高中物理概念体系

概念为本的物理教学华中师大一附中蒋大桥——原因之一：从纵向看，一些抽象的概念理解起来很难，教学中不可能一步到分子力、温度、内能、热量、功磁感应强度、磁通量、安培力、洛伦兹力电流、电量、电压、电阻、电功、电动势/感应电动势波与光学波速、波长、频率、折射率近代物理能量子、能级、核力、结合能m铯原子-133基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的A略的导线中，通以强度相同的恒定电流,若导线每米长所受的力为AK-12的原子数目相等。下面举三例说明：质量、速度、功2“质量”这个概念可谓是初中学生最早接触到的物理概念之一，然而六年之后到高中毕业，有几人能说清楚乎？现在不妨借此回顾一番我们的对“质量”这个概念的教学历程。在初中，课本上是这么定义质量的：质量是指物体所含物质的多少。这里有一个子概念——“物质”。如果要向学生阐述“质量”的内涵，必须先对子概念——“物质”做出进一步的阐释。那么什么是“物质”呢？可想而知，要向十三岁左右的孩子们解释清楚带有浓郁哲学色彩的“物质”概念，几乎是不可能的，初中只能“嘎然而止”了，随后老师只能转头去介绍如何用天平测量质量云云。所以初中对“质量”的教学，是一种“弃质保量”的到了高一，学习《牛顿运动定律》，当然还会遇到质量。这时老师就会讲：描述物这里，同样遇到了一个让您头疼的子概念——“惯性”。那么，何谓“惯性”？这也需要费几番口舌。不过这里第一次把“质量”和“惯性”联系起来了，是一种对质量新的认识。后来学习《万有引力定律》，第三次遇到了“质量”。看来这回遇到的“质量”似乎与“惯性”无关，只与“引力”有关。大多教师对此问题“视而不见”，或者有意去回避这个问题，算是“蒙混过关”吧。再往后学习动量和动能，自然少不了“质量”这个重要角色的加入，不过谁也不会在这里去讨论质速关系、质能关系有关的问题。到了电磁学，认识了“场”，知道了“场也是一种物质”。尤其是老师们还特别喜欢引用爱因斯坦的话来解释：场就像人所坐的椅子一样的实在，场也是一种物质。这时不免就有学生问：请问这把“椅子”的质量是多少？……对此，老师开始有些“汗”了！再后来，学习核反应，认识到了一些核反应中存在“质量亏损”，为此，学生还会而另一些问题我们必须去面对它。看来中学教师对此是不可能一步教到位的。不涉及到速度的方向问题。因为这些运动都是单向直线运动，方向始终保持不变，这种定义有利于初学者的学习。但需要特别给学生提醒的是“平均速度”不等于“速度的平均”。到了高一，开始接触矢量与极限，速度就“摇身一变”成了矢量，并将平均速度定义为位移与时间之比。然后在“平均速度”这个概念的基础上结合极限的思想提出了“瞬时速度”的概念。指出平均速度的方向始终与位移同向，而瞬时速度的方向不一定总和一段时间内的速度矢量的出现。使得速度的内涵更加丰富，判断速度是否变化，不光看大小变不变，还要看方向变不变。速度矢量的出现，还使得速度的运算得遵循矢量的运算法则，出现了分速度、合速度、相对速度等概念，这样学习的难度突然提升了。为了避免方向问题的纠缠，把瞬时速度的大小叫做速率，但平均速度的大小并非平均速），无论如何，在直线运动中，与“速度”相关的问题还算好把握。3而平均速度的方向始终取决于位移的方向，这一点使得分析速度的变化问题变得比较困难。对于匀变速曲线运动（如平抛运动），速度矢量是随时间均匀变化的，这一点如果不引入“加速度”和学习“牛顿第二定律”，是很难理解的。对于匀速圆周运动，不可错误认为速度也是均匀变化的，这一点往往让学生“百思不得其解”。），改称为“线速度”。角速度也是矢量，但高中有意回避角速度的矢量性问题。给高一学生讲解角速度需要费一番功夫，因为一方面它容易和日常生活中说的“转速”搞混淆的。