万有引力变轨问题的问题↓

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关于《万有引力》问题
《万有引力》漫画12卷,TV版13集,OVA一部(上下两集)。
《万有引力变奏曲》就是番外。讲的也是由贵和新堂他们的事。就是H的份比较多。这个有漫画。
,你找找。好久没看过bl作品了!还是看在男主角帅呀!
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万有引力定律-知识点
万&#8203;有&#8203;引&#8203;力
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关于万有引力的问题
上以V0的速度竖直上抛一物体,经时间t后物体落回手中.已知星球半径为R,那么使物体不再落回星球表面,物体抛出的速度至少为多少(用字母表示)
GMm/(r的平方)=mg=m(v的平方)/r
所以所求速度V=根号下gR=2VoR/t
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高一物理万有引力
见证考题:万有引力定律首次揭示了自然界中物体间一种基本相互作用的规律。以下说法正确的是
)A.物体的重力不是地球对物体的万有引力引起的B.人造地球卫星离地球越远,受到地球的万有引力越大C.人造地球卫星绕地球运动的向心力由地球对它的万有引力提供D.宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于没有受到万有引力的作用C一·万有引力:任何两个物体都是相互吸引的,这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间,称为万有引力。二·万有引力定律:跟它们的距离的平方成反比。宇宙间任何两个物体都是相互吸引的,公式
F=GMm/r2G=6.67×10-11N·m2/kg2(牛顿)(卡文迪许)引力恒量引力的大小,跟这两个物体质量的乘积成正比,问题:1.质量分别为m1、m2的两个均匀球体,半径均为R,两球相距L(L>>R),如图所示,求两球之间的引力大小。L注意:r:
为两物体质心间的距离答:F=Gm1m2/(R+L+R)2练习:有一批记者乘飞机从上海来到西藏 旅游,他们在上海托运的行李来到西藏时,
行李的质量将( 填变大、不变或变小), 所受的重力大小将(填变大、不变或变小).不变变小1.地球高空处重力的计算:例:一物体,在地球表面时重力为G0,则它在距地面高度为地球半径的2倍时,重力G为(
G0/9三.万有引力定律的应用:D2.其它星球上重力 、重力加速度的计算练习:设地球质量为M,半径为R,土星质量为M/,半径为R/,如地表重力加速度为g0,则土星表面的重力加速度为多少?解:忽略星球自转时,万有引力等于重力在地球表面:GMm/R2=mg0在土星表面GM/m/R/2=mg/g/=M/R2/MR/23.人造地球卫星第一宇宙速度:v1=7.9km/s.如果卫星的发射速度小于7.9km/s :.它是人造卫星围绕地球表面做匀速圆周运动所必须具有的速度.卫星将落到地面而不能绕地球运转;如果卫星的发射速度等于7.9km/s :卫星刚好能在地表附近作匀速圆周运动。第二宇宙速度 v2=11.2 km/s就会挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去,成为一颗人造恒星。如果卫星的发射速度达到16.7km/s:第三宇宙速度v3=16.7 km/s如果卫星的发射速度达到11.2km/s:就会挣脱地球的引力束缚,而围绕太阳旋转。练习:(05茂名)在地面上以速度V发射一飞船后,这艘飞船绕地球转动,当发射速度提高到2V时,飞船将可能
仍绕地球转动,
轨道半径增大B
仍绕地球转动,
轨道半径减小C
摆脱地球引力束缚, 围绕太阳旋转D
摆脱太阳引力束缚
飞向宇宙小结:当7.9km/s≤V发<11.2km/s时:当11.2km/s≤V发<16.7km/s时:C
D卫星绕地球旋转卫星绕太阳旋转⑵人造卫星的角速度:ω= V/r =⑶人造卫星的周期:T = 2πr/V = 2π则:
r↑角速度ω↓⑴人造卫星的速度公式:V=则:
