普通高中課程自由落體教材介紹.doc

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普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理教材介紹必修1（第二章 勻變速直線運動的研究） 課程標(biāo)準(zhǔn)的要求 1．通過史實，初步了解近代實驗科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實驗對物理學(xué)發(fā)展的推動作用。 2．經(jīng)歷勻變速直線運動的實驗研究過程，……，了解勻變速直線運動的規(guī)律，體會實驗在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用。 3．能用公式和圖象描述勻變速直線運動，體會數(shù)學(xué)在研究物理問題中的重要性。 一、本章教材概述 研究變速運動，應(yīng)該從最簡單的變速運動開始，勻變速直線運動就是一種最簡單的變速運動。上一章學(xué)習(xí)的參考系和坐標(biāo)系，為勻變速直線運動的位置和位移的確定奠定了基礎(chǔ)；上一章學(xué)習(xí)了時間、位移、速度和加速度的概念，本章研究的就是勻變速直線運動的這幾個物理量之間的定量關(guān)系；上一章學(xué)習(xí)了用打點計時器測速度，本章研究的勻變速直線運動的特點，就是通過用打點計時器進(jìn)行的實驗所形成的結(jié)論。上一章為本章奠定了全面的基礎(chǔ)，本章是上一章概念和方法的具體應(yīng)用。 作為最簡單的變速運動，勻變速直線運動的學(xué)習(xí)將為認(rèn)識其他更復(fù)雜的運動創(chuàng)造了條件。了解勻變速直線運動的規(guī)律，才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)平拋運動的規(guī)律；認(rèn)識勻變速直線運動加速度的特點，才有利于進(jìn)一步認(rèn)識勻速圓周運動和簡諧運動加速度的特點；掌握了勻變速直線運動速度與時間的關(guān)系，通過牛頓第三定律，就能進(jìn)一步推出同一直線上兩相互作用物體所組成系統(tǒng)的動量守恒；掌握了勻變速直線運動位移和時間的關(guān)系，通過牛頓第二定律，就能進(jìn)一步推導(dǎo)出動能定理的關(guān)系式?？梢姳菊碌闹R在整個力學(xué)中具有基礎(chǔ)性的地位。 本章的基礎(chǔ)性地位同時還體現(xiàn)在方法和能力方面。用圖象來分析物理問題是高中物理的重要數(shù)學(xué)方法之一，本章第一次讓學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來擬合曲線，第一次根據(jù)圖線的斜率來分析物理問題，第一次用“面積”來處理圖象縱坐標(biāo)對橫坐標(biāo)的積累效果，這些都是今后用圖象分析物理問題所必須的。本章公式涉及五個物理量：v0、a、t、v、x，對勻變速直線運動來說，v0和a是常量，t、v、x是三個變量，本章所討論的v-t、x-t、v-x關(guān)系，就是勻變速直線運動變量之間的三組函數(shù)關(guān)系，本章對這三組變量關(guān)系的逐個研究，有利于具體地形成物理過程中常量和變量的概念，有利于用常量和變量的視角來認(rèn)識物理公式中各物理量的特點和相互關(guān)系，這種思維方法不僅是力學(xué)而是整個高中物理學(xué)認(rèn)識物理公式的基礎(chǔ)。本章教材中關(guān)于伽利略建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)研究方法，更是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理學(xué)不可缺少的基本素質(zhì)。 本章共6節(jié)，前4節(jié)逐個學(xué)習(xí)勻變速直線運動的v-t、x-t、v-x關(guān)系，并滲透有關(guān)的基本方法；第5節(jié)“自由落體運動”，作為一個典型的實例，對勻變速直線運動進(jìn)行一次個案研究，也是勻變速直線運動規(guī)律的具體應(yīng)用；最后一節(jié)“伽利略對自由落體運動的研究”，通過展示伽利略關(guān)于自由落體運動的研究歷史素材，揭示科學(xué)方法和弘揚科學(xué)精神。 具體來說，本章在編寫時有如下思考： 1．注重獲取知識的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法 (1)在教科書中，首先引導(dǎo)學(xué)生實際探究某一物體在運動中速度和時間的關(guān)系，獲取數(shù)據(jù)，畫出圖象，進(jìn)而認(rèn)識到這個物體的速度—時間圖象是一條傾斜的直線。 