在大学物理课程中课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,在大学物理课程中,恢复和建设讨论课的尝试,清华大学 物理系,陈惟蓉,2003.8,1,在大学物理课程中清华大学 物理系,历史的回顾“恢复和建设”的由来,自,50,年代以来，清华大学的大学物理课程一直,配设有一定学时比例的习题课，以自然班为单位，,由辅导教师负责进行。并且在,80,年代逐渐从单纯由,教师讲解过渡到师生共同讨论。后来由于青年教师,的严重缺乏，,90,年代初被迫改为,200,人左右的大班,习题课，讨论的形式也随之终止。,21,世纪初，学校提出新的人才培养方案，大,学物理被确定为 校首批精品课建设课程之一，在,此形势下，恢复和建设讨论课的任务提到议事日程,上来。,自,2002,秋季学期开始在非物理类一个大班（,7,小班）和物理类（,3,小班）开始讨论课试点。,新形势、新情况、新问题,2,历史的回顾“恢复和建设”的由来 自50年代以来,讨论课的目标定位和组织原则,新形势,：,新的人才培养方案要求更能,激发学生的学习兴趣，,培养学生的创造性，培养学生学会学习、终生获取知识、产生知识的能力上。,课程建设必须以实现此培养目标为方针。,海森堡：,“科学植根于讨论之中”,课程上,：,针对物理课概念性强的特点，,在讨论中加深对课程内容的理解,和基本方法的掌握；,恢复和建设讨论课是大学物理课程进行精品,课建设的重要举措之一。,学风上,：形成“勤于思考，乐于探讨”的学术氛围。,3,讨论课的目标定位和组织原则 新形势：新的人才培养,地位,：是整个课程的不可缺少的重要一环；,是对大课的辅助与配合。,任务,：,帮助学生理解基本概念、规律；,掌握基本方法；,开阔思路，鼓励创新，训练辩才。,方式,：,以,讨论,为主,，师生互动；,要求学生“动脑、动手、动口”,题目课前到手，师生,有备而来,。,讨论围绕教学重点和学生学习疑点、难点展开。,规模,：,规模要,小,，以,15,人左右,一班为宜，,以保证讨论普遍进行。,按照新形势的指导思想，确定了下述建设原则：,4,地位：是整个课程的不可缺少的重要一环；任务：帮助学生理解,讨论课教师队伍的建设,新情况,：,目前讨论课的辅导教师几乎全部由物理系,研究生助教担任。,研究生助教的优势是与学生容易沟通，,但一缺乏教学经验；二尚有学习研究任务，不可能全身心投入教学。,新情况下上好讨论课的关键在于抓好辅导教师队伍，保证教学思想的贯彻。,明确思想：做到两个明确,2),明确讨论课教师的作用是“引导”而不是“代替”。,1),明确讨论课的任务。,“重要的不在于结果而在讨论的过程本身！,5,讨论课教师队伍的建设新情况：目前讨论课的辅导教师几乎全部由物,确定教学内容和选题,每课必须有明确的教学要求，精选讨论题目。,整套讨论题尽力做到具有“基础性、针对性、,启发性”（选题举例见附件）。,现阶段选题由主讲教师负责，,大统一，小“自由”,个人与集体相结合,每课各人事先准备教案；,课前集体备课解题；题目中体现的,概念和方法；学生容易出现的错误。,认真组织备课：,助教除组织讨论课外必须听大课；,主讲教师听讨论课。双方及时交流,。,注意配合与督查,6,确定教学内容和选题 每课必须有明确的教学要求，精选讨论题,以自然班为基础，15人一班为限（一分为二或合二为一），自愿报名。,上课周次在教学日历中确定，具体时间待分班确定后，由任课教师和学生共同商定。,1.课程安排,一律用课外学时：,每次课2学时。