r↑运行速度V ↓⑷同步卫星:①定周期:T=24h②定轨道平面-----必在赤道平面内③定高度:h=GMm/(R+h)2 =m(R+h)(2 π /T)236000km④定点:每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上,相对地面静止。练习:(05汕头)关于地球同步通信卫星,以下说法中正确的是
它不一定在赤道上空运行B
各国发射的这种卫星的轨道半径都不一样C 它运行的线速度介于第一和第二宇宙速度之间D它运行的线速度一定小于第一宇宙速度小结:D第一宇宙速度7.9km/s,是人造地球卫星的最小发射速度,也是人造卫星环绕地球运行的最大运行速度⑸卫星中的超重与失重:①发射升空过程:超重②进入轨道上正常运转过程:失重③返回阶段:超重练习1:(04韶关)日早晨6时,乘坐“神州五号”飞船在太空遨游21小时的中国航天员杨利伟,披着巡天万里的征尘,从天外归来,在飞船发射升空、绕地球作圆周运动、返回地面前的三个阶段,航天员杨利伟所处的状态是:
超重D练习2:宇航员在围绕地球作匀速圆周运动的的飞行器中会处于完全失重状态,下列说法正确的是:(
宇航员不受重力作用B
宇航员受平衡力作用C
重力正好作向心力D
宇航员不受任何力作用练习3:航天员若在轨道上长时期停留,需每天进行 体育锻炼,下列器材适合航天员进行体育锻炼的是(
B 弹簧拉力器C
D 跑步机CB问题:已知人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r,周期为T,你能否算出地球的质量?解:卫星做圆周运动的向心力来源于地球对它的万有引力,设地球质量为M,卫星质量为m由
= mr ω2 =mr (2 π /T)2得:M=4 π2r3/GT2延伸:月球绕地球:地球绕太阳:小结:求中心天体的质量:M=4 π2r3/GT2练习:已知万有引力常量为G,地球半径R,同步卫星距地面高度为h,某同学根据以上条件,提出一种估算地球质量M的方法:同步卫星绕地心做圆周运动,由GMm/h2 =m(2 π /T)2h得:M=4 π2h3/GT2请判断以上结果是否正确,并说明理由。如不正确,请给出正确的解法和结果。(2005年广东高考物理试题)万有引力万有引力定律人造地球卫星内容应用求地球高空处重力求其它星球上的重力求中心天体的质量宇宙速度同步卫星速度公式定周期定轨道平面定高度定点检测练习:1.第一次通过实验比较准确地测出引力常量的科学家是:
卡文迪许D2.下面几个力中属于万有引力的是:
马拉车的力B
分子间的吸引力C
地球对人造卫星的吸引力D
被摩擦过的塑料梳子吸引纸屑的力C3.为了计算一个天体的质量,需要知道绕着该天体做匀速圆周运动的另一星球的条件是
质量和运转周期
运转周期和轨道半径C
运行速度和质量
运转半径和质量B4.某人试图发射一颗绕地球做圆周运动的卫星,下列设想中哪些是可以实现的?设地球半径为6400km,地球表面的重力加速度为9.8m/s2.
环绕速度为9.7km/sB
环绕速度为11.2km/sC
周期为12hD
周期为1hC5. (05深圳)某人造地球卫星因受到高空稀薄空气阻力的作用,绕地球运转的轨道会慢慢改变,每次测量中卫星的运动可近似看作圆周运动,某次测量卫星的轨道半径为r1,后来变为r2,
r2<r1,以Ek1,Ek2表示卫星在这两个轨道上的动能,T1,T2表示卫星在这两个轨道上绕地球运动的周期,则
T2>T1C6. (05惠州)质量相等的两个人造地球卫星A和B,分别在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动,两卫星的轨道半径分别为rA和rB,且rA>rB,,则A和B两卫星比较A
卫星A的运行周期较大
卫星A受到的地球引力较大C
卫星A的动能较大D
卫星A的向心力较大A7.
人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R,线速度为V,周期为T,若要使卫星的周期变为2T,可能的办法是:
R不变,使线速度变为V/2B
V不变,使轨道半径变为2RC
轨道半径变为41/3 RD新课程高中物理教材的几个问题
当前位置:>>>>>>>>>>
在教材的编写过程中,编者与一线教师进行了广泛而深入的交流。有些共同性的问题在此做些说明。
● 这次课程改革十分强调科学探究在科学课程中的作用。这套教材中并没有“科学探究”这个栏目,编者是怎样考虑的?
