3-2教材分析(黄恕伯)

黄恕伯,05.8,高中物理课程标准,3-1,、,3-2,模块,教材分析和教学建议,黄恕伯,2005.8.,（一）新教材和原教材的,章节结构对比,新,第一章,1,电荷及其守恒定律,2,库仑定律,3,电场强度,4,电势能和电势,5,电势差,6,电势差与电场强度的关系,7,电容器与电容,8,带电粒子在电场中的运动,原,第十三章,一、电荷库仑定律,二、电场电场强度,三、电场线,四、静电屏蔽,五、电势差电势,六、等势面,七、电势差与电场强度的关系,八、电容器的电容,九、带电粒子在匀强电场中的运动,十、静电的利用和防止,电势能、电势、电势差的知识线索不同,电势能、电势、电势差的知识线索不同,新,第二章 恒定电流,1,导体中的电场和电流,2,电动势,3,欧姆定律,4,串联电路和并联电路,5,焦耳定律,6,电阻定律,7,闭合电路欧姆定律,8,多用电表,9,实验：测定电池电动势和内阻,10,简单的逻辑电路,原,第十四章恒定电流,一、欧姆定律,二、电阻定律电阻率,三、半导体及其应用,四、超导及其应用,五、电功和电功率,六、闭合电路欧姆定律,七、电压表和电流表,增,加,新,第三章 磁场,1,磁现象和磁场,2,磁感应强度,3,几种常见的磁场,4,磁场对通电导线的作用力,5,磁场对运动电荷的作用力,6,带电粒子在匀强磁场中的运动,原,第十五章 磁场,一、磁场磁感线,二、安培力磁感应强度,三、电流表的工作原理,四、磁场对运动电荷的作用,五、带电粒子在磁场中的运动质谱仪,六、回旋加速器,第四章 电,磁感应,1,划,时代的发现,2,探,究电磁感应的产生条件,3,法,拉第电磁感应定律,4,楞,次定律,5,感,生电动势和动生电动势,6,互,感和自感,7,涡流,第十六章电磁感应,一、电磁感应现象,二、法拉第电磁感应定律,三、楞次定律,四、椤次定律的应用,五、自感现象,六、日光灯原理,七、涡流,增加,增加,新,第五章 交,变电流,1,交,变电流,2,描,述交变电流的物理量,3,电,感和电容对交变电路的影响,4,变压器,5,电,能的输送,原,第十七章交变电流,一、交变电流的产生和变化规律,二、表征交变电流的物理量,三、电感和电容对交变电流的影响,四、变压器,五、电能的输送,六、三相交变电流,新,第六章,传感器,1,传感器及其工作原理,2,传感器的应用（一）,3,传感器的应用（二）,4,传感器的应用实例,原,第二册（必加选）,阅读,电容式传感器,阅读,动圈式话筒原理,实验,传感器的简单应用,总的感觉,一、结构方面：,大体继承了原教材的基本结构和线索，对此，不会造成教学不适应的问题。,二、内容方面：,新增加的知识内容不多（传感器、门电路）。而且在编写这些新内容时，注重基础性、连贯性和可读性，新教科书在知识上不会有大的困难。,三、理念方面：,新教科书重视“过程“目标的落实，重视“情感”目标的体现，重视联系学生生活、社会实践和现代科技。如何在新教科书的基础上通过教师的进一步创造，在课堂教学中体现新的课程理念，这是实施新课程需要解决的最大问题。,（二）教材分析、介绍和教学建议,一、进一步完善了静电学中知识链,电 场 力,电场强度,电 势 差,电 势,电 势 能,电场力的功,电场力做功与路径无关,试探电荷在场中某点受的电场力与电荷量的比值跟试探电荷无关,E,F,/,q,和重力与重力势能类比,W,AB,E,pA,E,pB,试探电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值跟试探电荷无关,E,p,/,q,电场中两点电势之差叫电势差,U,AB,A,B,E,数值等于沿场强方向单位距离的电势差,U,Ed,电 场 力,电场强度,电 势 差,电 势,电 势 能,电场力的功,试探电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值跟试探电荷无关,电场力做功与路径无关,电场中两点电势之差叫电势差,试探电荷在场中某点受的电场力与电荷量的比值跟试探电荷无关,E,数值等于沿场强方向单位距离的电势差,E,F,/,q,W,AB,E,pA,E,pB,E,p,/,q,U,AB,A,B,U,Ed,和重力与重力势能类比,W,AB,E,pA,E,pB,电 场 力,电场强度,电 势 差,电 势,电 势 能,电场力的功,电势定义：单位正电荷由该点移到参考点（零电势）电场力所做的功,定义,:,U,AB,W,AB,/ q,电 势,电 势 差,电 势 能,和重力与重力势能类比,电场强度,电 场 力,静电力做功与路径无关没有证明,原教材中的有关知识链,电场力的功,定义式,决定式,电场强度,F / q,（点电荷）,电 势,E / q,（点电荷）,电 容,Q / U,（平行板电容器）,上述教材的设计有利于知识的类比：,电 阻,U / I,（金属导体）,二、建立了静电现象和恒定电流之间的内在联系,学生对第二章中“通电导体两端存在电势差、导体内部电子在电场力作用下定向运动” 的认识，跟第一章中“导体内部场强为零、导体是一个等势体”的说法不符，感到困惑。,新教科书本章教材的第一节课，便在静电场知识的基础上，通过分析，引入恒定电场的概念，建立了静电现象跟恒定电场之间的内在联系。,M,N,E,0,F,F,n,F,t,A,B,假设在电源正、负极之间连一根导线,意图：,建立第一、第二两章的联系，消除困惑,M,N,E,0,F,F,n,F,t,假设在电源正、负极之间连一根导线,A,B,M,N,E,0,M,N,E,E,E,0,E,导线内很快形成沿导线方向恒定电场,经历一次由不平衡到动态平衡的变化分析过程,为串、并联电路的电流关系提供理论分析基础,三、重视对知识线索的进一步规划和设计,1.,串联和并联电路,关于串、并联电路的主要知识线索,串、并联电路的电压关系,串、并联电路的电阻关系,根据电势差的概念理论分析,串、并联电路的电流关系,A,B,C,D,a,b,c,d,b,1,c,1,d,1,a,1,根据“电荷分布稳定”分析得出,导线上堆积电荷分布稳定,导线内恒定电场的形成过程,电流表和电压表,（及量程改变）,建立电流表和电压表的电路模型,A,V,第三节,串联电路和并联电路,电压表和电流表,一个电压可读的大电阻,一个电流可读的小电阻,2004,高考“理综,”,第,22,题,从电压表的电路模型思考，本题实际上是一个简单的计算题。,三、重视对知识线索的进一步规划和设计,1.,串联电路和并联电路,2.,闭合电路欧姆定律,用实验的方法得出闭合电路欧姆定律有优点也有缺陷,优点：,增强了实践意识,提高了探究能力,缺陷：,学生对内电压的测量难以理解,实验可以得到“内、外电压之和等于一个常数”的结论，但如何跟电动势发生联系，难从本质上说明。,三、重视对知识线索的进一步规划和设计,1.,串联电路和并联电路,2.,闭合电路欧姆定律,课程 标准,要求：“理解闭合电路欧姆定律”,教科书用理论分析的方法推导出闭合电路欧姆定律，以利于对该定律的理解。,推导的核心过程是分析闭合电路以下三处的能量转化,外电路：,E,外,I,2,R,t,内电路：,E,内,I,2,r t,电池化学反应层：,W,E I t,这需要一个清晰、合理、不断深化的教学线索,电池化学反应层,E I t,内电路,I,2,r t,外电路,I,2,R,t,第,2,节课文,非静电力移送电荷做的功等于其电势能的增加量。,电动势与非静电力做功的关系,E,W/q,练习题：根据电动势计算非静电力做功,根据“电场力做功，电势能减小；非静电力做功，电势能增”分析闭合电路各点的电势高低关系。,一个沿电流方向电势高低变化的直观图,在图中分清哪是内电路、哪是外电路,在内、外电路电势降落处应用焦耳定律,根据能量守恒推导出闭合电路欧姆定律,通过路端电压跟负载的关系理解欧姆定律,用断路和短路两种极端情况深化对定律的理解,链,4,链,6,本节课的结构和线索,四、把理论探讨和实验探究结合起来,关于决定金属导体电阻大小的因素的探究,a,和,b,：长度不同,探究方案一,a,V,V,V,V,b,c,d,a,和,c,：横截面积不同,a,和,d,：材料不同,四、把理论探讨和实验探究结合起来,关于决定金属导体电阻大小的因素的探究,1.,理论分析导体电阻跟长度的关系；,探究方案二,一个导体，可以把它看成是由,n,段相同长度、横截面积的同样导体串联而成的。,2.,理论分析导体电阻跟横截面积的关系；,一个导体，可以把它看成是由,n,股相同长度、横截面积的同样导体并联而成的。,3.,实验探究导体电阻跟材料的关系；,可以取不同长度、横截面积、不同材料的导体进行实验。（探究不同材料比例常数）,图中电源的电动势,1.5 V,，内阻,0.5,，电流表满偏电流,10,mA,，电流表电阻,7.5,，,A,、,B,为接线柱。,(1),用导线使,A,、,B,短路，此时，应把可变电阻,R,1,调节为多少才能使电流表达到满偏电流？