认识科学规律的好例子 它强化了从实验得出规律的一般性过程 练习了用图象分析问题的通用方法 逻辑线索清晰 它在价值观及科学过程 科学方法上的教育价值高于现行课程 教材在其他一些地方 例如匀变速直线运动位移与时间的关系 功与物体动能变化的关系 重力势能的引入 万有引力定律的得出 加速度与物体受力及物体质量的关系等 出发点都是强调过程与方法 情感态度与价值观这两方面的课程目标 教学中不要为节省时间把学习过程简单化 第三节匀变速直线运动的位移与时间的关系第四节匀变速直线运动的位移与速度的关系 匀变速直线运动的位移与时间的规律的由来 不是从出发 求得 从匀速直线运动中的相当于图线下的 面积 获得启发 遵循 化整为零 以恒代变 积零为整 再取极限 的方法 求得 微积分初步思想的渗透 新教材突出图像功能 第五节自由落体运动 科学探究二例1 说一说 为什么物体在真空中下落的情况与在空气中下落的情况不同 关于这个问题 你有什么假设或猜想 2 你从表中发现了什么规律吗 你能尝试解释这个规律吗 尝试解释就是做出假设和猜想 第六节伽利略对自由落体运动的研究 伽利略对自由落体运动的研究绵延两千年的错误逻辑的力量猜想与假设实验验证伽利略的科学方法 根据学生交流 讨论的情况 教师也可做些点拨 如伽利略研究自由落体运动的几个重要的步骤是 通过理想实验的方法揭露了重物下落快的错误 从 自由落体运动应该是简单的 认识出发 猜想v x和v t两种可能性 但经过推理判定v x不正确 从逻辑推理得出检验v t即是检验x t2 巧妙设计斜面实验检验x t2 让学生思考 伽利略是如何发现问题 克服一个又一个困难的 设想自己处在伽利略的地位会怎样思考问题 最后 作为作业可让每个学生写一篇短文 谈谈自己的认识 体会和受到启发而想到的问题 伽利略对科学的贡献 2 展现了教学与实验相结合的研究方法的一般步骤 1 倡导新的科学思想和研究方法 3 以科学实验检验科学假说的正确与否 是他及后人在科学研究中不断取得重大成果的源泉 学习伽利略研究落体运动要了解自由落体运动的深层意涵 自由落体运动的研究可以迁移到其他天体上吗 g值的不同可能导致何种现象 1 课时建议 三 教学建议 1 本章主要是引导学生探究最简单的变速运动和学习匀加速直线运动 自由落体运动 的规律 通过教学要使学生明确利用实验来探究一种运动的特点和规律的科学思维方法 即提出问题 设计实验方案 进行实验 获取数据 处理数据 作出图象 分析图象 得出结论 在实验过程中可结合获取数据过程进行实事求是的科学态度教育 2 教法建议 2 匀变速直线运动的速度与时间关系式 位移与时间关系式的导出均利用了第一节实验探究中所得到的v t图象 教学中要鼓励学生大胆猜想 交流评价 注意科学推理的过程 理解其物理意义 避免把物理公式简单理解为数学表达式 3 对于教科书涉及的由v t图推出x t公式及从一张照片估算照相机曝光的时间 可组织学生在充分讨论之后得到结论 这两处较好地渗透了 变 与 不变 的转化思想 教师要通过组织学生的小组讨论活动 引导学生进一步领会这种思想 4 匀变速直线公式 包括自由落体运动公式 的运用对培养学生应用数学的能力有很大作用 但学生能力的提高要注意循序渐进 切不可一步到位 在应用运动学规律解决问题的过程中 应逐步使学生明确解决运动学问题的基本方法和步骤 并注意速度公式和位移公式的矢量性 公式选择的合适性和结果的合理性 5 自由落体运动是一种最简单的匀变速直线运动 也是一种理想化的运动 学生易受日常经验的影响 对重物体下落快 轻物体下落慢的印象很深 为克服学生的前概念 要注意充分暴露学生的认知过程 应用实验与分析 推理相结合的科学方法 清除生活中得来的错误观念 6 伽利略对自由落体运动的研究 蕴含丰富的物理思想 是方法教育和情感教育的好素材 建议让学生找一些课外资料进行自主学习 教师也可积极创设情景 采用 溯源法 引导学生体会伽利略 提出假设 数学推理 实验验证和合理外推 的研究方法 激发科学的探索精神 树立正确的教材观 努力把握教材的设计思路与意图 以教材作为主要的教学线索 展开物理学习活动 树立用教材来教物理 而不是来教教材的教学思想 要根据课堂教学实际 主动地附加一些例子 或选取其他的思考途径等 积极灵活地使用教材 同时要清醒的认识到教材是学生学习物理的重要资源 但不是惟一资源 教材不可能满足所有学生学习物理的需求 只使用教材通常不能够学 通 物理 按照建构主义的理论 教材只是教师教学活动的一条线索 并非教学活动的圣经 教师要从学生的具体情况出发进行再度创造 教材只是参考 符合学生具体情况的我们可以参考 不符合的我们可以完善或者改变教材 甚至自己设计 谢谢 亚里士多德 不了解运动 就不了解自然 伽利略把精心设计实验和数学的 逻辑的推演相结合 是近代物理学研究的标识 而这正是从对运动的研究中实现的 历史学家巴特菲 现代科学的起源 在我看来 过去15个世纪里 人类心灵遇到并克服的所有智力障碍中 最富有魅力和最举足轻重的 是运动的问题 牛顿 原理 前言 我奉献这一