科学探究是一类教学活动,但不限于此。因此,我们认为不宜设立一个栏目,叫做“探究”,好像不是这个栏目的内容就不是探究了。科学探究也是一种精神。在一定程度上可以说,人们对未知事物的探求精神是与生俱来的。科学教育应该保护并发扬青少年的探究精神。因此,这套教材从整体上是以探究的思路展开的。
例如,全书开始就提出这样的问题:实际物体的运动是复杂的,如果物体都是一个个只有质量、没有大小的“点”,问题就简单了。那么,什么情况下可以把物体看做这样的“点”呢……
又如,在第二章开始的时候,小车在重物牵引下的运动到底遵从什么规律?提出这样的问题,然后引导学生进行实验,分析数据,得出结论。这是一个典型的科学探究事例。
从教学活动的角度讲,高中物理中的科学探究不全是实验探究,这点必须明确。通过自己的探索,变未知为已知,这样的教学活动就是科学探究。它们与初中阶段的实验探究具有相同的特征,只是研究的手段不完全是实验或者完全没有实验。
在这种思想指导下,编者安排了几个典型的、没有实验活动的科学探究,例如第五章第五节“探究弹性势能的表达式”、第六章第六节“探究向心加速度大小的表达式”等。
有些实验,探究性很强,这一点在实验的标题中都明确地标示出来了。例如:第二章第一节“实验:探究小车速度随时间变化的规律”、第三章第四节的实验“探究求合力的方法”等。
探究性的实验与验证性实验的根本区别在于前者的结论是未知的。这样就增加了实验的难度。编者对此进行了研究,在适当环节给出提示,帮助学生沿正确的方向前进,但又不直接给出结论,以保持学习的探究性,例如第三章第四节实验“探究求合力的方法”等。对于不涉及实验的探究活动,教材也用提示的方法,既使学生能够不太困难地走下去,又保持了教学内容的探究性,例如第五章第五节“探究弹性势能的表达式”等。
科学探究的活力在于每个具体的探究都与另一个不一样,它不是僵死的教条,无论是科学研究中的探究还是科学课程中的探究,都是这样。因此,编者在教材中不追求某种探究的“模式”。
● 实验一直是我国中学物理教学的薄弱环节。这套教材在哪些方面加强了实验的教学?
《课程标准》加强了实验的教学,体现之一是它把实验与其他教学内容紧密地结合在一起,而不再规定所谓的“必做、必考”的实验。例如《课程标准》规定:“通过实验,探究加速度与物体质量、物体受力的关系”、“通过实验,理解力的合成与分解”……凡是课程标准做出这样要求的,教材都安排了学生实验。
还有一点与过去的《教学大纲》不同:《课程标准》没有对实验的具体做法、使用的器材等做出硬性的规定。这样就可以使师生因地制宜地进行实验教学,便于提出不同的实验方法,有利于实验设计的教学,使师生更注重实验中的科学思想,而不是背诵实验的器材、步骤等条文。鉴于课程标准规定的宽泛性,这套教材尽可能地对同一个实验推荐几种不同的实验方案,供师生选择,例如第六章第三节探究平抛运动特点的实验等。
过去我们强调实验,主要所指为操作技能;现在强调实验,除了操作技能外,希望学生更加重视实验中的科学思想与技术路线。这是我们做出以上改变的出发点。
这套教材中,节的标题中有“实验”二字的,如“实验:验证机械能守恒定律”,是全体学生都必须完成的。这些实验的规模比较大,而且多是定量的,一般要用两课时左右才能完成。
节中的“实验”栏目,也是要求学生自己动手做的,但多是定性的实验,可以做随堂实验处理。“演示”栏目也是实验,往往由于器材等原因,只能由教师做给学生看,但有条件的学校应该努力让学生动手操作,做随堂实验处理。
“做一做”栏目也是实验,但大多属于拓展性内容,其中有的器材不一定是各校都有的,有的器材则可用日常用品代用。这些实验可由各个学校、各位学生根据具体情况在课下选做。这些实验尽管不要求每个都做,但教学中应该在宏观上有所规划,总体上安排若干个,有要求、有检查,而不要一概不做。
● 教材的许多地方介绍了用传感器进行的物理实验,可是我国的情况千差万别,许多学校的计算机还很少,为什么要把这些内容写进教材?
《基础教育课程改革纲要(试行)》指出:课程改革要“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用,促进信息技术与学科课程的整合”。用信息技术改造某些已有的实验、增加原来不能做的实验,这是大势所趋,教材编者要促进这项工作。但是,由于发展不平衡,也由于我国在这方面还缺少经验,所以不能搞“一刀切”。《课程标准》的提法是:“重视将信息技术应用到物理实验室……诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等。”
遵照以上精神,教材在“做一做”栏目中多次介绍了信息技术在实验中的应用。例如第二章第一节“用计算机绘制v-t图象”、第四章第五节“用传感器研究作用力与反作用力的关系”等。
从全国范围看,这项工作刚刚起步,各个厂家的产品型号、使用方法不尽相同。因此,教材只介绍基本原理,不涉及具体的操作,主要目的是指出某某实验有应用信息技术进行改进的可能性,指出技术方向,而具体的实验安排还要教师结合具体情况进行再创造。这方面的内容也不作为对全体学生的要求,但教材编者、教师、学生都应该做出努力,以推动这项事业的发展。
● 这套教材怎样加强学生的活动、加强教学的交互性?
