高中物理新课标必修1教师教学用书电子版(5)

1970-01-01 08:00

进而得出: v=v0+at

这就重视了获取知识的过程,并体验到一种从实验研究中获取数据,作出图象,分析图象,寻找规律的科学思维方法和能力。

在看似简单的问题上却不简约其研究过程与方法,对于刚刚跨入高中大门的学生具有重要意义。这是一种做法和行为的播种,更是一种态度和精神的培育。

(2)在教科书中,首先提供一份研究匀变速直线运动的真实测量记录,引导讨论“怎样根据测量记录中的数据求出该物体运动的位移”。

讨论的结果是,显然不能用任一时刻的速度v乘上整个运动时间t去计算位移,因为这将导致巨大的误差。但是,测量数据中绘出了6个时刻的速度,其中相邻时刻的时间间隔Δt仅有0.1 s。如果用每段Δt内的任一时刻(例如开始时刻)的速度乘上Δt,然后相加起来,所得位移与真实位移的差别就会减少。这是因为Δt内任一时刻的速度与Δt内各时刻真实速度的差别,总是比整个时间t内任一时刻的速度与Δt内各时刻真实速度的差别要小。

在这种思考与讨论成果的基础上,教科书从匀变速直线运动的v-t图象出发,利用匀速直线运动的位移

对应v-t图象下的矩形“面积”的思想,讨论并得出了匀变速直线运动的位移公式:。渗透

了极限的思想,但没有使用极限的语言,既解决了问题,又留下了可供思考的空间。有的专家说,成功的教学必须诱发问题,鼓励刨根问底。

其实,把物体运动的位移与其v-t图线下的“面积”相联系,在伽利略和笛卡儿那里就已经提上了科学的议事日程,而真正解决这一问题则是在牛顿和莱布尼兹发明微积分之后。如果说在得出匀变速直线运动的速度公式时,我们重视获取知识的过程而处理了一个“简单”问题的话,那么在这里,我们是把一个在物理学发展中极为深刻而有效的思维方法,以简约化的方式呈现出来了。这样处理的目的是为了防止教学中仅仅侧重“知识点”的“吞咽”和“套用”,而忽视科学思维方法的培养。

科学概念的准确和文字的流畅是科学教科书的必要条件,但真正优秀的教科书更应该向学生传达一种思考方法,一种开放的视角,一种科学的品位。

2.从重大发现的历史过程领悟科学精神、物理思想和研究方法。

司空见惯的落体运动的研究成为物理学产生和发展的源头之一不是偶然的。尽管对于今天的高中物理教学来说,什么是自由落体运动,自由落体运动的规律是什么,以及自由落体加速度g的测量等,都已不再是什么难题了,但是,“智慧博学的亚里士多德何以铸成大错”“为什么伽利略的工作对物理学的进步具有极其重要的地位和作用”“对我们有何教益”等都自然而顽强地留在青少年的头脑之中,也是物理教学理应回答的问题。

在讲授物理学的基本知识的同时,适当地、有选择地介绍重大发现的历史过程,说明当年的背景,怎样提出问题,遇到什么困难,如何获得突破,曾经有过什么曲折和争论??教科书专辟一节,题目就是“伽利略对自由落体运动的研究”。这样,不仅使学生有身临其境之感,而且能领悟前辈大师的科学精神、物理思想、研究方法,得其精髓,有所借鉴。

有人说:“学者故章,学问故事的启迪,常常不在学术和学问本身之下。”物理教科书要让学生能从充满哲理的科学故事等多方位吸取科学的信息。同时,教科书还通过“STS”栏目讲述“从伽利略看科学与社会”的问题,让学生感悟科学与社会的关系。这一切都会成为一座座沟通学生学习物理知识,掌握物理思想,热爱物理科学的桥梁。

3.注重学生的自主学习

为了让学生积极参与,勇于实践,教科书在处理匀变速直线运动规律的教学中是从实验探究入手的,自由落体运动规律也是从实验开始的。学生自己做实验,激发探究的兴趣,经过思考、讨论的过程,能逐步培养学生的科学探究能力、形成科学态度。

重视运动规律与学生生活、现代社会及科学发展的联系,如在“做一做”栏目中提出利用自由落体运动规律测量“傻瓜”照相机的曝光时间的问题。在问题与练习中增加开放性、实践性以及应用性的问题。如上海磁浮列车的相关计算,航空母舰弹射飞机装置等问题的选取。

