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新课标高中物理教材新课标高中物理教材3-33-3教材分析和教学建议教材分析和教学建议课程教材研究所课程教材研究所人民教育出版社人民教育出版社物理室物理室谷雅慧谷雅慧2007.72007.72007.72007.7在在涉涉及及很很多多粒粒子子的的物物理理现现象象中中，例例如如大大量量液液体体分分子子对对一一个个布布朗朗粒粒子子的的碰碰撞撞，碰碰撞撞力力的的合合力力在在随随时时间间变变化化，并并不不总总等等于于统统计计平平均均值值，这这个个现现象象叫叫做做“涨涨落落”。分分子子数数量量越越少少，涨涨落落现现象象越越明明显显。各各个个物物理理量量涨涨落落的的值值可可以以应应用用统统计计物物理理学学的的方方法法计计算算出出来来。布布朗朗运运动动实实际际是分子对布朗粒子撞击力的涨落引起的。是分子对布朗粒子撞击力的涨落引起的。教教学学中中不不必必提提到到涨涨落落的的概概念念，但但可可以以通通过过生生活活里里的的例例子子介介绍绍涨涨落落现现象象与与统统计计对对象象数数量量多多少少的的关关系系。例例如如，红红绿绿色色盲盲在在男男性性人人群群中中的的比比例例约约为为8%，这这个个数数字字是是对对巨巨大大样样本本测测定定的的结结果果，相相当当稳稳定定。但但是是，如如果果任任取取1000个个男男人人，测测量量值值就就会会有有偏偏差差，而而取取100个个、10个个男人进行测量，偏差就会很大。男人进行测量，偏差就会很大。新新课课程程十十分分重重视视统统计计的的规规律律，教教科科书书在在这这里里第第一一次次出出现现了了统统计计的的思想。教学中应该足够重视。思想。教学中应该足够重视。为什么布朗颗粒越小为什么布朗颗粒越小,分子对它的撞击就越不平衡分子对它的撞击就越不平衡？初初中中学学生生对对于于温温度度的的认认识识只只是是“物物体体的的冷冷热热程程度度”，高高中中教教科科书书则则让让学学生生遵遵循循一一定定的的逻逻辑辑关关系系对对温温度度有有些些初初步步的的科科学学认认识识。这这样样做做的的目目的的是是养养成成学学生生理理性性思思维维的的习习惯惯，是是落落实实情情感感态态度度价价值值观观的的教教育育。教学思路如下。教学思路如下。一个系统各处的参量不再变化一个系统各处的参量不再变化平衡态平衡态两个系统接触时参量不再变化两个系统接触时参量不再变化热平衡热平衡热平衡的两个物体具有某个共同性质热平衡的两个物体具有某个共同性质量度这个共同性质的物理量定义为量度这个共同性质的物理量定义为“温度温度”温度的数值表示方法叫做温度的数值表示方法叫做“温标温标”，建立温标要用到测温物质，建立温标要用到测温物质不同测温物质测出的温度会有差别不同测温物质测出的温度会有差别温度的教学是沿着怎样的思路展开的？温度的教学是沿着怎样的思路展开的？研研究究微微观观世世界界的的物物理理学学已已经经基基本本上上不不使使用用“力力”的的概概念念，而而更更多多使使用用“能能”和和“势势”的的概概念念，分分子子势势能能的的分分析析可可以以把把学学生生能能够够熟熟练练运运用用的的“力力”的的概概念念与与需需要要强强调调的的“能能”和和“势势”的的概概念念联联系系起起来来，因因此此本本书书对对分分子子势势能能做做了了较较多多的的讨讨论论。这这是是出出于于科科学学方方法教育的考虑。法教育的考虑。在在“内内能能”这这一一节节的的“思思考考与与讨讨论论”中中，编编者者连连续续设设计计了了4个个问问题题，学学生生依依次次完完成成之之后后就就能能对对分分子子势势能能与与分分子子力力的的关关系系有有些些正正确确的的认认识识。这这也也是是为为了了贯贯彻彻新新课课程程的的理理念念，改改变变学学生生的的学学习习方方式式，让让学学生生通通过过独独立立思思考考来来主主动动地地获获取取知知识识。这这种种学学习习形形式式有有助助于于学学生形成终身学习的能力。生形成终身学习的能力。加加强强分分子子势势能能的的讨讨论论还还有有一一个个考考虑虑：功功和和能能的的问问题题是是高高中中物物理理的的重重中中之之重重，学学习习分分子子势势能能时时做做些些讨讨论论，是是在在新新的的情情境境中中应应用用旧旧的的知知识识，也也是是一一次次复复习习。