编者认为,改变学生的学习方式是这次教改的一大任务。“改变学习方式”的核心是让学生不做被动的“受教育者”而是做一个主动的“探索者”。这里说的探索当然包括常说的科学探究,但不限于此,学生的活动也不限于实验活动。学生在学习活动中应该主动地动脑、动手,发生疑问、进行思考、动手操作,相互讨论,等等。
浏览教材就会发现,“演示”栏目和“实验”栏目里只写用什么器材、进行什么操作、注意观察什么,而几乎都没有把实验的现象写出来,更不写由此得出的结论。这样做的目的是让学生练习观察,并从观察中自己得出结论。在这样的学习中,学生不仅可以提高观察与推理的能力,而且会逐渐形成观察与思考的习惯,不做思想的懒汉。
教材中有“思考与讨论”栏目,它是重要的教学环节,教学中千万不要为了赶进度而用一两句话把结论告诉学生。例如,第一章第二节的“思考与讨论”要求学生从一个实例出发思考矢量相加的法则,学生可能不大容易说出完整的平行四边形定则。没关系,说不出来也不要告诉他们,学生只要结合实例认真考虑了,即使说不出来,也一定会有某种程度的领悟。在教材的安排上,这时还不要求学习矢量相加的法则,这个法则要在以后接触更多的矢量之后才正式学习,但这里的思考会埋下一颗种子,到适当时刻就会萌发。
再如第一章第五节图1.5-3的思考与讨论,教学目的是介绍v-t图象的倾斜程度与加速度的关系,但这里不是由教师正面讲述,而是从一个问题出发,即从直线的倾斜程度出发,进行讨论。这样不仅促进了学生的主动学习,而且有利于学生形成勤于思考、勇于质疑的习惯。
在改变学生的学习方式方面,我们提倡的是“独立思考,同伴交流,师生互动”。教材虽然做了这样的努力,但还不够,希望老师们在教学中朝这个方向走下去,创造更多更好的教学案例。
● 这套教材比较注意逻辑线索。有一种意见认为,这样做并无必要,因为多数人学过高中物理后并不去做物理学的研究者。关于这个问题,编者是怎样考虑的?
什么样的人才具有较高的科学素质?这不仅要看他的科学知识的多少,而且要通过言行观察他对科学本质的认识,对科学过程、科学方法的领悟,特别是他的价值观在多大程度上与科学的价值观相一致。所以,对于以后不去研究物理学的学生来说,后者可能是中学物理更重要的课程目标。
物理学是一门成熟的精密科学,实验事实是它的基础,逻辑关系构成了它的理论结构,两者缺一不可。在高中阶段,我们要在可能的程度上按它本来的面目展现给学生,使学生看到,这是人类三百多年来创造的一个有代表性的学科,它满足了人类的求知欲,它为人类奠定了现代文明的物质基础,它改变了人类的思维方式和对世界的看法。我们不能不负责任地给学生造成一种假象,好像科学是一些支离破碎、经不起推敲的知识堆砌。
人的科学素质表现之一是“说话要有根据、说话要合乎逻辑”。高中物理教学要一步一个脚印地走,事事不马虎。凡是由于知识基础、实验条件等需要跳过的逻辑环节,教材中都已明确指出。这样做的目的,是让学生也养成这样的习惯。
例如,关于做匀速圆周运动物体的加速度的方向问题,本来可以只从小球在水平桌面运动时的受力体验出发,得知做匀速圆周运动的物体受力的方向,由此推断一切做匀速圆周运动物体的加速度的方向。但是,这个思路是从少数几个实例得出一般性的规律,有可能是以偏盖全,得出的结论并不可靠。我们不应该使学生在不经意间形成这样的思维习惯。
这套教材则是利用加速度和矢量运算的知识,在普遍情况下得出做匀速圆周运动物体的加速度的方向,这样得出的论断才具有一般性。在这之后,根据牛顿第二定律得出的物体受力方向,也才具有一般性。
需要指出的是,这一节(第六章第六节)是以“思考与讨论”开始的,请学生通过两个实例的分析,思考做匀速圆周运动的物体的加速度方向。一个实例是地球绕太阳的公转,另一个是绳系小球在光滑桌面上的匀速圆周运动。学生可以看出实例中物体受力的方向,并推知物体加速度的方向。尽管不能由此得出普遍的结论,但这样的实例却对问题的答案给出了强烈的提示,在进行一般性的讨论中,它给我们指出了方向。因此这些实例不是可有可无的。这样处理经验与逻辑的关系,是科学方法的体现。在第二章第三节“匀速直线运动的位移与时间的关系”中也有类似的处理。
