前言
这套书是根据原有的《普通高中课程标准实验教科书 物理 教师教学用书》的内容, 针对新修订的《普通高中教科书 物理》的实际使用情况, 进行了调整与修改后最终定稿的。它的主要作用是为老师们在应用教科书时提供帮助, 并且为日常教学工作补充必要的参考建议。
本套书介绍了教科书所具有的特色, 以及新的教学理念和新的一些教学方式与方式方法。它和教科书采取的是紧密配合的方式, 对相关内容进行逐章逐节的分析说明。
本书主要结构
该课程标准相关要求, 对《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称课程标准）的相关内容, 摘录下来, 用以作为教学的依据。
这一章的教科书内容主要是想把编写这本书时的心里想法告诉大家, 也就是为什么这么写, 具体写了什么东西, 整本书是怎么搭建起来的, 有什么样的特色, 以及在挑选素材和决定怎么讲解的时候, 心里都琢磨了哪些事儿。
教材分析与教学建议这部分内容, 主要依据课程标准以及教科书来展开。它对每一节教学内容所规定的具体教学目标进行了明确, 同时也对教科书中的各个部分的内容实施了分析。正是在这个基础之上, 它提出了相对十分详细的、可供参考的教学建议。
这里边包括, 在教学的时候可能会碰到的那些问题, 还有供老师去挑选的教学办法是怎么样的, 然后呢是怎么样去发展学生的那些非智力方面的因素, 又或者是怎么样来使用教科书里面的各个栏目还有插图, 再一个就是如何运用一些新的教育理念来处理教学当中遇到的问题, 以及怎么样去提升教师自己本身的教学能力, 对于实验部分又该怎样进行处理, 怎样帮助学生开展探究式的活动, 并且要怎么样去突出教学重点的内容, 最后就是如何去突破那些比较难懂的难点等等这些事情。
对于教科书中“练习与应用”以及“复习与提高”这两个板块里所包含的问题, 我们应该给出相应的参考答案和提示内容, 并且还需要清楚地表明, 这些题目究竟在推动学生核心素养的形成与发展方面, 发挥着什么样的作用, 具有怎样的价值。
本系列的电子版本, 是由美英桥课本信息网进行整理的, 它们是与教学内容有着直接关联的教学资源, 内容里涵盖了对相关概念的阐释、对既定规律的说明, 以及相关的背景资料等内容, 另外还包含了那些联系到了日常生活、科技发展和社会现状的各种资料信息, 除此之外呢, 还有用于实验方面的参考资料, 等等这些, 都是包含在内的。
课程方面的新理念是需要教师进一步提高职业素质的, 也是需要我们教师尽早在终身学习的道路上进行走的。我们这个地方是围绕在教学上的需要来选择了一些拓展性的内容的, 是想给教师的素质发展来提供一些帮助的。
目录
第五章 抛体运动
• 一、本章教材概述
• 二、教材分析与教学建议
第1节 曲线运动
第2节 运动的合成与分解
第3节 实验：探究平抛运动的特点
第4节 抛体运动的规律
• 三、“复习与提高”参考答案与提示
• 四、参考资料
第六章 圆周运动
• 一、本章教材概述
• 二、教材分析与教学建议
第1节 圆周运动
第2节 向心力
第3节 向心加速度
第4节 生活中的圆周运动
• 三、“复习与提高”参考答案与提示
• 四、参考资料
第七章 万有引力与宇宙航行
• 一、本章教材概述
• 二、教材分析与教学建议
第1节 行星的运动
第2节 万有引力定律
第3节 万有引力理论的成就
第4节 宇宙航行
第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
• 三、“复习与提高”参考答案与提示
• 四、参考资料
第八章 机械能守恒定律