,B(1)学期共6次（力3，电3）；,B(2)学期共4次（热、波、光、量子各1次）,讨论课的具体实施,2.,学生分班与排课：,3.,讨论课的全过程,题目课前到手；课后公布参考解答,7,以自然班为基础，15人一班为限（一分为二或合二为一）,效果、问题与发展,效果,尽管是自愿报名，而且占用课外学时，但学生,报名踊跃，除个别情况外，几乎全部学生参加了,全部讨论课。普遍反映有收获。,有的讨论班，学生课前认真准备，课堂讨论十,分热烈。甚至在下课之后还不肯离开，继续讨论。,从执行两个学期的情况看，讨论课的确起到了,调动学生学习主动性的作用，总的效果良好。,8,效果、问题与发展 效果 尽管是自,从讨论课的发展和推广看：,（2003春学期开始已有责任教授负责主持）,1）要进一步提高讨论课质量，必须要有专职,教师、,教授直接参与和主持,转变观念（从领导到教师“水平的高与低”）；,国外经验（教授，甚至知名教授乘担讨论课）,2）要在整个大学物理课程开设讨论课面临两大问题,众多的TA的教学质量管理；,大批小班（一届200多班）的排课与组织,探求新的教学组织模式。,例如：分层次，按类设班；定时定点，学生限额选课,好处多，困难大！,9,从讨论课的发展和推广看：（2003春学期开始已有责任教,习题讨论课(二),守恒定律和质点系力学基础,教学要求,：,1、理解和区分三个守恒的条件；,2、掌握用守恒定律求解力学问题的方法；,3、初步掌握质心及质心运动规律；,4、掌握刚体定轴转动的规律；,5、初步掌握分解质点系复杂运动的方法,。,附件,10,习题讨论课(二)守恒定律和质点系力学基础教学要求：附件,指导书1.3 三.3(砖块被拖动）,讨论题,1：,F,v,m,v=,const.,皮带,M,f,驱动力,m,砖块,f,的过程中，应该有：,m,：,v,m,=0,v,m,=,v,判断下列说法是否正确：,（2）,F,的功+,f,的功=,m,获得的动能,（1）,f,对,M,的功=,-,（,f,对,m,的功）,（3）,F,的功+,f,的功=0,（4）,F,的功=,m,获得的动能,教学目的：,功的定义；,动能定理。,11,指导书1.3 三.3(砖块被拖动）讨论题1：F,讨论题2：,S,和,S,系都是惯性系,在,S,和,S,系,中摆球（+地球）的机械能是否守恒？,S,O,m,S,1,）,S,S,2,）,在,S,和,S,系,中弹簧振子,的机械能是,否,守恒？,教学目的：功与参考系；,E,守恒条件。,12,讨论题2：S 和 S系都是惯性系 在 S 和 S系 中摆,讨论题3,分析下列情况的守恒量：,（1）锥摆,（2）两质点构成,的弹簧振子,（光滑水平面上）,（3）球与匀质,杆的碰撞,（3）中，动量是否守恒？一定不守恒？,动量也能守恒？,教学目的：守恒条件的分析和比较,13,讨论题3 分析下列情况的守恒量：（1）锥摆（2）两,讨论题,4,：,1,）功能原理是否成立？,如图，一,内壁光滑的,环状细管绕竖直轴,均匀转动,。管内小球自顶端无初速滑下。,2）设小球到图示位置时,速度为,v,有人列式如下：,试,判断此式的正误，并说明理由。,选圆环参考系，考虑小球的运动：,教学目的：非惯性系中的功能关系。,14,讨论题4：1）功能原理是否成立？如图，一内壁光滑的环状细管绕,计算题1,已知两带电粒子之间的静电力服从,库仑定律，即：,如图，带电粒子1以某一初速度正对远处的静止带电粒子2运动，,已知：,m,1,q,1,v,10,;,m,2,q,2,粒子电荷同号；,求：两粒子的最近距离（万有引力远小于,库仑力。