对于许多将来不以科学技术为职业的学生,也许匀速圆周运动的知识将会忘记,但一次又一次这样的逻辑训练将长留心中,成为他的潜意识和价值观。学生将来应该思维有条理、看问题不片面、善于认识新事物。类似的教学设计,将对这样思维习惯的形成起到积极作用。
应该说明的是,诸如匀速圆周运动的加速度方向等问题的讨论,并不要求学生独立地复述,更不要求用这样的方法解决其他问题。只要学生能跟下来,认为说得有理,编者的目的就初步达到了。这样做,更多的是着眼于情感、态度与价值观方面的教育。经历过这样的学习过程与没经历过是不一样的,按教材这样学习,学生会感到物理学是“说理”的。
对于教材中的某些内容,允许学生不完全掌握,可能老师们、同学们还不大适应。其实这是与过去不同的一种教材观。
● 教材涉及了斜抛运动、弹性势能的表达式、普遍的曲线运动等内容,这是不是说这套教材比过去的教材要求高了?
这三个科学术语在过去的教学大纲中、教材中都是不出现的,它们从三个方面反映了新课程与过去课程的区别。
过去课程的着眼点在“知识点”,教学大纲没有把斜抛运动写在上面,教材就不能涉及斜抛的问题。《课程标准》要求与过去不同:“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动”,也就是说,新课程对“方法”给予了更多的注意,对于方法的载体,即知识,没有苛刻的限制。因此,教材在研究了直线运动后,把抛体运动当做一个实例,目的是讨论在平面中应用牛顿定律解决问题的一般性方法。在研究抛体运动时,指出了它与直线运动问题的不同之处,即需要在x、y两个方向上分别做出受力分析、在两个方向上分别应用牛顿定律和运动学的规律。对于抛体运动在两个方向上运动的具体规律,则不像现在的课程那样强调,对于平抛与斜抛两种运动,也不刻意区分。当然,在具体的例子中,用得比较多是还是平抛。
第五章第五节“探究弹性势能的表达式”的主要目的并不是让学生学习E=kx2这个关系,而是让学生经历一次探究的过程。关于探究性学习,无论是实验性的还是非实验性的,书上是否写出了结果、将来是否要求对结果的掌握,其教育意义是很不一样的。《课程标准》没有提及弹性势能的表达式,这套教材对这个关系也不做要求,因此学生和教师都可以放下包袱,一心体验探究的过程,而不必过分担心其结论。
至于一般曲线运动的介绍,也是在于它的方法,目的在于使学生能在更一般化的条件下比较深入地认识匀速圆周运动。这里并不涉及一般曲线运动的具体知识。
以这三个例子为代表,可以看出,不宜说新课程的要求比过去高了还是低了;应该准确地说,新课程与过去课程的侧重点有区别。
● 一些教学内容的引入和展开,例如运动学规律的教学,有人说过于烦琐,不如过去的做法那样“简明、轻快”。为什么要这样处理?
这实际上是看问题出发点的差别。如果眼睛只盯着知识的掌握,那么,从加速度的定义a=出发,经过简单的代数式变形,马上就可以得到v=v0+at,于是就能用来解题了。
《基础教育课程改革纲要(试行)》要求我们:“改变课程过于注重知识传授的倾向……使获得基础知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程。”按照这个要求,教材赋于了这段内容更多的教育意义。
教材的思路如下。
通过实验忠实记录小车在重物牵引下运动时,时间与对应的速度的数据
作出速度与时间关系的图象
发现存在着这样一种运动,它的v-t图象是一条倾斜的直线
发现直线v-t图象所代表的运动,是加速度不变的运动,给出匀变速运动的定义
通过图象一般性地研究匀变速直线运动,得出v=v0+at
这段教材虽然不与人类对此问题的认识过程完全一致,但对于作为个体的人,它却是一个学习、认识科学规律的好例子。它强化了从实验得出规律的一般性过程,练习了用图象分析问题的通用方法,逻辑线索清晰。它在价值观及科学过程、科学方法上的教育价值高于现行课程。
教材在其他一些地方,例如匀变速直线运动位移与时间的关系、功与物体动能变化的关系、重力势能的引入、万有引力定律的得出、加速度与物体受力及物体质量的关系等,出发点都是强调过程与方法、情感态度与价值观这两方面的课程目标。教学中不要为节省时间把学习过程简单化。
● 教材在很多地方利用了极限的概念,关于这个问题,编者是怎样考虑的?