• 一、本章教材概述
• 二、教材分析与教学建议
第1节 功与功率
第2节 重力势能
第3节 动能和动能定理
第4节 机械能守恒定律
第5节 实验：验证机械能守恒定律
• 三、“复习与提高”参考答案与提示
• 四、参考资料
第五章 抛体运动
课程标准的要求
2.2.1 咱们来做试验, 通过试验这个办法, 把曲线运动这个事儿给弄明白是啥样子的东西, 另外还要确切知道物体在什么样的条件之下才会去做曲线运动这一类动作。
2.2.2 是通过实验的办法, 去探究并且认识平抛运动所具有的规律, 我们要学会使用运动合成以及分解的方法来对平抛运动进行分析, 以此来体会将比较复杂一点的运动拆解为简单运动的物理思想, 我们还能对生产场景和生活环境中的抛体运动做分析。
一、本章教材概述
本章既要讨论曲线运动的规律, 又要用牛顿运动定律对有关曲线运动的问题进行分析, 可以说, 这一章实际上是运动学知识和动力学知识在曲线运动中的具体应用, 这是学生们所学的运动学知识和动力学知识的进一步拓展和延伸, 从思维上看, 本章的内容和前面学习的内容一起构成了一种过程, 这种过程是对运动和相互作用的认识由简单变得复杂, 由浅变深地逐渐深化。
教材在展现大家对运动还有相互之间联系看得越来越清楚这件事上的进步, 主要体现得有两个地方。这第一个地方呢, 就是关于研究那些机械运动的样子, 从最开始那种简单的直线跑, 变成了之后相对复杂的弯曲路线的跑。
第二个地方, 就是从前只是光说眼前看到那个动起来的表象是什么样的, 到现在是要去解释物体为什么非得要做那样弯曲的路线去动的原因了。
具体来看本章里面包含的各个小节的内容, 这部分内容展现出了由浅入深这样一个循序渐进的逻辑上的关联关系, 并且在内容里头渗透进了关于物理学的研究方面的方法, 各个小章节与各个小章节之间存在着的逻辑上的关联关系以及所使用的研究方法的具体状况, 大家可以参照图5-1这个示意图来理解。
这一章里面, 包含了建立物理模型的环节第一考试网，还包含了进行分析推理的过程, 同时也包括了通过实验来弄清楚平抛运动特点的典型科学探究过程。利用这些内容, 学生不仅能够发展他们对物体运动以及相互作用的理解和观念, 还有助于培养他们在科学研究方面的思维方式, 并且能够帮助他们提升科学探究的能力与素养。
本章是这样编排的, 顺序是先讲曲线运动, 然后讲运动的合成与分解, 最后讲平抛运动, 这个结构突出了物理观念的形成, 以及科学思维与科学探究素养的发展, 第一点是突出解决曲线运动问题的一个大思路, 这个大思路的意思是把复杂的曲线运动, 变成水平方向和竖直方向上简单的直线运动, 并且进一步使用这个大思路去分析, 去论证平抛运动的规律。
2. 我们要强调科学探究的过程, 具体来说, 是把那个叫“研究平抛运动”的实验, 改成叫“探究平抛运动的特点”。在大家得出关于平抛运动的规律之后, 再从理论上面去做出解释。
这样做, 是为了强调实验和理论这两者, 在实际研究客观世界的时候, 所具有的那个价值和作用。第三点是要注意把难点分散开, 还要注意内容编排的内在逻辑性, 比如把原来关于“曲线运动”的内容, 拆分成两节来讲。
具体来说, 本章在编写的时候, 是有这么一些考虑的。
1. 关注学习内容的前后联系，深化和拓展运动与相互作用观念
物理观念的形成, 这可不是说一蹴而就就能行的事, 它需要在物理概念以及规律的学习过程中, 一步步地去巩固它, 还要不断地去拓展它, 在学习的时候, 得加强物理概念还有物理规律之间, 前前后后的那种联系, 这样做, 是为了让新的物理概念和物理规律, 能够是建立在那些原有的基础知识上面的, 从而得到逐步的深化和逐步的拓展, 这样还能为后续的这种学习, 留下一个合适的“接口”。
