1、中學(xué)物理教材與課例分析,福建師范大學(xué) 物能學(xué)院 林欽 ,什么是物理學(xué)？,為什么木塊會(huì)浮在水上，而實(shí)心鐵球就不會(huì)??？ 或者為什么把鐵捶成鐵片并用它來(lái)建造船身時(shí)船會(huì)浮起。,當(dāng)把幾個(gè)定律綜合在同一個(gè)模式之中時(shí)，只要用少數(shù)幾個(gè)主模式或主定律，就能解釋幾乎所有的物理現(xiàn)象。 這些普遍化的定律構(gòu)成了科學(xué)知識(shí)概念性組織的更高一層，這叫做理論。,麥克斯韋方程組,赫茲這樣評(píng)價(jià)麥克斯韋的電磁理論： 人們不禁要感到那些數(shù)學(xué)公式是獨(dú)立存在的，并具有真實(shí)的內(nèi)容。 它們所包含的東西多于我們所知道的，也多于發(fā)現(xiàn)它們的人； 它們將提供比所有放進(jìn)它們里頭的東西更多的信息。,一、力學(xué),力學(xué)適用的領(lǐng)域有多大？ 天體尺度 人體尺度 微

2、觀尺度,經(jīng)典力學(xué)建立的基礎(chǔ)是： 物質(zhì)的粒子模型！（質(zhì)點(diǎn)、理想化模型） 必修一，第2章。 物體能否看成質(zhì)點(diǎn)的判據(jù)是？ 經(jīng)典力學(xué)建立的重要條件： 自然過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 和 實(shí)驗(yàn),要描述實(shí)驗(yàn)與解釋實(shí)驗(yàn)，總是以對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行量度性的測(cè)量為基礎(chǔ)的。 為了完整的描述空間位置，除了距離的概念，還需要方向的概念，引出矢量的概念！ 為了清楚的描述物體，引出質(zhì)量的概念,質(zhì)量,“物質(zhì)的量是用它的密度和體積一起來(lái)量度的”。牛頓視質(zhì)量為“物質(zhì)的量”其大小由密度和體積決定。 “密度相同的物體，是指那些慣性與其體積之比是相等的物體”。 這樣，質(zhì)量與密度的定義不幸陷入了邏輯循環(huán)，根據(jù)密度和體積去量度質(zhì)量變成不可能，牛頓的質(zhì)量定

3、義不具備測(cè)量意義。,我們應(yīng)該怎么定義質(zhì)量？,自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理,必須把“物質(zhì)的含量”與其他物理知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，解決量度問(wèn)題，質(zhì)量的定義才更科學(xué)、更完整。 請(qǐng)嘗試從牛頓第二定律和萬(wàn)有引力定律出發(fā)，分別對(duì)質(zhì)量下定義。,根據(jù)牛頓第二定律，用一個(gè)確定的力，對(duì)兩個(gè)不同物體施加作用，獲得的加速度的比值作為質(zhì)量的反比，且與外力無(wú)關(guān)，唯一決定于兩物體的屬性。 這一屬性稱(chēng)為物體的慣性質(zhì)量，它描述了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易尺度，是物體慣性大小的量度。,根據(jù)萬(wàn)有引力定律，質(zhì)量既體現(xiàn)了產(chǎn)生引力場(chǎng)的能力，又體現(xiàn)了受引力場(chǎng)作用的能力。 因此，質(zhì)量可以定義為“物體產(chǎn)生引力場(chǎng)和受引力場(chǎng)作用能力的量度”引力質(zhì)量,愛(ài)因斯坦曾說(shuō)：地球

4、以重力吸引石頭而對(duì)其慣性質(zhì)量毫無(wú)所知，地球的“召喚力”與引力質(zhì)量有關(guān)，而石頭所“回答”的運(yùn)動(dòng)則與慣性質(zhì)量有關(guān)。 慣性質(zhì)量等價(jià)？引力質(zhì)量,一、力學(xué),力的概念,力的作用是相互的,力的作用效果,力的分類(lèi),力與運(yùn)動(dòng),牛頓三定律,功和能,沖量和動(dòng)量,物體的運(yùn)動(dòng),勻變速直線運(yùn)動(dòng),曲線運(yùn)動(dòng),簡(jiǎn)諧振動(dòng)、機(jī)械波,一、力,力是物體對(duì)物體的相互作用！ 任何情況下都對(duì)嗎？ 慣性力！ 慣性系與非慣性系,力的基本概念,力是物體對(duì)物體的相互作用。 力的效應(yīng) 產(chǎn)生加速度（外效應(yīng)） 產(chǎn)生形變（內(nèi)效應(yīng)） 力的效應(yīng)取決于力的三要素。 力都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)效應(yīng)（形變）嗎？,力的基本概念,力的分類(lèi)：性質(zhì)分 效果分 重力 壓力 彈力 拉力 摩擦