《课程标准》与原来的教学大纲的重要区别,是按《基础教育课程改革纲要(试行)》的要求明确提出了三维课程目标。这里面过程与方法、情感态度与价值观是跟知识与技能同等重要的目标。在现代科学中,静与动、曲与直、变与不变、部分与整体等辩证关系,都需要用极限的思想去理解。这是一种重要的思想方法。在高中物理中适时引入极限的思想是完全必要的,对于树立辩证唯物主义的世界观、避免形而上学的思维模式都有积极作用。在高中物理引入极限思想的出发点就在于此。
根据编者的经验,绝大多数高中学生,按教材这样的方式,接受极限的思想没有任何困难。学生学习极限时的困难不在于它的思想,而在于它的运算和严格的证明,而这些,在教材中并不出现。实际上,教材甚至从始至终都没有出现“极限”这个术语。对于这个思想方法,教材的宗旨是“渗透”。在匀变速运动的规律、变力做功、曲线运动等多处反复出现,让学生逐步熟悉和适应。
还应该指出,关于极限的运用,只要求学生能跟着“走”下来,让学生相信,教材得出结果的过程是有道理的,而不要求学生独立地重复这些推理。
有一种意见,认为学生进入大学后会系统地学习这些内容,中学生没有必要学。我们的意见是,学习的内容按性质分有两类,一类是知识性的,一类是方法性和观念性的。对于前者,如果以后有机会学,确无必要重复;而方法性的、观念性的东西,需要多次接触,才能逐步深入地领悟。人们缺少的知识可以在一生中的任何时刻补充,而方法性的东西,特别是观念性东西的学习,在成长过程中时机的选择,是非常重要的。
● 教材不止一处提到通过实验得出结论需要“勇气”,这是否鼓励学生莽撞从事,而与我们提倡的科学精神不符?
人类的知识是怎样得来的?不是通过演绎得来的,单纯的演绎不能得到新的认识。普遍性的规律也不是通过简单的归纳得来的,归纳得出的结果只适用于跟原型一致的场合。猜想与假设、对自然规律某些特征所持的信念,这些才是创造性思维中最活跃的因素。这是编者写下这些文字时的思想基础。
在实验研究物体的加速度与它受力的关系时,几次实验的a-F直线都不会完全经过原点,但会十分接近原点。当然可以采用更精密的实验手段,但那时我们对精确度的要求应该更高,于是它还不会完美地经过原点。适当的时候就要敢于相信,真正的自然规律应该是aF。在谈到伽利略把沿斜面下滑物体的运动规律外推到自由落体时,在把作用于行星与太阳间的引力推广到地球与月球、地球与地面物体,甚至推广到任何物体之间时,以及在确定物体动能的表达式时,教材从思路到行文都做了类似的处理。
过去我们关于科学精神的教育主要是辛勤与严谨,这两方面的确是不可缺少的,现在还要进行这些教育。但是,如果仅仅是这些,那么对于任何形式的创新都是不够的。因此,教材做了上述努力,希望它在激发学生的创新活力方面起到积极的作用。这种活力不限于物理学的研究和学习,它会表现在学生未来生活的方方面面。
● 教材怎样体现“过程与方法”这个课程目标?