比如, 就在这一章开始的地方所说的话里, 非常清楚的指出了一个事情, 那就是说, 咱们在研究那个直线运动过程中的基本思路以及方法这些东西, 原则上头来说, 是可以直接拿来去处理曲线运动的。
咱们从具体的知识内容这个角度去看, 这一章的内容跟之前学到的知识之间所存在的具体对应关系, 大家可以通过图5-2来查看, 该图表对这种对应情况做了表示。
2. 优化物理结论的形成过程, 突出科学思维和科学探究素养的培养。
为了发展学生的科学思维和科学探究等素养, 教材还特别关注以下几方面内容。第一个方面, 是突出物理概念、规律的得出过程。并且借助丰富的实例, 引导学生基于事实经验逐步经历抽象、概括、推理的思维过程。第二个方面, 是在认识物理概念、规律时, 引导学生经历从定性到定量的这一类一般认识过程。
第三点在于, 当大家面对具体的问题时, 要注重去引导学生, 第一步先通过做实验进行探究来得出相关的结论, 第二步再进行理论的阐述解释, 这样做的目的就在于突出理论分析和实验探究这两者之间具有一致性。
第四点在于, 要突显出科学思维方法在育人方面的价值, 引导学生们逐步地去体会如极限思想这样的概念、以及等效思想这样的概念, 举个实际的例子来说吧, 我们最终想要获得曲线运动中速度的方向是沿曲线某一点的切线方向这一结论, 为此, 教材里面设计了如图5-3所示的过程。
3. 用大量实例丰富学生的体验高中物理教参，加强知识与情境的联系
本章用了很多实例, 让学生对一般曲线运动和平抛运动的体会更丰富些, 以此来把知识和具体情境的联系给加强一下, 学生经过深入的思考和亲身的体验之后, 会更容易去领悟那些物理知识, 并且能把印象给加深了, 而且还会更容易把知识用到一些具体的问题里面去的, 这样能够提升学生在真实的情境当中解决实际问题的能力。
教材里面用了“问题”、“做一做”、“演示”、“思考与讨论”、“例题”还有“练习与应用”这些栏目, 展示了好多半实例。
举个例子说, 当学生们学完了曲线运动以后, 书本让学生动手制作一个飞镖, 然后去观察飞镖在天空里面飞来飞去的那个样子, 再看看飞镖掉下来插进泥土里面以后的指向是什么样子的, 这样做的目的是为了让能够体会到曲线运动的速度的方向和轨迹这条曲线的关系。
另外有一个例子, 就是在学生完成了关于运动的合成以及分解部分的学习之后, 教材会在名为思考与讨论的这个环节里, 安排一项让学生去思考的任务, 这个任务的具体内容是假定我们把玻璃管紧紧地靠着黑板按照水平向右的方向以恒定的加速度进行移动，同时假设玻璃管内部的接触面是完全没有摩擦力的光滑状态, 那么在这样的条件下, 蜡块所运动出来的轨迹, 还是不像之前那样呈现为笔直的一条直线了吗?
4. 突出解决问题的一般思路高中物理教参，为迁移创新打好基础
发展学生的迁移创新能力这个东西, 它是把学生关键能力和核心素养这些内容给发展好的一个很重要的东西。
教材的讲解工作, 是从对一般曲线运动这种状况的具体描述开始着手的。接着, 它会对物体之所以能够去做曲线运动所必须具备的那些条件, 展开一种定性的分析。然后呢, 它会拿分析蜡块的运动这个实例作为切入点, 目的就是让学生们能够在最开始的时候, 就初步地建立起关于运动合成与分解这种方法的印象。
在此基础之上, 还会通过实际开展的实验手段, 去探究平抛运动在竖直方向以及水平方向上各自都具有的特点。这一系列过程, 就是一个逐渐从一般的曲线运动这种范围更广的情况, 过渡到特殊的平抛运动这种情况的过程。