5、力 推力 浮力？,力的合成與分解 同一個(gè)力可以分解為無(wú)數(shù)對(duì)不同的力。那么，力的分解應(yīng)遵守什么原則。,如圖所示，C是水平地面，A、B是兩塊長(zhǎng)方形物塊，F(xiàn)是作用在物塊B上沿水平方向的力，物體A和B以相同的速度作勻速直線運(yùn)動(dòng).由此可知，A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)1和B、C間的動(dòng)摩擦因數(shù)2有可能是(). (A)1=0， 2=0 (B)1=0， 20 (C)10，2=0 (D)10，20,如圖所示，質(zhì)量均為m的三塊木塊A、B、C，其中除A的左側(cè)面光滑外，其余各側(cè)面均粗糙.當(dāng)受到水平外力F時(shí)，三木塊均處于靜止?fàn)顟B(tài).畫(huà)出各木塊的受力圖。,如圖所示，重力大小都是G的A、B條形磁鐵，疊放在水平木板C上，靜止時(shí)B對(duì)A的

6、彈力為F1，C對(duì)B的彈力為F2，則(). (A)F1=G, F2=2G (B)F1G, F22G (C)F1G, F2G, F2=2G,如圖所示，A、B兩物體用細(xì)繩相連跨過(guò)光滑輕小滑輪懸掛起來(lái)，B物體放在水平地面上，A、B兩物體均靜止.現(xiàn)將B物體稍向左移一點(diǎn)，A、B兩物體仍靜止，則此時(shí)與原來(lái)相比(). (A)繩子拉力變大 (B)地面對(duì)物體B的支持力變大 (C)地面對(duì)物體B的摩擦力變大 (D)物體B受到的合力變大,二、重力、萬(wàn)有引力定律,重力的概念 失重和超重 質(zhì)量和重力的關(guān)系 萬(wàn)有引力的規(guī)律及其特點(diǎn) 重力和萬(wàn)有引力的關(guān)系,重力,重力的方向：豎直向下，指向地心？ 物重是物體受到重力的簡(jiǎn)稱(chēng) 引力常

7、量g只在地球表面附近時(shí)恒量，隨高度和緯度會(huì)變化。,超重與失重,物重視重：失重 物重視重：超重,力的基本概念,由于物體向下，所以失重；加速度向上，所以超重。這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 原因：壓力大于重力，超重 注意區(qū)別：超重與失重產(chǎn)生的原因、判斷方法（加速度a）。,力的基本概念,作為物理老師，你需要多久作出判斷？你的判斷對(duì)嗎？,天平的一邊有一水杯，里面用細(xì)繩拉著一乒乓球，與另一邊的砝碼平衡。若細(xì)繩斷開(kāi)的瞬間，天平往那邊傾斜？,（天平示數(shù)為N值，剛開(kāi)始N=mg）水下降，整體失重，Nmg,萬(wàn)有引力定律及其特點(diǎn),萬(wàn)有引力定律公式 意義 牛頓認(rèn)為：物體落地是由于地球?qū)ξ矬w的吸引，而地球與物體間的引力可能與天體間的引

8、力具有相同性質(zhì)。他設(shè)計(jì)了著名的“月-地”檢驗(yàn)。將天上的力和地上的力統(tǒng)一起來(lái)。 請(qǐng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的觀察條件，設(shè)計(jì)所需的物理量，并進(jìn)行驗(yàn)證。,應(yīng)用公式計(jì)算的條件是：質(zhì)點(diǎn),重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引作用而產(chǎn)生的。 什么地方的重力最大？什么地方最??？與地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力最大誤差多大？ 以下推導(dǎo)與維度關(guān)系，與高度的關(guān)系請(qǐng)自行推導(dǎo),彈力,產(chǎn)生彈力兩個(gè)條件：接觸和形變 胡克彈性力F=-kx 經(jīng)度系數(shù)k，是物質(zhì)的固有屬性嗎？,產(chǎn)生原因的微觀解釋?zhuān)?普遍情形下的胡克定律： 在彈性限度內(nèi)，物體的應(yīng)力與應(yīng)變成正比，Y為材料的楊氏模量 為什么彈力垂直支持面？,彈性勁度系數(shù)k,勁度系數(shù)k不是材料固有的屬性,將一彈簧分成等長(zhǎng)