另一方面头疼的速度”！是“运动形式”和“能量”，媒质本身并不随波迁移，看来这个“波速”不好理解，它绝对不是“媒质中质点的振动速度”或者“振源的运动速度”，应该是那个“运动形式”和“能量”的传播速度。那么，“波速”到底如何理解呢？波速由什么内在因素决定呢？高中物理对此采取的也是回避的态度。后来学习电磁波，知道各种电磁波在真空中的速度都等于光速，这就触及到相对论了。特别指出的是，在学习电流时，我们还会遇到“三种速率”：电荷定向移动的平均速率，电场传播的速率、自由电子热运动的平均速率。这三种速率有如何理解呢？第一次认识“功”是从初中开始的，那时很容易把“力”与“功”，“做功”与“工作”“功劳”等名词术语混为一谈，这主要是把“科学概念”和“日常用语”混在一起了。所以初中一开始就强调做功的两个必要因素，首先要学会区分“做不做功”的问题。但是这个问题绝非如此简单，直到高中毕业，还有的学生对此认识不清。比如：（1）人从地面跳起，地面对人是否做功？（高考题）（3）人提着水桶站在电梯里上楼，提力对水桶是否做功，电梯对人是否做功？（4）人提着水桶爬楼梯，提力对水桶是否做功，楼梯对人是否做功？要彻底认清这些问题，实际上涉及到大学物理中的质点系动能定理。但在中学，只能告知学生，W=Fs中的s应该是力的作用点的位移，而且具有相对性。可学生往往对这种“机械性的解释”很不满意，甚至怀疑教师是否搞错了。后来学习热学、电磁学，还会多次讨论功，如热功当量、电功（静电力的功）、非静电力在中学物理中，象“质量、速度、功”这样看似简单、实则内涵深奥的物理概念还有很多。作为教师，我们必须始终关注：从初中到高中的整个学习过程中，这些概念在什么地方这可能是一个课堂教学中永恒的课题！——原因之二:从横向看，各种概念五花八门，必须对概念进行梳理，建立概念体系，才能更深入更全面地理解这些概念，这一点需要学习者的知识积累到一定程度才能做到。1．建立同一知识体系中不同概念间的关联网络；）；3.从基本物理量到导出物理量的逐步推进。力学中的三个“小精灵”——质量、长度、时间力学中的三个“小精灵”动能与势能坐标系坐标系位置位移质点质点加速度力44速度v与EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up14(v2),r)rmkmsJsms与频率f频率fg*相位*相位力f=μN0≤f≤fM2M2①把握好各种形变是理解弹力和弹力做功磁场力力力力r2r但一对相互作用的静摩擦力做的总功一定为零，一对正可负，同种电荷系统电势能为正，异种电荷系电场能与电势——原因之三，相似的概念比较多，容易混淆不清。2重心3重力、超重/失重4重力、万有引力5静摩擦力、滑动摩擦力7路程、位移8时刻、时间间隔10平均速度、平均速率11波速、质点的运动速度13速度、速度的变化、速度的变化率14动量、动量的变化、动量的变化率15磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率20场强22交流电的有效值、交流电的平均值23波的干涉、波的衍射24复色光、单色光、自然光、偏振光26衰变、裂变、聚变——原因之四：矢量和标量混在一起，分不清大小多少正负高低。大小/多少/高低项目意义矢量的正负方向相同为正，方向相反为负。正负号标与零势能面的选取有关，零势能面上方的正值能量永远重力势能的正负量为正，零势能面下方的为负。大于负值能量的的正负规定两电荷相距无穷远电势能为零，故同电势能的正负种电荷系统电势能为正，异种电荷系统的电势能的正负规定两分子相距无穷远电势能为零，其正分子势能的正负负详见分子势能曲线图。为电子的动能与电子和原子核（质子）系氢原子能量的正统的电势能之和，结果总为负值，最大值负与零度的选取有关，规定一个标准大气压正值温度永远摄氏温度的正负下冰水混合物的温度为零摄氏度。