教科书还在“说一说”“做一做”栏目中给学生提出一些思考的问题和活动的资料,如用计算机绘制v-t图象,用光电门研究自由落体运动等。

4、本章教材概述

本章在速度、加速度等概念的基础上,具体研究一种最简单的变速运动──匀变速直线运动的规律。这种研究不是从抽象的概念出发,而是先让学生探究小车在重物牵引下所做的变速运动,学生观察、记录小车速度随时间变化情况。从这个实例出发,教材引导学生研究匀变速直线运动的速度与时间的关系和位移与时间的关系。最后研究一种简单的匀加速直线运动,即常见的自由落体运动,领会伽利略对自由落体运动的研究方法对近代科学的影响,教材特别用一节的内容介绍伽利略的科学思维方法,并在“STS”栏目中说明伽利略的科学方法是人类思想史上的伟大成就,还就伽利略的一生说明科学与社会发展的关系。

本章不仅要求学生理解匀变速直线运动的规律,会在实际问题中应用规律,还要求学生体验科学研究的方法,了解伽利略科学研究过程的基本要素。

课时分配建议

第1单元 1 实验:探究小车速度随时间变化的规律(2学时) 2 匀变速直线运动的速度与时间的关系(2学时) 3 匀变速直线运动的位移与时间的关系(2学时) 第2单元 4 自由落体运动(2学时)

5 伽利略对自由落体运动的研究(1学时)

1 实验探究小车速度随时间变化的规律

教学内容的核心是引导学生实际研究某一物体在运动中速度随时间变化的规律,目的是让学生通过科学探究活动来完成。小车在重物牵引下运动看似简单,而就其研究问题的过程和方法是具有基础性和典型性的。重视获取知识的过程,让学生体验一种从实验研究中获取数据,作出图象,分析图象,寻找规律的科学思维方法和能力。

教科书设计这个学生实验为一节,建议用2学时完成。所以,该实验要在本章第一节课进行,不要放到“匀变速直线运动的速度与时间的关系”之后,否则就违背了探究式学习的宗旨。

(1)实验目标

要求学生在学会打点计时器的使用、纸带数据处理、测瞬时速度以及速度—时间图象的基础上,运用这些知识和技能探究小车速度随时间变化的规律。体现通过实验探究培养学生学习物理和研究物理问题的方法,学习寻找规律的方法。

(2)仪器和器材

①附有滑轮的长木板;②小车;③带小钩的细线;④25 g的钩码3个,也可以用50 g的钩码。或用沙子和小桶代替钩码,用弹簧秤或天平称量⑤打点计时器;⑥纸带;⑦刻度尺;⑧学生电源、导线。

(3)注意事项

① 打点计时器纸带限位器要与长木板纵轴位置对齐再固定在长木板上,使纸带、小车、拉线和定滑轮在一条直线上。小车要选择在木板上运动不跑偏或跑偏较小的车。

② 牵引小车的钩码以100 g以内为宜。若用到150 g以上,则纸带上打出的点数不能满足以0.1 s为计数点取6组数值的要求。解决办法:

2用小沙桶替代钩码。沙桶及沙的质量在40~100 g之间取三种不同质量,可用托盘天平称量沙桶和沙子。

2若用50 g钩码,取至150 g时打出的纸带计数点之间的时间间隔可减小至0.08 s或0.06 s,可以满足6组以上数据的要求。

2为防钩码落地损伤钩码,可在地面铺泡沫塑料垫。小沙桶可选择能装100 g以上砂子的带盖塑料瓶。

图2-1

③ 在小车后面安装纸带的方法如图2-1所示。使小车运动时保持纸带与打点计时器平面、木板平行,减少摩擦力影响。注意调整滑轮高度,使拉车的线与木板平行,减少拉力的变化。

④ 开启电源,待打点计时器工作稳定后释放小车,同时用一只手在定滑轮一端准备接住小车,防止小车撞击定滑轮,防止小车落地。即使安装了防撞挡板,也要防止小车落地。关断电源后再取纸带,取下纸带后,将所用钩码质量标注在纸带上,并给纸带编号。

⑤ 纸带上的点先取零点和计数点进行编号再测距离。测量长度时不要用短刻度尺分别测量相邻两个计数点间的长度,最好用长刻度尺对齐各计数点(不移动尺子)读出各计数点间长度值,避免测量误差的积累。