接下來引導(dǎo)學(xué)生討論，這樣的v-t圖象表示的是什么運動？根據(jù)學(xué)生在數(shù)學(xué)課中對線性函數(shù)的了解，結(jié)合加速度的定義式a=v/t得出：這是一種加速度不隨時間改變的勻變速直線運動。 因此，如果把物體速度為v0的時刻t0作為計時開始的時刻，即t0=0，把此后任一時刻t的速度記為v，則有 在上式中，v0和a是不隨時間變化的，不同的時刻￡將對應(yīng)著不同的瞬時速度v，因而可以得出v隨t的變化關(guān)系 v=v0+at 在這個基礎(chǔ)上，教材進(jìn)一步讓學(xué)生根據(jù)各項的含義來理解該關(guān)系式：勻變速直線運動加速度“在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)速度的變化量，所以at是時間t內(nèi)速度的變化量，加上運動開始時速度v0的值，就是時刻t的瞬時速度。 對勻變速直線運動速度與時間的關(guān)系式的探討，經(jīng)歷了從實驗研究中獲取數(shù)據(jù)──做出圖象──分析圖象──尋找規(guī)律──理解規(guī)律的過程，對看似簡單的問題上卻不簡約其研究過程，這對剛剛跨入高中大門的學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和良好的研究態(tài)度具有重要的意義。 (2)教科書第3節(jié)，提供了一份研究勻變速直線運動的真實測量記錄，引導(dǎo)討論“怎樣根據(jù)測量記錄中的數(shù)據(jù)求出該物體運動的位移”。 討論的結(jié)果是，顯然不能用任一時刻的速度v乘上整個運動的時間t去計算位移，因為這將導(dǎo)致巨大的誤差。但是，測量數(shù)據(jù)中繪制了6個時刻的速度，其中相鄰時刻的時間間隔△t只有0．1 s。如果用每段t內(nèi)的任一時刻（例如開始時刻）的速度乘上△t，然后相加起來，所得位移與真實位移的差別就會減少。這是因為△t內(nèi)任一時刻的速度與△t內(nèi)各時刻速度的差別，總是比整個時間t內(nèi)任一時刻的速度與△t內(nèi)各時刻速度的差別要小。 在這種思考與討論成果的基礎(chǔ)上，教科書從勻變速直線運動的v-t圖象出發(fā)，利用勻變速直線運動的位移對應(yīng)v-t圖象有關(guān)矩形“面積”的思想，討論并得出了勻變速直線運動的位移公式：。滲透了極限的思想，但沒有使用極限的語言，既解決了問題，又留下了今后進(jìn)一步滲透的空間。 其實，把物體運動的位移與其v-t圖線下的“面積”相聯(lián)系，在伽利略和笛卡爾那時就已經(jīng)提上了科學(xué)的議事日程，而真正解決問題的則是牛頓和萊布尼茲發(fā)明微積分之后。如果說在得出勻變速直線運動的速度公式時，我們重視獲取知識的過程而處理了一個“簡單”問題的話，那么在這里，我們是把一個在物理學(xué)發(fā)展中極為深刻而有效的思維方法，以簡約化的方式呈現(xiàn)出來了。這樣處理的目的是為了防止教學(xué)中僅僅側(cè)重知識點的“吞咽”和“套用”，而忽視了科學(xué)思維方法的培養(yǎng)。 在物理教學(xué)的內(nèi)容方面，概念的準(zhǔn)確和線索的清晰是高中物理教學(xué)所必須的，但優(yōu)秀的物理教學(xué)更應(yīng)該向?qū)W生傳遞一種思考方法、一種科學(xué)的視角、一種科學(xué)的品位。 2．從重大發(fā)現(xiàn)的歷史過程領(lǐng)悟科學(xué)精神、物理思想和研究方法 對落體運動的研究成為物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的源頭之一不是偶然的。盡管對于今天高中物理教學(xué)來說，什么是自由落體運動，自由落體運動的規(guī)律是什么，以及自由落體運動加速度g的測量等，都已不再是什么難題了，但是，“智慧博學(xué)的亞里士多德何以鑄成大錯？”“為什么伽利略的工作對于物理學(xué)的進(jìn)步具有及其重要的地位和作用？”“對我們有何教益？”等都自然而頑強(qiáng)地留在青少年的頭腦之中，也是物理教學(xué)理應(yīng)回答的問題。 在講授物理學(xué)的基本知識的同時，適當(dāng)?shù)?、有選擇地介紹重大的歷史過程，說明當(dāng)年的背景，怎樣提出問題，遇到什么困難，如何獲得突破，曾經(jīng)有過什么曲折和爭論……，教科書專辟一節(jié)，題目就是“伽利略對自由落體運動的研究”。這樣，不僅使學(xué)生有身臨其境之感，而且能領(lǐng)悟前輩大師的科學(xué)精神、物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鑒。 