到了最后环节, 会去应用牛顿第二定律这个理论工具, 并且依据前面提到的那种合成与分解的思路, 从纯理论的角度去对各种平抛运动规律做出的那些解释进行说明。这样的安排, 有助于学生形成结构良好的知识体系, 也有助于学生将学到的知识, 迁移到新情境里面, 去解决具体的问题。
在讲述<强>抛体运动的规律这一段内容的时候, 教学材料先是谈了关于平抛运动的速度、位移还有轨迹这些非常基础的东西, 然后才对更一般的那种抛体运动进行了简单讨论。
学生们完全可以学着用之前分析平抛运动的那些办法去处理那些更一般的抛体问题, 这样做的话, 就顺便把有关抛体运动这部分内容的范围给扩大了一些, 同时呢, 也给提升学生那种能够迁移和举一反三的能力提供了好用的支撑点。
课时安排建议
1. 曲线运动：1课时
2. 运动的合成与分解：1课时
3. 实验：探究平抛运动的特点：1课时
4. 抛体运动的规律：2课时
二、教材分析与教学建议
第1节 曲线运动
1. 教学目标是第一点要知道曲线运动在每一个瞬间的速度指向, 有能力靠着极限的思想去搞懂速度是怎么个朝向, 还得能在画着轨迹的图上标出某个具体点的速度往哪指。第二点是弄明白曲线运动其实就是改变速度的运动, 清楚物体到底怎么样才会去做这种弯弯曲曲的运动。
第三点是能够拿起牛顿第二定律还有那种把大力量分成小分力和把小分力合起来的大本领去研究曲线运动怎么样, 这样就能更加深入地看透运动和那些相互作用之间是个啥关系。
2. 教材分析以及教学建议这部分内容非常重要, 因为本节是整章教学所依赖的知识基础。学生在之前已经学习过直线运动的知识, 同时, 学生还学过牛顿运动定律相关内容。因此, 学生对力和运动之间的关系已经有了一个比较不错的认识。
而曲线运动和直线运动之间有一个非常显眼的区别在于曲线运动的方面具体情况是它的速度的方向一直在不断地发生变化。所以老师在教学的过程中完全可以通过一种循序渐进的方式来解决问题, 这种方式叫做生活体验接着去进行实验探究最后再上升到理论认知的层面。
通过这样的步骤能够有效地解决关于曲线运动速度方向的确定这一类问题。在进行有关物体实现曲线运动的条件的教学内容安排方面, 可以让学习者首先凭借已经掌握的知识基础来提出个人的猜想, 紧接着再实施实验探究环节。
相关的教材在编排上, 先是针对曲线运动的方向展开了研究, 随后才对物体达成曲线运动的条件进行了探讨。从知识结构的角度去分析, 曲线运动的速度方向是轨迹上某点的切线方向, 它只反映曲线运动的运动学特征。而曲线运动的条件则是动力学特征, 所以教材的安排较好地符合先研究运动特征、再分析运动原因的认识之路。
从对学生知识构建的过程来看, 知道曲线运动的方向只是知道一个事物的结果, 掌握曲线运动发生的条件才能理解出现该结果的原因, 这样才能在逻辑上有利于学生深刻理解本节的两个重点内容。
（1）要了解曲线运动是怎么回事, 要知道在咱们身边到处都是这种运动。刚开始上新课的时候, 老师可以用一些图片来给大家营造一个场景, 比如让大伙看看汽车怎么开在弯弯的高架桥上, 再看看那些专门做特技表演的飞机是怎么飞的, 再看看车怎么在山路上转着弯开。
然后让大家去一起琢磨一下, 这些不一样的情况里, 到底都有哪些地方是一样的。
在教学片段, 也就是关于生活中的曲线运动这一部分, 第一个问题是, 图5-4甲中的汽车在弯曲的引桥上的运动是什么运动, 这是为什么? 第二个问题是, 图5-4乙中的飞机的运动是什么运动, 这也是为什么? 第三个问题是, 图5-4丙中的汽车在盘山公路上的运动是什么运动, 同样这也是为什么?