教材不求以“简明、轻快”的方式给出知识的结论,而是在展现知识的同时,也把得到知识的过程适当展现给学生。关于得到知识的过程,它有两方面的含义。一方面是学生个体在学习中的活动过程、思维过程;另一方面是历史上人类认识某一规律时科学家群体的活动过程、思维过程。关于第一个方面,前面已经有所说明,关于后一方面,在自由落体运动、天体运动、万有引力等问题的研究中,主要在科学足迹的栏目中介绍。在呈现这些历史材料时,编者把它放到当时的大的社会背景中去,从当时社会的经济、文化环境去认识科学史中的事件。
编者认为,《纲要》和《课标》中所说的科学方法,指的是人类认识客观世界、影响客观世界的一些基本观点和所用的方法,例如前面涉及的处理实验基础与逻辑结构关系的方法、处理具体事例与一般规律关系的方法等;也包括科学工作中通用的,多少带些技能性的方法,如用图象处理实验数据的方法等。对于近年来某些场合经常听到的,学习某些十分具体的物理问题时所说的“××法”、“××法”等,教材避免提及。
● 教材怎样体现“情感、态度与价值观”这个课程目标?
这里谈谈编者在这方面所做努力的几个例子。
爱科学的前提是懂科学。编者最基本的努力是使学生学懂。大家说某部分内容难,其实不是处处都难,而是存在着一两处“思维障碍”,难以突破。编者研究了学生的思维特点,力图在感到困难的地方多搭几个矮一点的台阶。编者认为,在一定程度上可以带点夸张地说,“没有不能攀登的高山,只有上不去的台阶”。
例如,第六章第六节,分析匀速圆周运动的加速度方向,教材分5步走,特别把矢量的运算分得很细,引导学生得出正确认识。第五章第五节“探究弹性势能的表达式”也是这方面的一个好例子。
学生学懂了,才能满足他们的好奇心、体会到学习的乐趣,才会有成就感,才会察觉到科学中美好的东西。
教材坚持用事实说话。一切概念、规律都有实际事物做根据,概念规律的引入都从生活、技术或实验中的实例出发。一切论述都要合乎逻辑,不相信似是而非的说法,不与已有的认识相矛盾。为此,这套教材比较强调逻辑的线索,前面已经举例。这些都是潜移默化的教育。这样做的目的不仅是让学生练习观察、实验及推理的能力,更是要使学生们养成这样的习惯。我们在“播种一种行为,收获一种习惯”。
章前富有针对性的名人语录都能画龙点睛地在情感、态度及价值观方面起到很好的教育作用。例如第七章第四节,学过万有引力定律的应用后适时引用的李政道关于物理规律普适性的话语,第七章第一节梁启超关于科学与艺术关系的见解,以及绪言“物理学与人类文明”引用的庄子的话,读起来都有震憾的感觉。
● 教材怎样强调科学技术与社会的联系?
“科学技术社会(STS)”是近二十年来世界科学教育中的一个潮流,它强调的是科学技术与社会的关系,而不是科学在技术中的应用。这方面,编者做了很大的努力。
例如,在第一章第五节学习速度时,介绍了车辆速度的提高与城市发展及军事思想的关系,在第七章第五节学习万有引力与航天时,请学生对某些国家打算将外层空间军事化的企图发表意见,在讨论伽利略、哥白尼的思想时把它们放到当时的社会大背景中去看,以及多处讨论了环境、资源等问题。这些都是为此做出的努力。
在涉及科学技术与社会的问题时,重要的是启发学生进行这方面的思考,鼓励他们发表自己的见解。不要求学生提出有很高价值的意见,也不宜过多地评论学生见解的对与错。
● 加强过程与方法的教学、强调科学探究,这都是必要的,但这样做增加了教学时间。应该怎样解决这个矛盾?
这仍然是考虑问题的出发点问题。三维课程目标是《纲要》和《课程标准》所要求的,是这次课程改革的精髓。无论教材编者还是教师、学生都要在落实三维课程目标上面下功夫,这是必须付出的代价。在过程与方法、情感态度与价值观方面多花费了力量,留给解题操练的时间必然会少些,这一点不必回避。有所得必有所失。关于这一点,《高中物理课程标准解读》中的以下一段话很能说明问题。
任何改革,包括现在进行的基础教育课程改革,都会以传统意义上的某种质量的“降低”为代价。五四运动是一次伟大的思想革命和文化革命。在提出“科学”与“民主”的同时,还提出了摒弃文言文、提倡白话文的主张。由此,我们今天六七十岁以下的人,要想写一篇文言文或者作一首古诗词之类的东西,真是不像样子了。会写文言文,会做古诗,会填古词,当然是一种优点。但是我们因此而在中小学语文课上去大讲“诗词格律”,大教青少年怎样做古诗、写古文,岂不就是缺点性的优点了吗!