,一个例题,(2),调至满偏后保持,R,1,的值不变，在,A,、,B,间接入一个,150,的定值电阻,R,2,，电流表指针指着何处？,(3),如果,A,、,B,间接另一电阻,R,，,R,的值和电流表读数,I,有什么关系？,G,A,B,导线,电阻,R,2,R,1,E,r,5,mA,R,1.5/,I,-150,五、把习题教学的体验跟物理知识的构建结合起来,如果电流表,10mA,刻度标为,“,0,”,，把,5mA,刻度标为,150,”,，把,0mA,刻度标为,“,”,，把其它电流刻度都按,R,1.5/,I,-150,转换成,电阻,刻度，它岂不成了一个能直接测量电阻的仪器？,142,欧姆表,关于欧姆表的教学,(2),调至满偏后保持,R,1,的值不变，在,A,、,B,间接入一个,150,的定值电阻,R,2,，电流表指针指着何处？,(3),如果,A,、,B,间接另一电阻,R,，,R,的值和电流表读数,I,有什么关系？,G,5,mA,R,1.5/,I,-150,教学中还可以进一步配合真实的演示实验，呈现习题的答案和刻度改装的过程，把习题教学、实验、刻度改装和新课教学融合在一个真实的、视听同步的过程中。,五、把习题教学的体验跟物理知识的构建结合起来,142,图中电源的电动势,1.5 V,，内阻,0.5,，电流表满偏电流,10,mA,，电流表电阻,7.5,，,A,、,B,为接线柱。,(1),用导线使,A,、,B,短路，此时，应把可变电阻,R,1,调节为多少才能使电流表达到满偏电流？,一个例题,关于欧姆表的教学,教科书只有单向传递信息的功能，它只能通过文字和图形把信息提供给读者，教科书无法收集读者的信息，更不可能对读者的信息在教学现场中进行反馈。因此，有呼有应的教学设计需要教师在教科书的基础上进一步创造。本章,“,多用电表,”,一节，教科书为教师设计双边活动的教学过程提供了一个初步的框架。,六、让学生在解决问题的探究过程中学习新知识,上图中，甲、乙、丙分别是电流表、欧姆表和电压表的示意图。下图是一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱,B,可以接通,1,，也可以接通,2,或,3,。现在要使,B,接通,1,时，能像图甲那样成为电流表，接通,2,时像乙那样成为电阻表，接通,3,时像丙那样成为电压表，这就成了一个简单的多用电表。讨论一下，这个多用电表的电路图是怎样的？请对照两个图，把它在下图基础上画出来。,做一做,A,A,甲,乙,丙,R,1,R,2,A,A,A,A,B,B,B,1,2,3,A,B,1,2,3,A,B,A,A,甲,乙,丙,R,1,R,2,B,A,A,B,A,A,B,R,1,R,2,A,6,B,1,A,G,2,3,4,5,A,S,下面是一个多量程多用电表的电路示意图，电流、电压、电阻各有两个量程。请谈一谈：开关,S,调到哪两个位置上多用电表测量的是电流？调到哪两个位置上测量的是电压？调到哪两位置上测量的是电阻？两个位置中哪个位置测量的量程大？,在识别电阻档和电压档电路时，可以把虚线框内的电路当成一个电流表。,说一说,E,1,E,2,楞次定律,七、提供科学探究教学设计的思路,感应电流方向,感应电流磁场方向,磁铁磁场方向,B,感,和,B,铁,方向关系,N,极向下插入时,S,极向下插入时,一次,关于楞次定律的探究,课堂教学摘录,N,S,当,磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增大，当磁铁抽出线圈时，线圈中的磁通量减小。下面探究磁通量增大和减小时线圈中感应电流方向的特点。,（,1,）线圈中磁通量增大时：,可得出的结论：,_,。,感应电流方向,感应电流磁场方向,磁铁磁场方向,B,感,和,B,铁,方向关系,N,极在下抽出,时,S,极在下抽出,时,根据以上（,1,）和（,2,）的结论，进一步概括得出：线圈中感应电流的方向和磁通量变化的关系为：,_.,逆时针 向上 向下 相反,顺时针 向下 向上 相反,顺时针 向下 向下 相同,逆时针 向上 向上 相同,怎么事先就知道要比较,B,感,和,B,铁,方向关系？,怎么事先就知道表中要列一个“感应电流磁场的方向” ？,（,2,）线圈中磁通量减小时：,可得出的结论：,_,。