（2）曲线运动的速度方向这一内容, 教材选取了两幅来自实际情景的图片, 并安排了一个演示实验。随后, 又通过从割线到切线的分析推理过程。最终, 确定了曲线运动的方向。这样的安排充分体现了由简单到复杂、由静态到动态、由生活到实验、由实验到理论的科学认知过程。
要把学生在进行学习的那些活动里头的各种知识的一个从发生到发展的具体过程给非常地放在心上去重视起来, 同时呢, 也得把学生的在科学思维上以及是在进行那种科学探究的过程里的一个具体的实施情况给密切的关注好, 这么做出来的话, 那是非常有利于去推动和促进学生的对于自己的那些核心的素养的一个全面的培养起来的。
学生是通过观察图片得出感性的、直接的结论, 也就是猜想, 然后还需要通过实验来证实。这样的设计可以强化科学探究中的问题与证据素养。在实验探究之后, 教材安排了采用极限思想的理论分析, 从理论上证明了做曲线运动的物体在某点的速度方向沿曲线在该点的切线方向。
我们是从实验还有理论这两个方面去做的研究, 这么一弄, 不单是把曲线运动速度方向这个事给学生讲明白了, 还让学生自己体会到了, 正在做曲线运动的物体, 它的速度是在时时刻刻都在变的, 所以说, curve 运动那就是变速运动。
为了使得上面所提到的这个认识过程变得更加丰富和充实, 我们可以来设计并创造一个具体的情境以及提出相应的问题。
教学片段里面提到了曲线运动的速度方向, 图5-5丁里的那些轨迹, 是从各种不同的、也就是任意的出口地方把小球滚出去之后留下來的路径。面对这些路径和轨迹, 你能够从中总结出什么样的结论呢。
（3）物体做曲线运动的条件, 在速度方向确定之后, 教材就会接着引导学生去研究这一件事情。从学生已经掌握的知识水平, 以及本节带来的新认识, 也就是曲线运动属于变速运动这一点出发, 可以推理出来一个结论, 那就是它所受到的合力肯定不是零, 一定不等于零。
但是, 只要物体受到了力的作用, 它是否就一定会做曲线运动呢? 答案并不是肯定的, 这个问题可不是依靠牛顿第二定律就能直接得出结果的那一类型的内容。学生需要主动提出自己的猜测, 然后要针对不同性质的猜测分别去设计相关的实验方案, 并据此开展探究性的动手实验。
教材里在“观察钢球的运动轨迹”这个实验项目中, 专门给出了一种比较容易被控制方向的作用力配置情况, 也就是靠钢球和磁铁之间的相互吸引力来实现这目的。这种办法能够让人很方便地去探究钢球在整个运动过程中一旦受到来自不同方向作用力之后实际的表现是什么这样的一种情景。
这样一来, 就能帮助广大学生更加清楚地认识物体到底应该在什么样的条件之下才去做曲线运动或者直线运动这类的问题。在实验现象的基础上, 运用力或者加速度的分解方法, 这就可以把物体做曲线运动的原因给清晰地解释出来, 这对于深刻理解运动以及相互作用的观念也是非常有利的。
如果学校有相关的条件, 那么就可以把这个演示实验进行改动, 将其变成学生们的随堂实验, 让学生从单纯的观看实验转变为亲自动手去实验。
这是一个关于物体在曲线运动中条件的教学片段, 首先我们需要搞清楚几个问题, 第一个问题是做曲线运动的物体的速度是否一定发生变化, 以及这之中是否存在加速度, 第二个问题是做曲线运动的物体是一定受到力的作用吗, 还有物体受到了力的作用是否一定会做曲线运动, 第三个问题是物体究竟是否做曲线运动可能与怎样的因素有关, 如果我们要通过实验来研究这一现象, 需要控制哪些特定的因素不被改变。
4. 如图5-6所示, 当钢球从倾斜轨道上滚下来之后进入水平面进行运动的时候, 如果这时候改变了磁铁摆放在那里的位置同时也改变了钢球向下滚动的那个高度, 那么你是能够得到一个怎样的结论的?
请看下图5-7, 在这个图里有一个水平面, 上面放置了一个倾斜的轨道以及由好几块泡沫构成的一条曲线形状的轨道, 在这些泡沫里面编号为1、2、3、4的那些是可拿走的部件, 当小小的钢球在那个轨道内部开始运动的时候, 如果把其中几块给撤走将会让小钢球的运动轨迹发生改变的话你需要把哪几块撤掉, 这背后的道理是因为什么。
实验得出的结论和你的分析结果是不是相符呢? 第六个问题问的是, 当一个物体在做曲线运动的时候, 它所受到的合力方向与该物体运动轨迹的弯曲情况之间存在着一种什么样的关系?