有人說，“學(xué)者故章，學(xué)問故事的啟迪，常常不在學(xué)術(shù)和學(xué)問本身之下。”物理教科書要讓學(xué)生能從充滿哲理的科學(xué)故事等多方面吸收科學(xué)的信息。同時，教科書還通過“STS”欄目講述“從伽利略看科學(xué)與社會”的問題，讓學(xué)生感悟科學(xué)與社會的關(guān)系。這一切都會成為一座座溝通學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識、掌握物理思想、熱愛物理科學(xué)的橋梁。 3．在滲透中提高能力 要提高解決問題的能力，需要形成科學(xué)的思路和掌握基本的方法，科學(xué)思路和基本方法的掌握是不可能通過灌輸達(dá)成的，需要經(jīng)常、適時地滲透。 “一個變化過程在極短時間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的”，這是一種科學(xué)的思路。在力學(xué)中，一個變速運動的極短時間可以把它作為勻速運動來處理，一段變力做功的極短位移內(nèi)可以作為恒力做功來處理；在電磁學(xué)中，一個變化的電場（或磁場），在極短的時間內(nèi)可以把它作為恒定電場（或磁場）來處理，這常常是對待復(fù)雜物理問題的一種科學(xué)方法。在上一章講瞬時速度的概念時，用某一極短時間內(nèi)的△x與△t的比值來表示變速運動的瞬時速度，就包含著這種思想，隨后用打點計時器測變速運動紙帶的瞬時速度，這種思想又一次得到滲透。在本章中，該思想繼續(xù)在教學(xué)中不斷出現(xiàn)，一次又一次讓學(xué)生得以感受、不斷加深。本章第3節(jié)“思考與討論”中，讓學(xué)生討論當(dāng)時間間隔越來越小時把變速運動當(dāng)成勻速運動來處理所造成的誤差會有什么變化；接下去學(xué)習(xí)勻變速直線運動位移與時間的定量關(guān)系時，通過速度圖象，運用這種把變速運動的全過程分割成各小段勻速運動的思路推出了關(guān)系式；第4節(jié)的“做一做”，估算傻瓜照相機(jī)的曝光時間，學(xué)生又一次經(jīng)歷了把自由落體的一段極短時間內(nèi)的運動當(dāng)成勻速運動處理的過程。教材對科學(xué)方法與思路的教學(xué)采用的是滲透方式，而不是冠以很多名詞的說教方式。 圖象是分析物理問題的重要數(shù)學(xué)方法。本章第1節(jié)“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗，讓學(xué)生自主經(jīng)歷了數(shù)據(jù)列表、建立坐標(biāo)系、描點、擬合曲線、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程；第2節(jié)在分析勻變速直線運動的v-t圖象時，討論曲線的傾斜程度跟加速度有什么關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識圖象的斜率的物理意義；第3節(jié)推導(dǎo)x-t關(guān)系式時，先介紹質(zhì)點運動的位移在v-t圖象中是用一塊面積來表示的，進(jìn)而用一系列矩形面積來表示勻變速直線運動質(zhì)點在不斷運動過程中所產(chǎn)生的位移，在這里，滲透著這樣一種認(rèn)識，縱坐標(biāo)（速度）對橫坐標(biāo)（時間）的積累效果（位移）是用圖象中的一塊面積來表示的。也就是說，如何用圖象的斜率來量度兩個物理量的比值、如何用圖象中的一塊面積來量度兩個物理量的乘積，讓學(xué)生掌握這些分析物理問題的基本方法進(jìn)而提高能力，通過具體的實例滲透在有關(guān)知識的教學(xué)中。 4．注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí) 為了讓學(xué)生積極參與，勇于實踐，教科書在處理勻變速直線運動規(guī)律的教學(xué)中是從實驗探究入手的，自由落體運動規(guī)律也是從實驗開始的。學(xué)生自己做實驗，激發(fā)探究的興趣，經(jīng)過思考、討論的過程，能逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，形成科學(xué)態(tài)度。 教材重視物理知識與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會及科學(xué)發(fā)展的聯(lián)系中激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，如在“做一做”欄目中提出利用自由落體運動規(guī)律測量“傻瓜”照相機(jī)的曝光時間。