,增加，,相反,减小，,相同,阻碍,变化,感应电流方向,感应电流磁场方向,磁铁磁场方向,N,极向下插入时,S,极向下插入时,关于楞次定律的探究,N,S,当,磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增大，当磁铁抽出线圈时，线圈中的磁通量减小。下面探究磁通量增大和减小时线圈中感应电流方向的特点。,线圈磁通量增大的情况：,线圈磁通量减小时情况：,感应电流方向,感应电流磁场方向,磁铁磁场方向,N,极在下抽出时,S,极在下抽出时,根据实验记录进行分析可知，线圈中感应电流的方向和磁通量变化的关系为：,_ .,逆时针 向上 向下,顺时针 向下 向上,顺时针 向下 向下,逆时针 向上 向上,应用楞次定律判定感应电流方向的思路,感应电流的磁场方向,感应电流的方向,楞次定律,右手螺旋定则,明确研究的对象是哪一个闭合电路,该电路磁通量如何变化,该电路磁场的方向如何,应用楞次定律判定感应电流方向的思路,感应电流的方向,明确研究的对象是哪一个闭合电路,感应电流的磁场方向,该电路磁通量如何变化,该电路磁场的方向如何,楞次定律描述的就是这三个量之间的关系,楞次定律描述的就是这三个量之间的关系,楞次定律描述的就是这三个量之间的关系,楞次定律,右手螺旋定则,思路：它不单用来判定感应电流方向,基本要求,：,八、实验,统一、基本的要求和灵活、多样的方法相结合,实验原理：根据闭合电路欧姆定律，测出电路中除电动势、内阻以外有关物理量，利用图象或计算，求出电动势和内阻。,数据处理：用图象分析时，什么表示电动势？什么表示内阻？怎样减小实验的偶然误差？,多样的方法,：,通过外电路,U,、,I,、,R,关系的变换，闭合电路欧姆定律可以写成多种方式。因此，通过测量,U,和,I,、或者,U,和,R,、或者,I,和,R,都可以求得电动势和内阻。实验方法的多样性可以拓展学生的思路，可以避免死记实验步骤，有利于灵活把握实验原理，也有利于因地制宜选择实验器材。,实验：测定电池的电动势和内阻,八、实验,统一、基本的要求和灵活、多样的方法相结合,实验：测定电池的电动势和内阻,2005,年全国高考,理综,考试大纲变化的启示：,2004,年的“,用电流表和电压表测电池的电动势和内阻,”,2005,年改为“,测定电源的电动势和内阻,”。,统一、基本的实验要求和灵活、多样的实验方法相结合，这是人教版高中物理课程标准教科书对待物理实验（学生实验）的基本原则。,九、“传感器”内容介绍,高中物理课程标准,选修,3,2,模块的内容标准：,（三）传感器：,（,1,）知道非电学量转化为电学量的技术意义,（,2,）通过实验，知道常见传感器的工作原理,（,3,）列举传感器在生活和生产中的应用,选修,3,2,教科书：,第六章 传感器,第,1,节 传感器及其工作原理,第,2,节 传感器的应用（一）,第,3,节 传感器的应用（二）,第,4,节 传感器的应用实例,第,1,节 传感器及其工作原理,演示实验：,小盒子,A,的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁,B,放到盒子上面灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。,盒子里有什么装置？,第,1,节 传感器及其工作原理,传感器是指这样一类元件：它能感受例如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。从而能方便地进行测量、传输、处理和控制。,传感器是指这样一类元件：它能感受例如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。从而能方便地进行测量、传输、处理和控制。,如右图，被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。物体位移的变化，就转换成了电容量的变化。,第,1,节 传感器及其工作原理,硫化镉的电阻率跟光照的强度有关。,把硫化镉涂敷在绝缘板上，另涂敷两个栅状电极，不同强度的光照射，两电极间的电阻不同。,光敏电阻,热敏电阻,金属热电阻,第,1,节 传感器及其工作原理,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作,4,个电极，就成了一个霍尔元件。,它可以把磁学量“磁感应强度”转换为电学量“电压”。