普通高中教科书物理必修第一册第一章教材概述

来源: 2019-09-05

  一、本章教材概述

  这一章以及下一章的主要内容是从运动学的角度对做直线运动的物体进行描述。研究一种物理现象,人们通常是先从可以直接观察到的运动开始的。从运动学的角度描述物体,就是要在确定的时刻或时间内明确做机械运动的物体的位置、位移、速度和加速度。而要想准确地描述这些物理量,就必须先学习质点、参考系和坐标系等内容。本章学习的内容,既是下一章研究匀变速直线运动的基础,也是学习后面力学各章的基础。

  本章内容可分为四部分:第一是关于描述物体运动的基础铺垫,明确描述的对象是什么(质点),用什么样的工具来描述(参考系);第二是位移,从位置变化的角度认识位移这一新的物理量,这就包括如何描述位置、位置的变化、什么时刻的位置、什么时间内的位移等内容;第三是速度,从位移变化率的角度认识速度,包括速度的大小和方向,以及如何测定速度;第四是加速度,从速度变化率的角度认识加速度,包括加速度的大小和方向。

  老师们在使用本章教科书时,还应注意编者以下一些具体的考虑。

  1.注意循序渐进,打好基础

  相对初中来说,高中物理在理性分析、逻辑思维、定量要求、数学计算、概念的严密性和实验的复杂性等方面都上了一个台阶。本章是高中物理的第一章,在很多方面对高中物理来说都起到奠定基础的作用,学生学习高中物理需要具备的基本素养很多都是在本章中第一次出现的。例如:第一次用理想模型的观点来思考问题;第一次体会时刻、时间、位置和位移等概念的准确性;第一次在物理问题中渗透极限的思想;第一次用打点计时器来进行定量的实验;第一次领会物理学中抽象的“变化率”的含义;第一次用图像来定量描述一个物理量随另一个物理量的变化;等等。因此,教学中如何对待这些重要的“第一次”很重要。既要使学生扎扎实实从这些“第一次”中获得基本素质的提高,同时又要兼顾学生的可接受性,做到循序渐进而不要求一步到位,让学生在学习中获得成功的愉悦,这是在本章教学中特别需要关注的问题。

  2.注意建模、极限思想的学习

  修订后的课程标准强调科学思维的培养,特别提到建模及极限的思想。教师在教学时应特别注意这两种思想的学习。

  关于质点模型的建构,教科书是从具体的问题分析来说明引入质点模型的必要性,以及什么样的情况下可以将物体看作质点,同时也在旁批中点出“忽略次要因素,建立理想化的物理模型是经常采用的一种科学研究方法”。这种研究方法突出研究对象和问题的主要方面,深刻地把握了事物的本质。理想化模型源于具体事物又高于具体事物,是感知和思维的产物。就此而言,它的建立既是一种典范,又具有普遍意义。

  关于极限的思想,这一章主要体现在瞬时速度概念的建立过程中。一般来说学生对瞬时速度概念的建立是比较困难的,这就要求教师要用适当的方法、有针对性地和学生一起探讨。通常而言,学生有平均速度的概念(初中),要说物体在某一时刻或某一位置有确定的速度,学生是很难理解的,要求学生用数学语言准确地描述瞬时速度,多数学生就会感到更加困难。基于此,教科书没有采用类似“瞬时速度是物体在运动时间趋于0 时的平均速度”的说法,而是指出:在要求不高时可以用一段时间内的平均速度代替其中某个时刻的瞬时速度,如果要求更准确,就可以将时间间隔缩短,质点在非常非常短的时间内的平均速度,就可以看成它在此时刻的瞬时速度。这样的讲法既体现了极限的思想,又避免了过分的抽象,便于学生理解。

  3.明确区分位置和位移

  质点位置随时间变化的规律是运动学的核心问题。教科书明确提出位置坐标以区分位置和位移,研究质点的位置坐标随时间变化的关系,体现教科书内容的基础性。教科书指出应在参考系上建立坐标系,并且定量地描述质点的位置。质点沿直线运动时,用x 表示位置,用Δx 表示位移。关于位移的一般符号,国家标准《量和单位》中没有给出这个物理量,以前教科书中用s 表示,但容易与弧长相混,因此现在用l 来表示。

  位置和时刻是对应物理状态的物理量,位移和时间是对应物理过程的物理量。物理学中的很多规律,有的是描述两个状态的物理量的关系,例如后续将学到的机械能守恒定律;有的是描述过程跟状态变化的关系,如动能定理。运用机械能守恒定律和运用动能定理解决问题的思路是不同的,其不同之处在于对状态与过程的认识。理解哪些是与状态相对应的物理量,哪些是与过程相对应的物理量,这是学生正确运用相关规律的基础。本教科书的第一章就让学生区分时刻和时间、区分位置和位移,渗透关于状态和过程的思考,这对学生从一开始就形成一个正确认识很有益处。

  4.突出了变化率的概念

  任何事物的变化,包括物体位置的变化,总是伴随着一个过程。在这个过程中,我们关心两件事,变化的多少和变化的快慢,后者就是变化率。以物体的直线运动为例,位移Δx是位置变化的多少,速度v=Δx/Δt就是位置对时间的变化率。两者相比,在研究物体的运动中,作为位置变化率的速度是更为核心的内容,也是学生学习中应该上的一个台阶。因为它不像变化的多少那么具体,那么“看得见、摸得着”,所以教学中就应拿出更多的时间。加速度也是一种变化率,要想对加速度有更好的理解,必须对变化率有较深刻的理解。

  本章不仅希望从变化率的角度认识速度和加速度,还想让学生的认识得以拓展。教科书通过“科学漫步”栏目,让学生认识到:自然界中某一量D的变化可以记为ΔD,发生这个变化的时间间隔可以记为Δt,变化量ΔD与Δt的比ΔD/Δt就是这个量的变化率。变化率在描述各种变化过程中起到非常重要的作用。

© 版权所有 人民教育出版社      京ICP备05019902号      新出网证(京)字016      京公网安备110402440009号