在“問題與練習(xí)”中設(shè)置開放性、實踐性以及應(yīng)用性的問題，如上海磁浮列車的相關(guān)計算、航空母艦彈射飛機(jī)裝置的相關(guān)計算等。 教科書還在“說一說”、“做一做”欄目中給學(xué)生提出一些思考的問題和活動的資料，如用計算機(jī)繪制v-t圖象，用光電門研究自由落體運動等，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了具體的課題。 第1節(jié) 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 1．教學(xué)目標(biāo) (1)鞏固打點計時器的使用、紙帶數(shù)據(jù)處理和測量瞬時速度的方法； (2)通過實驗探究，體驗如何從實驗研究中獲取數(shù)據(jù)，學(xué)會利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的科學(xué)方法； (3)知道小車在重物牽引下運動速度隨時間變化的規(guī)律。 2．教材分析與教學(xué)建議 本節(jié)內(nèi)容為探究實驗，目的是讓學(xué)生通過研究小車在重物牽引下運動的速度隨時間變化的規(guī)律，經(jīng)歷科學(xué)探究的活動，學(xué)會實驗數(shù)據(jù)的處理方法。這節(jié)課的任務(wù)是測量小車的速度，做出小車運動的v-t圖象，初步分析小車速度的變化規(guī)律。體驗從實驗研究中獲取數(shù)據(jù)、做出圖象、分析圖象、尋找規(guī)律的科學(xué)思維方法。使學(xué)生認(rèn)識圖象在研究物理問題中的作用；與數(shù)學(xué)公式相比，圖象顯得直觀、形象、生動，讓人一目了然，從而使學(xué)生感受到圖象法的直觀的美。所以，該實驗不要放到“勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系”之后，否則就違背了探究式學(xué)習(xí)的宗旨。 這節(jié)課不要求得出小車運動的加速度，也不要求建立勻變速直線運動的概念。 第2節(jié) 勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系 1．教學(xué)目標(biāo) (1)知道什么是勻變速直線運動； (2)知道勻變速直線運動的v-t圖象特點，知道直線的傾斜程度反映勻變速直線運動的加速度； (3)理解勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系式v=vo十a(chǎn)t，會用v= vo十a(chǎn)t解簡單的勻變速直線運動問題。 2．教材分析與教學(xué)建議 在上節(jié)實驗的基礎(chǔ)上，分析v-t圖象是一條傾斜直線的意義──加速度不變，由此定義了勻變速直線運動。而后利用描述勻變速直線運動的v-t圖象的傾斜直線，進(jìn)一步分析勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系：無論時間間隔△t取得大些還是小些，△v/△t的值都是一定的，由此導(dǎo)出v= vo +at。最后通過兩個例題加深對v= vo +at的理解。為了擴(kuò)展學(xué)生的認(rèn)識，在“說一說”欄目中列舉了一個加速度變化的直線運動的例子，讓學(xué)生進(jìn)一步加深對物體做變速運動的認(rèn)識。 第3節(jié) 勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系 1．教學(xué)目標(biāo) (1)知道勻速直線運動的位移與v-t圖象中矩形面積的對應(yīng)關(guān)系； (2)理解勻變速直線運動的位移與v-t圖象中四邊形面積的對應(yīng)關(guān)系，使學(xué)生感受利用極限思想解決物理問題的科學(xué)思維方法； (3)理解勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系。 2．教材分析與教學(xué)建議 高中物理引入極限思想的出發(fā)點就在于它是一種常用的科學(xué)思維方法，上一章教科書用極限思想介紹了瞬時速度和瞬時加速度。本節(jié)從勻速直線運動的位移與v-t圖象中矩形面積的對應(yīng)關(guān)系出發(fā)，猜想對于勻變速直線運動是否也有類似的關(guān)系？并通過思考與討論，從而介紹v-t圖線下面四邊形的面積代表勻變速直線運動的位移，又一次應(yīng)用了極限思想。最后得到勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系。 這節(jié)教學(xué)的目標(biāo)不要盯在最后的公式上，而要關(guān)注得出公式的過程。