其实,这套教材也有一些要求比较高的问题。例如在第二章第四节,要求根据拍摄的照片估算照相机快门的曝光时间。说这类问题的要求比较高,是因为把这个实际问题转化为物理学的问题,不是很简单的,但它与常见的习题集中难以找到现实情境的古怪问题截然不同。对我们的学生来说,把现实问题转化为物理问题,用学过的物理知识来处理,这方面的能力确实有待提高。
● 新课程要求教学具有一定的开放性,这套教材对此做了哪些努力?
教材中“说一说”、“做一做”、“课题研究”这些栏目大多是开放性的,并没有确定的要求。例如第三章第一节,在学过电磁相互作用后,提出了“说一说”中的问题:既然质子带正电,原子核中的质子应该互相推斥,但它们却紧紧地结合在一起,可能是什么原因?学生会猜想,可能有一种更强大的力使它们结合在一起,这为强相互作用的引入做了铺垫。但是也可能有的学生知道万有引力,因而认为万有引力使核子结合在一起。这没有关系,可以存疑,可以有模糊认识,学下去问题就解决了。存这样的疑问反而会使后面的学习效果更好。又如,第四章第五节,大力士与别人“掰腕子”的问题,可能有不同的解释,都会有道理。没关系,教师不要力求充当裁判员,裁定谁的解释正确、谁的不正确。生活中、科学中总会有一时不能解决的问题,有的甚至一生都找不到满意的答案,这样我们才会有一个不断提问的心境,我们的认识才能不断前进。
上面说的例子是对学生个体的学习的开放性。这套教材还注意了学科的开放性,即物理学尽管是成熟的科学,但它仍然不能为一切问题找出答案,旧的问题解决了,新的问题又提出了。例如在物理2的最后,关于时间和空间到底是什么、关于黑洞的探索,以及最后的问题:“相对论和量子力学是哪一种更广泛理论的特殊情形呢?我们现在还不知道……”其目的都不在于让学生对这些问题有什么了解,不过是让学生感到,我们不会终极一切真理。
此外,多数学生实验都提出了几个案例,由学生依具体情况选择;书后推荐课外读物等,都是这套教材为开放性所做的努力。
教材的开放性涉及我们对教材在课程中的角色的认识。多年来,大家都有一种心理,认为课本上的每一句话(除星号内容和小字内容外)都应该学懂,课本外的任何知识都没必要深究。现在的课程理念则认为,课本与实验室、图书馆、报刊和电视等大众传媒、周围的人群等都是课程资源,课本只是其中之一。尽管课本十分重要,但它不是惟一,不要把课本奉为圣经。只有课程标准才是国家颁布的法规性的文件,教学的内容和要求应该以课程标准为准。
● 我们国家的经济文化发展很不平衡,各位学生的发展潜能、兴趣爱好也不相同。教材编者是怎样处理课程“弹性”的?
这要在两个层次上考虑。高中各科新课程的共同特点是它们的“选择性”和模块结构。物理课的共同必修内容只有两个模块、72课时。学完共同必修内容后,学生就可以选学不同特点的物理,而在此之后更可以决定是否继续学物理或学习哪种特点的物理。这些是在过去的《教学大纲》框架下所无法做到的。这种安排在根本上保证了“选择性”或“弹性”的实现。
从另一个层次上考虑,在物理课程内部,无论在必修模块还是在选修模块中,都有一些弹性教学内容。例如,“想一想”、“做一做”,它们不是每个学生一定要做、必需完全掌握的,学生和教师可以根据具体情况安排。需要说明的一点是,过去的弹性内容主要是介绍新知识,而本书的弹性部分,即“想一想”、“做一做”,着眼点主要在方法、在实验操作。
每册书的后面都介绍了若干课外读物,这也是过去的教材所没有的。同学们可以根据自己的学习情况,以及所能找到的图书多少,选择阅读。
每册书都有“课题研究”,不同学校、不同学生也可以按照自己的情况灵活安排。
● “说一说”栏目与“思考与讨论”相近,“做一做”栏目与“实验”相近。为什么要设立不同名称的栏目?
“思考与讨论”、“实验”、“演示”都是教学中的必要环节,如果跳过去,教学难以继续。鉴于其重要性,教材中是以较大的字号排印的。
“说一说”、“做一做”属于扩展性的教学内容,它们与“科学漫步”、“科学足迹”、“STS”等栏目一样,如果不学,虽然对充分实现课程目标会有妨碍,但不致影响教学的继续,可以根据学校和学生的具体情况安排。这些栏目是以较小的字号排印的。
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