9、的兩段后，勁度系數(shù)k是否發(fā)生變化？ 在彈性限度內(nèi)，以力F拉彈簧，能使它伸長(zhǎng)x，如果用四個(gè)這樣的彈簧如圖組成系統(tǒng)，要使這個(gè)彈簧系統(tǒng)也伸長(zhǎng)x，需要多大的力？,彈力實(shí)驗(yàn),如圖甲所示，用輕質(zhì)細(xì)繩把兩個(gè)質(zhì)量未知的小球懸掛起來(lái)，現(xiàn)對(duì)小球a持續(xù)施加一個(gè)向左偏下30。的恒力，并對(duì)小球b持續(xù)施加一個(gè)向右偏上30。的的同樣大的恒力，最后達(dá)到平衡，表示平衡狀態(tài)的圖可能是圖乙中的（ ）,阿特伍德機(jī)繩中的張力問(wèn)題 如圖，兩木塊質(zhì)量分別是m1，m2，滑輪質(zhì)量m，半徑r。繩子不可升長(zhǎng)且質(zhì)量不計(jì)，摩擦不計(jì)。 試討論兩段繩子的拉力大小。,對(duì)m1 對(duì)m2 對(duì)m,可見(jiàn)，一般情況下，彈力大小不等。 當(dāng) 則 若 ，滑輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 若

10、 ，滑輪質(zhì)量不計(jì)時(shí)，,摩擦力,分析汽車(chē)行駛過(guò)程中，車(chē)輪的受力情況。,摩擦力,已知滑塊靜止，質(zhì)量為m。 判斷以下各個(gè)接觸面的摩擦力大小,“接觸面越光滑，摩擦力越小，當(dāng)接觸面絕對(duì)光滑時(shí)，則摩擦力為零”對(duì)嗎？,摩擦因數(shù)相同的平面，比較A行駛到B處的速度與B行駛到A處的速度大小（兩個(gè)完全相同的?。?自行車(chē)剎車(chē)是利用固定在車(chē)架上的橡皮對(duì)車(chē)輪施加摩擦而實(shí)現(xiàn)的，雖然自行車(chē)的前、后輪都可以實(shí)現(xiàn)剎車(chē)，但我們主要使用后輪的剎車(chē)，請(qǐng)解釋原因。,有大小、有方向的量一定是矢量嗎？ 中學(xué)階段學(xué)習(xí)的“+” “”表述含義有那些？,力概念的辨析,質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng),位移與路程 速度與平均速度 加速度 質(zhì)點(diǎn)勻變速運(yùn)動(dòng)的速度規(guī)律、位移

11、規(guī)律，及重要推論,有人根據(jù)豎直上拋的初速度與最大高度之間的關(guān)系v0=(2gh)1/2判斷，要把一物體豎直上拋到無(wú)窮遠(yuǎn)，初速度必須無(wú)窮大，這樣判斷對(duì)嗎？ 正確的速度應(yīng)該多大？,如圖所示，小球從豎直磚墻某位置靜止釋放做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用頻閃照相機(jī)在同一底片上多次曝光，得到圖中1、2、 3 、4 、5. (從上至下)所示小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每次曝光的位置.連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均為T(mén),每塊磚的厚度為d。根據(jù)圖中的信息，下列判斷正確的是,A.位置1 是小球釋放的初始位置 B.小球在位置 3 的速度大小為7d/2T C.小球下落的加速度大小為d/T2 D.小球在位置5的速度大小為11d/2T,某同