極限的思想方法以后還會多次使用到。重視過程與方法的教學(xué)，這是新課程與過去課程的重要區(qū)別。 第4節(jié) 勻變速直線運動的位移與速度的關(guān)系 1．教學(xué)目標(biāo) (1)理解勻變速直線運動的位移與速度的關(guān)系； (2)掌握勻變速直線運動的位移、速度、加速度和時間之間的相互關(guān)系，會用公式解勻變速直線運動的問題。 2．教材分析與教學(xué)建議 教材這一部分是直接以實例形式出現(xiàn)，讓學(xué)生在解決實際問題過程中利用公式v=vo十a(chǎn)t和x=vot+at2／2推導(dǎo)出勻變速直線運動的位移與速度的關(guān)系式v2一v02=2ax。 圖27 子彈加速運動 教學(xué)中可讓學(xué)生先畫出實例中子彈運動的示意圖如圖27所示。再引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出位移與速度關(guān)系式，從而解出本題。同時指出：速度公式v=v0+at和位移公式x=v0t+at2／2反映了物體做勻變速直線運動的基本規(guī)律。利用速度公式和位移公式已經(jīng)可以解決各種勻變速直線運動的問題。但考慮到速度與位移的關(guān)系式v2-v02=2ax在分析、解決不需要知道運動時間的問題時很方便，教材中仍把它作為一個重要的關(guān)系式。 “例題”教學(xué)時也應(yīng)讓學(xué)生先畫出飛機(jī)勻減速直線運動的示意圖，再根據(jù)已知條件利用公式進(jìn)行列式計算。并讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識對勻減速直線運動，若取v0方向為正方向時，則v0>0，a<0。 對一般的勻變速直線運動涉及到的物理量共有五個：v0、v、t、a、x，已經(jīng)學(xué)習(xí)的勻變速直線運動物理公式有3個： ① ② ③ 一般來說，已知其中的三個物理量就可以求出其余的一個或二個物理量。在解決物理問題時非常重要的是分析清楚物理過程，在我們這里就是要分析清楚物體的速度、位移隨時間變化的具體情況，這樣才能正確地應(yīng)用公式，并對問題的結(jié)果進(jìn)行必要的檢驗、討論。為此，建議在本節(jié)課內(nèi)應(yīng)適當(dāng)補充一些 第5節(jié) 自由落體運動 1．教學(xué)目標(biāo) (1)知道物體做自由落體運動的條件； (2)通過實驗探究自由落體運動加速度的大小，建立重力加速度的概念，知道重力加速度的方向、在地球上的不同地方重力加速度的大小不同、通常情況下g取9．8m/S2； (3)掌握自由落體運動的特點和規(guī)律。 2．教材分析與教學(xué)建議 落體運動是一種常見的運動，自古以來許多人都研究過，伽利略對自由落體運動的研究意義巨大。為便于學(xué)生接受，教材的表達(dá)分為兩節(jié)。本節(jié)通過演示和實驗探究，分析得出自由落體運動的規(guī)律，明確重力加速度的意義，使學(xué)生對自由落體運動規(guī)律有具體、深入的認(rèn)識。下一節(jié)介紹落體運動的研究歷史，主要是介紹伽利略對自由落體運動的研究過程和他的科學(xué)思維方法，使學(xué)生對自由落體運動的認(rèn)識上升到更高的層次。 第6節(jié) 伽利略對自由落體運動的研究 1．教學(xué)目標(biāo) (1)了解伽利略研究自由落體運動的科學(xué)方法和巧妙的實驗構(gòu)思； (2)了解伽利略研究自由落體運動的探究歷史； (3)通過學(xué)習(xí)伽利略對自由落體運動的研究，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、勇于探索、堅持真理的高尚情操。 2．教材分析與教學(xué)建議 本節(jié)內(nèi)容是介紹伽利略研究自由落體運動的科學(xué)方法和巧妙的實驗構(gòu)思。過去把這個教學(xué)內(nèi)容做閱讀材料處理，這次把它單列為一節(jié)。這樣做也是出于對過程與方法、情感態(tài)度與價值觀這兩方面教育目標(biāo)的重視。不要以為自由落體的知識已經(jīng)學(xué)過，這節(jié)又沒有新的物理知識，從而輕視這節(jié)的教學(xué)。 教材編寫得脈絡(luò)清楚，邏輯推理嚴(yán)謹(jǐn)、文字表述生動和通俗易懂，教學(xué)可以采用靈活的方式。在討論伽利略的思想時要把它們放到當(dāng)時的社會大背景中去考慮。教材“STS”欄目的短文：從伽利略看科學(xué)與社會，可讓學(xué)生自己閱讀。如果條件允許，也可在學(xué)生閱讀一些資料的基礎(chǔ)上組織課外的交流、討論，小組或大班討論的形式均可。 2012-03-23人教網(wǎng) 下載：