高于此摄氏温度的正负高于负值温度温度为正，低于此温度为负。正负号正负号电量的正负①由力的方向和位移的方向的夹角决定：夹角为锐角，功为正；夹角为钝角，功为功的正负功的正负正负号②对物体做功，功为正，物体对外做功，表示吸热还是放热，一般规定物体从外界热量的正负与零电势的选取有关，孤立的正电荷电场电势的正负中各点电势为正，孤立的负电荷电场中各正负号正值永远高于负值对某一个面而言，可认为设定正反面，磁对某一个面而言，可认为设定正反面，磁磁通量的正负感线从正面穿过时磁通量为正，那么从反正负号二．物理概念教学有“套路”套路为什么要引入这个概念？如何12教学手段与策略说明①借助多媒体手段引入②借助生活经验引入③理论、实验探究法引入：动量、动能、弹性势能④类比方法：可以模仿以前学过的什么概①抓关键字：如“重力”的表述中的关联词“由于…而使…”，体会言外之意。②把握定义方法：如用比值定义物理量的这个概念和学过的哪些概念容易混淆？这个概念和什么概念列表比较比较理解可以促进学习正迁看看它是下列哪种类型的物理量：归类整理4归类整理①注意符号的规范书写，如大小写（正体）物①注意符号的规范书写，如大小写（正体）物理量归纳总结，例题讲解求解这个物理量有哪些方法或6量归纳总结，例题讲解如何测定这个物理量？是直接演示实验、分组实验7测量还是间接测量？有几种测演示实验、分组实验这个物理量和别的物理量有何课后思考8关系？它们将反映出什么样的课后思考举例：套路为什么要引入这个概念？如何引入这个概它是怎样表述的？有看看它是那种类型的说明为了描述速度变化的快慢，①导出物理量；教学策略视频：小轿车与载重汽车的加速运类比方法：描述位置变化的快慢的方法——速度描述速度变化的快慢——加速度设问：加速度的方向如何确定？加速度的①是基本量还是导出③是过程量还是状态这个物理量的单位是这个概念和学过的哪求解这个物理量有哪如何测定这个物理量？直接测量还是间③状态量；④可以是常量，也可以是比较速度、速度的变化①公式法间接测量方法：毫秒计时器（3）利用闪光照相结论：在直线运动中，如果速度增大，加速度的方向与速度方向相同；如果速度减小，加速度的方向与速强调规范的读写方法设问：①速度大，加速度一定大吗？②速度的变化量大，加速度一定大方法总结：各举一例说明。实验研究（分小组实验）：——探究小车速度随时间变化的规这个物理量和别的物理量有何关系？它们形成什么样的物理规1．在匀变速直线运动中，量“知三求二”。2．它是联系力和运动的桥梁拓展学习：1.匀变速直线运动的规律2.牛顿第二定律套路它是怎样表述的？有定义式这个单位反映出什么样的物说明为了描述电源中非静电力做功的本领而引入根据比值定义为非静电力的功）①导出量②标量V——说明为什么其单相同教学策略器、电池）：①水泵抽水示意图；②电容器对二极管放电示意图；③电源对小灯泡供电示意图。教学重难点：列表比较——电动势与电压（W为非静电力的功）（W非静电力的功）这个概念和学过的哪些概念电压、电势这个物理量和别的物理量有何关系？它们形成什么样的如何测定这个物理量？直接求解这个物理量有哪些方法闭合电路欧姆定律①用电压表粗测；②间接测量（多种方法）①根据定义式②根据闭合电路欧姆定律表达式组织学生分组实验——测定电单元复习总结用套路磁感应强度电场强度套路如何引入这个物理量？引入这个概念的目的和学过的哪它是怎样表述的？有定义式求解这个物理量有哪些方法（实验探究）这个物理量和别的物理量有为了描述磁场的强弱和方向①引入电流元利用比值定义)课堂重点：T②叠加原理求合场强用磁传感器测量磁场①磁感应强度与磁场力的为了描述电场的强弱和方向①引入试探电荷FE=(利用比值定义)q对比E的方向的确定方法。②叠加原理求合场强暂时没有好的方法①电场强度