所所以以，在在这这段段内内容容的的教教学学过过程程中中，既既要要想想到到分分子子势势能能在在热热现现象象中中的的应应用用，也也要要想想到到对对原原有有基基础础知知识识的的深深化和巩固。化和巩固。分子势能的讨论比过去深入分子势能的讨论比过去深入,这是出于什么考虑这是出于什么考虑？气气体体实实验验定定律律和和牛牛顿顿运运动动定定律律、欧欧姆姆定定律律等等实实验验定定律律不不同同，它它的的应应用用面面较较小小，不不影影响响物物理理学学的的全全局局，所所用用的的方方法法也也不不具具有有典典型型意意义义。因因此此，在在近近年年的的高高中中物物理理课课程程中中，气气体体实实验验定定律律的的内内容容越越来来越越少少。物物理理课课程程标标准准的的要要求求是是“通通过过实实验验，了了解解气气体实验定律体实验定律”，是比较低的要求。，是比较低的要求。玻玻意意耳耳定定律律、查查理理定定律律、盖盖吕吕萨萨克克定定律律等等都都属属于于气气体体实实验验定定律律，按按照照课课程程标标准准的的要要求求，学学过过了了这这几几个个定定律律，也也算算是是对对气气体体实实验验定定律律有有所所了了解解了了。至至于于气气体体的的状状态态方方程程，它它是是实实验验定定律律的的直直接接推推论论，广广义义来来讲讲也也是是实实验验定定律律，所所以以教教科科书书也也做做了了介介绍绍。有有了了这这个个公公式式，定定律律的的应应用用更更方方便便些些，但但应应该该时时刻刻想想到到课课程程标标准的要求，不要再做扩展。准的要求，不要再做扩展。在在2007年年秋秋季季再再版版的的教教科科书书中中删删去去了了p-V图图、V-T图图、p-T图图之之间间的的转转换换，目目的的也也是是减减轻轻气气体体定定律律在在书书中中所所占占的的比比重重。至至于于等等温温、等等容容、等等压压过过程程的的图图象象，由由于于可可以以提提高高用用图图象象交交流流信信息息的能力，与全书的编写思想一致，再版书中还是保留了。的能力，与全书的编写思想一致，再版书中还是保留了。对于气体实验定律和状态方程要求的程度，对于气体实验定律和状态方程要求的程度，编者是怎样设定的？编者是怎样设定的？这这节节课课按按照照以以下下三三个个层层次次，比比前前面面更更深深入入地地介介绍绍了了统统计计规律。规律。第第一一，通通过过投投掷掷4枚枚硬硬币币的的实实验验，让让学学生生对对统统计计规规律律有有一般性的初步了解，这个层次不涉及物理学的问题。一般性的初步了解，这个层次不涉及物理学的问题。第第二二，介介绍绍气气体体分分子子运运动动的的特特点点，这这是是讨讨论论的的基基础础。这这里里分分别别通通过过图图象象和和表表格格给给出出不不同同温温度度时时氧氧气气分分子子的的平平均均速速率。这个层次是理解气体分子运动的统计规律的关键。率。这个层次是理解气体分子运动的统计规律的关键。第第三三，用用统统计计的的观观点点分分析析气气体体实实验验定定律律。先先认认识识压压强强的的统统计计意意义义，然然后后对对三三个个实实验验定定律律做做出出定定性性的的微微观观解解释释。这这个层次是统计思想的应用。个层次是统计思想的应用。“气体热现象的微观意义气体热现象的微观意义”一节是按照什么思路展开的一节是按照什么思路展开的？从从历历史史上上看看，自自18世世纪纪末末到到19世世纪纪中中，能能量量和和能能量量守守恒恒的的思思想想是是逐逐渐渐清清晰晰起起来来的的。教教科科书书列列举举了了这这一一时时期期各各个个领领域域的的科科学学家家的的贡贡献献，并并特特别别指指出出了了焦焦耳耳实实验验的的定定量量结结果果和和热热力力学学第第一一定定律律的的建建立立对对能能量量守守恒恒定定律律的的决决定定性性作作用用。一一句句话话，热热力力学学第第一一定定律律推推动动了了人人们们对对能能量守恒规律的认识。量守恒规律的认识。在在教教学学实实践践中中有有一一种种流流行行的的做做法法，也也许许是是无无意意识识的的，即即把把热热力力学学第第一一定定律律当当做做能能量量守守恒恒定定律律的的特特例例讲讲给给学学生生。对对于于当当代代人人，能能量量守守恒恒定定律律在在学学生生进进入入高高中中之之前前就就已已深深入入人人心心，这这种种思思路路接接受受起起来来十十分分自自然然。从从掌掌握握结结论论的的角角度度来来看看，这这种种教教法法未未必必没没有有可可取取之之处处。