12、學(xué)對(duì)B“小球在位置 3 的速度大小為7d/2T有一個(gè)疑問(wèn)： 根據(jù)S=aT2，1-2為2d，2-3為3d，則從靜止開(kāi)始下落至1點(diǎn)應(yīng)為d，時(shí)間為T(mén)。 如果用v2-v02=2ax來(lái)算 v2=2(d/T2) (d+2d+3d), v=2(3)1/2 d/T,WHY?,在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中，相同時(shí)間的位移的比值是1:3:5:7:9，而相鄰的兩個(gè)位移的差就會(huì)是2，也就意味著相鄰相等時(shí)間的位移差必須是第一個(gè)時(shí)間內(nèi)位移的兩倍 所以這個(gè)題目是以t/2為單位時(shí)間的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 第一段位移去掉，再把2和3合并，4和5合并，6和7合并，得到比例為2:3:4:5,曲線運(yùn)動(dòng),研究的方法：極限細(xì)分法（分割） 運(yùn)

13、動(dòng)合成與方法：獨(dú)立性、等時(shí)性、矢量性 平拋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 斜拋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,平拋運(yùn)動(dòng),位移,速度,加速度,位移大小,與水平方向夾角,速度大小,，夾角,斜拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)題意，靈活使用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法。,討論了這樣一個(gè)問(wèn)題，動(dòng)物管理員在森林里尋找到了一只丟失的猴子，立即用麻醉槍水平地射擊，設(shè)子彈從槍口水平射出的瞬間，精明的猴子便從靜止開(kāi)始自由下落猴子跑掉了嗎？為什么？ 如果猴子在比較高的樹(shù)上，管理員是斜向上瞄準(zhǔn)的，其他條件相同。猴子跑掉了嗎？為什么？ 爆炸的煙花為什么成“球形”？,平拋運(yùn)動(dòng)和斜拋運(yùn)動(dòng)可以用圖像表示嗎？,圓周運(yùn)動(dòng),向心力是等效力。 她有反作用力嗎？ 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體失去向心力時(shí)，是沿切線

14、方向飛出，還是沿矢徑方向飛出？,力與運(yùn)動(dòng),牛頓運(yùn)動(dòng)定律：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 根據(jù)牛頓第二定律：沒(méi)有力（合外力為零）物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變，即保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。得到牛頓第一定律的結(jié)論！牛頓第一定律是第二定律的一個(gè)特例？ 如何理解“慣性是力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)”（恩格斯）,力與運(yùn)動(dòng),力學(xué)研究的是機(jī)械運(yùn)動(dòng)與相互作用規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)物體在空間位置的變化。 運(yùn)動(dòng)時(shí)絕對(duì)的，但是運(yùn)動(dòng)的描述是相對(duì)的。 要描述物體的運(yùn)動(dòng)，需要參考系，對(duì)不同的參考系，力學(xué)規(guī)律具有不同的表現(xiàn)形式。牛頓第二定律僅適用于慣性系。 如果是非慣性系，還需要增加一個(gè)非慣性力,牛頓第三定律需要慣性系的前提嗎？,牛頓第二定律,使

15、用條件和范圍（宏觀、低速） 質(zhì)點(diǎn) 慣性系 運(yùn)動(dòng)速度 量子條件,牛頓第三定律,有力必有源 作用力和反作用力等大，反向，共線 同一性質(zhì)的力，同時(shí)產(chǎn)生、變化、消失 與參考系選取無(wú)關(guān)。,思考：力的傳遞需要時(shí)間，作用力與反作用力還能等時(shí)嗎？ 根據(jù)相對(duì)論觀點(diǎn)，一個(gè)物體受到作用和另一個(gè)物體的反作用看成兩個(gè)事件，這兩個(gè)事件的同時(shí)性是與參考系的選擇有關(guān)的。在一個(gè)慣性參考系中同時(shí)發(fā)生的事，在另一個(gè)慣性系中看來(lái)就不是同時(shí)的了。,機(jī)械運(yùn)動(dòng)的量度,機(jī)械能守恒定律與動(dòng)能定理 動(dòng)能與動(dòng)量 做功本領(lǐng)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 動(dòng)能定理與動(dòng)量定理 力的空間積累，力的時(shí)間積累,動(dòng)量是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)量度的機(jī)械運(yùn)動(dòng) 動(dòng)能是以運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為定量的其他形式的運(yùn)動(dòng)的能力來(lái)量度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 恩格斯,力與運(yùn)動(dòng),（動(dòng)量守恒定律）質(zhì)量m1=100克的小球，以v1=5m/s的速度與質(zhì)量m2=400克靜止的小球發(fā)生對(duì)心彈性碰撞