本节内容是讨论了那些更一般的一些运动形式。所以, 它对学生来说, 是提出了更高的要求这个事儿。整一节教材, 它是紧紧围绕着两个重点在搞。哪两个重点? 一个是物体在做曲线运动的时候, 它的速度方向是怎样的。另一个重点是问, 曲线运动产生条件到底是哪些。
然后, 它就是把咱们的生活经验、做实验去探究、分析推理这些动作, 还有对现象进行解释这一套过程, 都有机地给结合到了一起。这个过程是一个接着一个, 层层递进发展下去的。这么做的话, 是大有利于学生们核心素养这方面的能力培养的。
3. 针对“练习与应用”这一部分提供的参考答案以及相关的提示, 我们在本节一共安排了五道习题。
这样做的目的是为了让学生们能够更深入、更透彻地理解他们正在学习的哪些物理概念, 还希望能够促使他们在那些比较熟悉的问题场景之中恰当地运用常见的物理模型, 同时也期望学生能够对相对简单的物理现象进行适当的分析与推理操作, 并最终获得相应的结论。
这道题里的第1小题和第2小题, 它们的目的是为了考察学生, 能不能把那些看起来复杂的生活里的问题, 给抽象成比较简单的物理模型, 这样做, 就是为了让大家对曲线运动中那个速度方向, 是沿着轨迹上对应的那个点的切线方向这个事儿, 能有更深入的理解和更清楚的认识。
再来说说第3题和第4题, 这两道题, 是要让学生自己弄明白圆周运动里的速度方向, 它是沿着圆周上那个特定点的切线方向的, 同时, 还要求学生能用一点科学的方法去进行推理, 最后通过自己的思考, 把最终的结论给拿到了手。
第5题要求同学掌握一种方法, 就是根据物体的受力状况来判定物体的运动状况, 还要体会一下速度的方向、合力的方向以及轨迹的弯曲程度这三者之间存在着什么样的关系。
1. 我们可以看到图5-8中的情况, 具体是这样的, 在位置B那里以及位置D这里, 头部的速度方向和入水时候的速度方向是一样的；然后呢, 在位置A那里, 或者是在位置C这里, 头部的速度和入水时候的速度方向恰恰是相反的。
本题设置了以“梦之队”为素材的问题, 加强了对爱国主义的教育。把运动员头部的运动看作是质点的运动, 深化了对曲线运动中速度方向是沿着该点轨迹的切线方向的认识。
2. 标注工作已经省略掉了。
在遇到实际的物理问题的时候, 我们应该清楚地认识到并且深刻理解这样一个基本的事实, 也就是做曲线运动的物体, 它在某一个特定位置上的速度方向应当被确定为了该点轨迹曲线的切线方向。
3. 汽车在行驶半周的过程中, 其速度方向发生了改变, 改变的量为π。汽车每经过10秒的时间, 速度的方向就会改变, 具体的计算方式是2π除以60然后乘以10，结果等于π/3, 关于速度矢量的变化情况, 如图5-9所示。
你可以把汽车的运动想象成一个质点在做一个圆周运动, 这样做能够让你理解速度方向其实是沿着圆周上那个点的切线方向的, 然后你再根据一点几何知识就可以明白, 在某一段时间里速度方向改变了多少角度, 其实就等于在那段时间里圆的半径转过了多少角度。
4. 如图5-10所示, 这里设那个质点跟圆心之间的连线扫过的角度叫做α。同时呢, 也设这个质点的速度方向所改变的那个角度是θ。那么就有一个情况是, 用180度的角减去α, 去减去180度的角减去θ的结果进行对比。
也就是算一算180°减去α是多少, 再算一算180°减去θ是多少。然后我们发现, 这两个结果是一相等的, 那么就可以得出一个结论, 就是α等于θ。
提示: 运用数学知识证明即可。圆周运动某段时间内速度方向改变的角度与该段时间内质点与圆心连线所扫过的角度, 二者是相等的。
5. 大家可以看到图5-11里面的情况就是这样的, 首先是AB段这一段, 它是做的是曲线运动, 然后是BC段这一段, 它是进行的直线运动, 最后是CD段这一段, 它又是做的曲线运动。
第2节 运动的合成与分解
1. 教学目标具体包括以下内容, 第一点是要能够根据研究实际问题的实际需求来建立合适的平面直角坐标系, 并且还要会用函数的方式来描述直线运动这一过程。
第二点是需要理解合运动以及分运动这两个概念的含义, 并且能够对简单的平面运动情形执行合成操作或者分解操作。第三点是通过学习的关于运动的合成与分解知识内容, 初步体会到那种把复杂的运动形式给分解为简单的运动形式的物理分析思想。