,霍尔元件,第,1,节 传感器及其工作原理,传感器应用的一般模式,应用举例,第,2,节 传感器的应用（一）,电子秤,应变片发生形变时其电阻随之发生变化，在恒定电流下，应变片是把形变（几何量）转换为电压（电学量）的元件。,力传感器的应用,第,2,节 传感器的应用（一）,话 筒,动圈式话筒,：,膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流。,声传感器的应用,电容式话筒,：,金属膜片,M,和固定电极,N,形成一 个电容器，,M,在声波作用下振动，电容器的电容作周期性变化，电阻,R,两端的电压也做相应的周期性变化。,第,2,节 传感器的应用（一）,电烫斗,双金属片温度传感器,：,常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。,温度传感器的应用,电烫斗的构造,思考与讨论：,常温下两触点是接触还是分离？,如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？,第,2,节 传感器的应用（一）,电饭锅,感温铁氧体的“居里点”,：,感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升高到,103,时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”。,温度传感器的应用,电饭锅的构造,思考与讨论：,开始做饭时为什么要压下开关按钮？,若用电饭锅烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？,第,3,节 传感器的应用（二）,测温仪,温度传感器的应用,用温度传感器可以把温度转换为电信号。测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线敏感元件等。,电信号可以远距离输送，因而温度传感器可以远距离读取温度。,第,3,节 传感器的应用（二）,测温仪,温度传感器的应用,第,3,节 传感器的应用（二）,将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接，可以实现数据采集、处理、画图的智能化功能。,鼠标器,光传感器的应用,第,3,节 传感器的应用（二）,鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时，滚球带动,x,、,y,方向两个码盘转动，红外管接收到一个个红外线脉冲。计算机分别统计,x,、,y,两个方向上的脉冲信号，就能确定鼠标的位置。,火灾报警器,光传感器的应用,第,3,节 传感器的应用（二）,光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器。平时，发光二极管发出的光被不透明挡板挡住。当有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光，电阻变小，使报警电路工作。,实验,1:,光控开关,第,4,节 传感器的应用实例,路灯自控开关,A,Y,R,2,R,1,R,G,5V,1,自然光,模拟路灯,实验,2:,温度报警器,第,4,节 传感器的应用实例,温度升高到一定程度就会发出报警声,蜂鸣器,5V,热敏电阻,A,Y,R,T,R,1,1,t,o,十、“简单的逻辑电路”内容介绍,本节的主要内容,与门 或门 非门,逻辑关系,实验现象,符号,真值表,实例, , , , , ,实验现象,晶体管,“,与,”,门电路,A,B,Y,R,1,0,V,晶体管,“,或,”,门电路,A,B,Y,R,V,1,0,晶体管,“,非,”,门电路,晶体管三极管,开关电路演示,逻辑关系,A,B,Z,结果,结果,条件,“,与,”,逻辑关系,结果,“,或,”,逻辑关系,结果,条件,A,B,Z,A,“,非,”,逻辑关系,结果,Z,条件,逻辑关系,A,B,Z,结果,结果,条件,“,与,”,逻辑关系,结果,“,或,”,逻辑关系,结果,条件,A,B,Z,A,“,非,”,逻辑关系,结果,Z,条件,真值表,与门 或门 非门,符号,A,Y,1,A,Y,B,&,A,Y,B,1,实验操作举例,路灯自控开关,A,Y,R,2,R,1,R,G,5V,1,自然光,模拟路灯,谢谢大家,