但但新新课课程程要要求求表表现现科科学学的的过过程程，所所以以在在新新教教科科书书中中热热力力学学第第一一定定律律比比过过去突出一些，同时介绍了能量守恒定律出现的历史背景。去突出一些，同时介绍了能量守恒定律出现的历史背景。过过去去人人们们常常以以叽叽笑笑的的口口吻吻谈谈论论永永动动机机和和它它们们的的设设计计者者，这这是是不不公公平平的的。第第一一，以以较较少少的的投投入入换换取取较较多多的的产产出出，这这是是人人类类有有史史以以来来的的不不断断追追求求，正正是是追追求求新新生生活活的的美美好好愿愿望望推推动动了了人人类类文文明明的的发发展展；第第二二，永永动动机机设设计计者者的的无无数数次次失失败败使使人人们们在在更更深深层层次次考考虑虑问问题题，促促进进了了能能量量守守恒恒定定律律的的建建立立。因因此此，教教科科书书对对永永动动机机及及其其设设计计者者的的历历史史地位做出了公允的评论。地位做出了公允的评论。怎样处理热力学第一定律跟能量守恒定律关系的？怎样处理热力学第一定律跟能量守恒定律关系的？课课程程标标准准对对热热力力学学第第二二定定律律的的要要求求是是：“通通过过自自然然界界中中宏宏观观过过程程的的方方向向性性，了了解解热热力力学学第第二二定定律律”。按按照照这这个个要要求求，可可以以只只学学它它的的两两种种表表述述，不不学学它它的的微微观观解解释释。教教科科书书为为什什么么给给出出了了微微观观解解释释？这这出于两方面的考虑。出于两方面的考虑。一一方方面面，统统计计的的思思想想和和统统计计规规律律在在现现代代社社会会生生活活中中的的作作用用越越来来越越重重要要，新新课课程程加加强强了了统统计计思思想想的的教教学学，不不仅仅物物理理课课程程是是这这样样，数数学学课程也是这样。介绍微观解释可以加强统计思想的教学。课程也是这样。介绍微观解释可以加强统计思想的教学。另另一一方方面面，也也是是更更重重要要的的，课课程程标标准准对对熵熵的的概概念念有有所所要要求求：“初初步步了了解解熵熵是是反反映映系系统统无无序序程程度度的的物物理理量量”。这这就就要要向向学学生生交交待待一一下下，凭凭什什么么来来判判断断系系统统的的“无无序序程程度度”，于于是是就就涉涉及及宏宏观观态态与与微微观观态态的的关关系系：某某系系统统一一个个宏宏观观态态对对应应的的微微观观态态若若比比另另一一宏宏观观态态对对应应的的微微观观态的个数多，我们说前一个宏观态的无序程度较高。态的个数多，我们说前一个宏观态的无序程度较高。为什么要对热力学第二定律做出微观解释为什么要对热力学第二定律做出微观解释？按照以下思路进行微观解释的教学会比较顺畅。按照以下思路进行微观解释的教学会比较顺畅。宏观态和微观态宏观态和微观态与较多数量的微观态对应的宏观态，有序程度较低与较多数量的微观态对应的宏观态，有序程度较低 什么叫什么叫“有序有序”各种微观态出现的概率是相同的各种微观态出现的概率是相同的 有序是相对的有序是相对的与较多微观态对应的宏观态出现的概率较大与较多微观态对应的宏观态出现的概率较大 有序程度较低的宏观态出现的概率较大有序程度较低的宏观态出现的概率较大热力学第二定律热力学第二定律课课程程标标准准对对熵熵的的要要求求是是“初初步步了了解解”，这这是是最最低低的的要要求求。编编者者认认为为，应应该该初初步步了了解解这这样样几几点点：某某宏宏观观态态对对应应的的微微观观态态越越多多，它它的的熵熵越越大大；某某宏宏观观态态的的熵熵越越大大，它它的的无无序序程程度度越越高高；一一个个与与外外界界没没有有能能量量和和物物质质交交换换的的系系统统，它它的的熵熵总总是是越越来来越越大大；现现代代社社会会中中，熵熵的的概概念念已已经经应应用用到到物理学以外的领域。物理学以外的领域。至至于于书书中中的的公公式式S=kln，只只是是用用来来表表示示以以上上第第一一点点，即即越越大大则则S越越大大，无无需需数数值值计计算算。这这里里同同样样体体现现了了编编者者的的一一贯贯思思想想：公公式式可可以以用用来来表表示示定定性性或或半半定定量量的的关关系系，这这种情况下，一个公式的作用往往优于几十个字、几百个字。种情况下，一个公式的作用往往优于几十个字、几百个字。对于对于“熵熵”的概念，学生应该掌握到什么程度？的概念，学生应该掌握到什么程度？