2. 本节对学生的能力要求是比较高的, 主要要解决的问题是让那个学生建立起一种关于运动的合成以及分解的这种思想, 并且要用这种思想来处理那些比较简单的平面运动的情况, 这样是为了给后面研究平抛以及斜抛运动打好一个基础作用的。
本节内容其实是一个转折点的意思, 这个转折点是指学生在学习过了那种比较简单的直线运动之后, 就从定量去研究直线运动的规律, 转而进入到了定量去研究曲线运动的规律的这样一个过程中间。
虽然学生已经清楚了曲线运动在动作上的表现特点以及受力方面的特点, 但是他们并不明白该怎么去把位移、速度、加速度这些描述物体运动的参数给说清楚。
要是在这以前, 学生已经有了关于合力和分力的概念, 有了关于力的合成和分解的知识, 还有了相关的思想, 那么这个情况对于理解运动的合成与分解来说, 是起到了一定的启发作用的。通过学习, 学生能学会用平面坐标系来描述曲线的运动。
并且可以借助运动的合成和分解的方法, 把那些复杂的运动拆分成几个简单的分运动。接着去研究这些简单分运动的具体性质。以此来判定物体实际运行的性质和它走出的轨迹。以此为基础, 更进一步地对复杂的曲线运动展开研究。
（1）我们在做平面运动的实例分析的时候, 教材首先拿了一个问题来作为开头, 这个问题就是人在流动的河水中游泳到底能不能到达河的正对岸, 通过这个引子, 引出蜡块运动这个实验的展示过程。然后根据蜡块在动的事实, 把合运动这个概念给弄出来了。
接着就引导学生去猜一猜蜡块走出的轨迹长啥样, 以及它的运动性质是咋回事, 并且让大家试着建立起一个坐标系来做相关的研究。
再依据看到的现象进行操作, 也就是蜡块沿着玻璃管向上面的方向进行运动, 同时玻璃管也跟着一起朝着水平向右的方向做着匀速的运动, 在这两个特定的方向之上, 正式建立了直角坐标系用来分析情况。
因为蜡块在这两个方向上的运动, 它们各自都是匀速直线运动, 所以我们完全可以使用已经掌握的直线运动规律来进行描述, 进而推导出轨迹函数以及蜡块运动的速度, 通过这样的方式去分析蜡块的运动, 实际上就是为讲解合运动和分运动的概念提前做好铺垫工作, 关于教材整体的安排形式它是围绕情境的发展脉络作为主要线索来组织的, 里面主要包含了像情境体验、实验探究以及理论分析等等这些具体的教学环节, 借助于一步步逐步推进的方式来最终完成运动合成与分解这部分知识的构建过程。
这样的编排方式, 是有利于学生的科学思维素养这块能力的培养的。
蜡块运动实验是本节的重点之一。合运动与分运动这两个概念的建立要基于本实验。坐标系的建立也要基于本实验。对蜡块运动轨迹的探究要基于本实验。
对蜡块运动速度的探究也要基于本实验。因此教师一定要精心准备。这样才可以确保实验成功。运动合成与分解知识的构建是本节的另一个重点。其中的运动等效思想也是本节的另一个重点。
教材里面设置了问题情境还有演示实验, 用来展开物体在平面中运动的研究, 引出怎么描述平面上运动的物体的运动轨迹、位移、速度、加速度这些问题。这样的安排有帮助让学生从自己有的知识出发, 去发现新问题, 形成探究的意向和目标, 为了解决新的问题做好准备, 实验演示要和学生的思考结合得很紧密。
比如, 要看清楚蜡块到底是往哪个方向运动的, 要搞清楚蜡块走出来的那条轨迹到底长什么样子, 还要去思考一下这个蜡块本身的运动性质究竟是怎样的, 同时呢, 也得琢磨琢磨合运动跟分运动之间的那层关系到底是怎么回事。
这段教学片段的内容, 是关于深入探究合运动与分运动之间的关系的, 其中 wax 块运动的演示如图5-12所示, 蜡块运动的视频截图则具体展示在图5-13中, 针对第一个问题, 我们需要观察图5-12丙的情形, 来分析蜡块当时在同一时刻下具体共同参与了哪几项独立动作, 以及蜡块最终呈现出来的实际整体运动轨迹是怎样的特征, 第二个问题则是要求我们仔细考察并找出合运动过程所花费的时间, 与各个分运动各自耗费的时间之间, 究竟存在着一个什么样的明确相对关联。
3. 请看图5-13。如果我们改变了玻璃管在水平方向运动的速度, 请问蜡块从A点移动到底部B点的时间会不会发生变化? 另外, 玻璃管在水平方向的运动变化情况, 是不是会影响到蜡块在竖直方向的正常运动? 还有第4个小问。
根据图5-13, 请大家试着把分运动的位移以及合运动的位移都给画出来。它们彼此之间要符合什么样的关系?