⑥ 在坐标纸上画v-t图象时,注意坐标轴单位长度的选取,使图象分布在坐标平面的大部分面积。 (4)教学中的几点考虑

① 复习前一章实验中打点计时器使用方法和注意事项,以及测量瞬时速度的方法。

② 打出纸带后处理数据,要让学生讨论课文中“舍掉开头-些过于密集的点子,为了便于测量,找一个点当做计时起点。”这样做的意义是什么。

③ 作v-t图象时,让学生认真观察、思考直角坐标系中描出的点的分布规律,认真研究课文中“描出的几个点大致??能够全部落在直线上。”一段话的意义。然后作出v-t图象,引导学生讨论,从作出的v-t图象探究到什么样的规律。

(5)小车在重物牵引下的运动(示例)

时间t/s 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 50 g钩码 速度v1/(m2s-1) 0.30 0.45 0.60 0.74 0.89 1.03 100 g钩码 速度v2/(m2s-1) 0.26 0.53 0.80 1.06 1.34 1.47 说明:长木板平放在桌面上,同一小车 挂不同钩码的两条速度—时间图象 ① 引导学生思考与讨论为什么要用一条曲线(包括直线)去拟合这些数据点,即所画曲线(包括直线)为什么要使两侧点数大致相同,让学生了解每个有意义的数据点都要发挥作用,取点群的平均位置减少测量的偶然误差。至于偶然误差产生的原因及减少偶然误差的理论,不要过多讲解,可鼓励学生查阅有关资料。

② 有条件的学校或学生可以交一张计算机打印的数据和v-t图象。

(6)用计算机绘制v-t图象的教学

用Excel绘制图象时,注意课文中输入数据时用了“依次”二字,在Excel工作簿中先输入自变量时间,在相邻—列中输入对应的速度值,输入顺序不对,所画的图象也不对(课本图2.2-3在Excel工作簿中输入数据的屏幕图)。具体做法如下:

打开Excel工作簿可以看到行和列,行号用1、2、3??表示;列号用A、B、C??表示。将自变量时间的数值从某一单元格开始输入,在同一列中将其他时间值一一输入。在相邻的右侧一列中将速度值一一输入,注意速度值要与时间值相对应。也可以在同一行中依次输入时间和速度,下一行中再次输入第二组时间和速度,直至全部输入完毕。用鼠标选中这些数据。再用鼠标左键单击“图表向导”按钮,出现“图表类型”窗口,选“散点图”,选“确定”按钮,弹出“图表标题输入框”,输入相应的字符后选“下一步”按钮,直到“完成”。出现由点组成的图表,用鼠标右键单击绘图区中任何一个数据点,出现下拉式菜单,选“添加趋势线”,弹出添加趋势线窗口,选择“线性”趋势;打开该窗口的“选项”卡,对其中“显示公式”左侧的小方格用鼠标左键单击出现“√”号后,按“确定”。则图表框中出现一条直线,这就是经过计算机做最佳“拟合”后的v-t图象,并显示出一个表明该图象的函数式。

2 匀变速直线运动的速度与时间的关系 (1)教材分析

从上节探究小车运动的速度随时间的变化得到的v-t图象入手,分析v-t图象,是直线的意义表明加速度不变,由此定义了匀变速直线运动,进一步导出速度公式v=v0+at,最后通过两个例题加深理解。

为了扩展学生的认识,在“说一说”栏目中列举了一个加速度变化的直线运动的例子。学生通过思考进一步加深对物体做变速运动的认识。

(2)匀变速直线运动的速度与时间的关系的教学

分析教材可以看出,在上节通过实验,真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了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。

① 可考虑在上节得到小车运动的v-t图象是一条倾斜直线的基础上,让学生继续探究小车运动的速度随时间变化的关系式,可要求学生:

2独立思考,提出猜想; 2互相交流,取长补短; 2通过讨论,得出结论。

② 也可考虑在教师的引导下让学生逐步得出结论。教师提出具有启发性的问题: 2v-t图象中的一点表示什么含义?(某一时刻的速度)

2小车的v-t图象是一条倾斜的直线,表明小车的速度随时间是怎样变化的?有什么特点?(小车速度不断增大。速度变化是均匀的,即加速度是不变的。)


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