5. 咱们来考虑一下合运动和分运动的等时性这一点, 你觉得合速度与分速度之间是否也同样具备这种关系, 接着看第6题, 飞机起飞时的速度为300km/h, 飞行方向与水平面的夹角为30°, 那么水平分速度和竖直分速度各是多大, 再看第7题, 一艘炮舰沿河由西向东匀速行驶, 在炮舰上发射炮弹, 要是为了击中正北岸的目标B, 能直接向正北方向发射炮弹吗。
把实验这个环节给做好, 这就是让这一堂课教得精彩的核心要点。在进行实验操作的过程中, 老师有必要给学生做一个提醒, 告诉大家这里所研究的那个对象其实就是蜡块, 而学生们亲眼所看到的蜡块的运动情形, 它就是合运动的表现。
这个实验可以分开成好多个步骤来开展: 首先, 第一步, 就是把玻璃管给它倒过来放, 并且要保持让它竖立着, 不能乱动, 这时候你就能看到蜡块沿着玻璃管在匀速地向上跑起来。
其次, 第二步呢, 是让那个本来是竖直倒着的玻璃管开始做水平方向的匀速直线运动, 当然也要保证蜡块始终都待在玻璃管的顶部位置, 然后去观察一下蜡块究竟是怎么运动的。
3. 请看着玻璃管, 让它按照水平方向做匀速直线运动, 与此同时, 请注意观察蜡块在整个过程当中, 在玻璃管的内部究竟是在做一种怎样的运动形式。
在考虑到学生进行观察的过程中, 其注意力往往只能集中在某一处特定位置的情况下, 而想要去分析合运动与分运动的关系的时候则是需要不断变换观察的对象的一种状态, 所以完全可以使用视频截图的方式来进行展示这种动态过程的表现形式。
这是一个关于教学片段的描述, 其核心内容是让学生去探究合运动的性质和轨迹。为了进行演示, 老师使用了运动合成演示仪来展示笔尖的运动情况, 具体的操作情形可以参考图5-14所示的内容。
接下来老师提出了第一个问题, 就是假设保持笔尖在水平方向上面的运动是匀速运动, 同时它也要求在竖直方向上面的运动也是匀速运动, 那么请同学们根据这个前提条件, 来猜想一下最终画出来的轨迹会是什么样的形状。
紧接着, 老师在问题中展示了图5-14甲所示的轨迹图像, 并询问同学们该图像上的轨迹是否与之前大家的猜想是一致的。最后, 老师还希望大家能够对这一现象作出合理的解释。
2. 假如笔尖在水平方向的运动属于匀速运动, 而通过调整电动机的转速让笔尖在竖直方向的速度于运动进程中突然增加, 请对此尝试猜想轨迹的整体外貌。图5-14乙中展现的轨迹形态与你的设想是否相符? 你是否能够给出相应的解释说明?
另外, 当满足笔尖水平方向的运动维持为匀速运动的条件下, 且笔尖在竖直方向的速度在整个运动过程里呈现均匀增大的情形, 又该如何猜想这轨迹的具体形状。图5-14丙中所展示的轨迹和你当初的猜想是否完全符合, 你是可以对此加以解释的吗?
另外, 有两个相互垂直方向的直线运动被合并之后所组成的合运动, 难道就一定是直线运动吗?
上述研究是可以分成三种情况来进行考察的。保持一个方向的运动是匀速运动的这种状况下, 另一个方向的运动可以是匀速运动, 也可是分两个阶段的匀速运动, 还可以是速度逐渐发生变化的运动。
第一种情况的描述跟教材里面介绍的蜡块运动是比较类似的, 教师可以借用这个例子来辅助学生搞清楚实验装置长什么样, 然后为学生分析第二种情况奠定好基础。第二种情况起到了承上启下的关键作用。至于第三种情况怎样。