,m,2,，,q,2,m,1,，,q,1,v,10,教学目的：,保守力和势能,守恒定律，,两体问题。,15,计算题1 已知两带电粒子之间的静电力服从如图，带电粒子1以,计算题,2,如图示，黏土块以初速度斜射在匀质,圆盘的顶端,P,点，后与圆盘黏合。,h,，,R,，,M,=2,m,，,=60,已知：,求：,当,P,转到与,x,轴重合,时，圆盘的角速度和,（水平）,x,O,M,光滑轴,R,P,m,（黏土块）,对盘,M,的作用力,N,轴,O,教学目的：,定轴转动的守恒定律；,转动定理；,质心运动定理。,16,计算题2 如图示，黏土块以初速度斜射在匀质 h，R，M=2,计算题,3,：轮,1,无驱动力，有初始角速度,10,.,各轴承光滑，轮,2,初静止，放平后，恰,与轮,1,接触，设两轮的质量及转动惯量,已知；杆质量不计。,求：稳定后各自的角速度,f,r,o,教学目的：,角动量定理；,守恒条件的判定；,运动学关系。,17,计算题3：轮1无驱动力，有初始角速度10.求：稳定后各自的,计算题,4,如图，内壁光滑的环状细管绕竖直轴,旋转，无动力，轴光滑。,初：管内球在,，静止；各已知量如图标示。,求：球到水平位置,时的相对速度,教学目的：,守恒定律。,18,计算题4 如图，内壁光滑的环状细管绕竖直轴求：球到水,计算题,5,：,现象：在台面上合适地搓动乒乓球，乒,乓球在桌面上前进一段距离后将会自动返回。,1,）试对此现象作定性解释；,2,）设乒乓球可看成匀质刚性球壳，导出能产,生上述现象，其初始条件应满足的关系。,教学目的：,刚体平面运动的分解；,质心运动定理；,质心参考系。,19,计算题5：现象：在台面上合适地搓动乒乓球，乒教学目的：19,计算题,6,如图一匀质细杆长为,l,，质量为,M,，,无约束地,平放在光滑水平面上。一质量为,m,的小球以速度,v,0,垂直于杆身与杆端作弹,性碰撞。设,M,3,m,，,求：碰后杆的,角速度,v,0,m,M，l,c,要求：只列出求解所需的方程。,教学目的；,质点系守恒定律。,20,计算题6 如图一匀质细杆长为 l，质量为 M，求：碰后,讨论题3,分析守恒量：,（1）锥摆,（2）两质点构成,的弹簧振子,（光滑水平面上）,（3）球与匀质,杆的碰撞,（3）中，动量是否守恒？一定不守恒？,动量也能守恒？,参考解答选：,21,讨论题3 分析守恒量：（1）锥摆（2）两质点构成,解：,（1）,动量不守恒,对点：,mg,T,r,A,r,o,角动量不守恒,对o,点：,角动量守恒,（2）对双振子系统：无外力。能量、动量,以及对任一定点的角动量守恒。,（3）能量是否守恒取决于碰撞性质；,一般碰撞中轴对杆有横向力，外力不为零，,但对o点的力矩为零，故系统角动量守恒,而动量不守恒。,22,解：（1）动量不守恒对点：mgTrAro角动量不守恒,解法一,：隔离用动量定理角动量定理,对象：杆。,无水平轴力，有球的力,f,这个位置称为撞击中心,动量定理（水平）：,角动量定理：,运动学：,解,：,若,x,为某确定值，可使轴承处无水平力，,即使动量也守恒，,结果与杆的,质量无关。,23,解法一：隔离用动量定理角动量定理这个位置称为撞击中心动量定,计算题,5,：,讨论在台面上搓动乒乓球后，乒乓球,能自动返回的原理；,计算：初始条件应满足的关系（均质球壳）。,定性分析,：,若初始,运动方向,如图，,则摩擦力方向一定向后。,摩擦力的作用：,对质心的运动,对绕质心的转动,当,而,时，乒乓球返回!,1,转动方向和平动方向不可随意；,的大小应满足一定关系,结论：,24,计算题5：讨论在台面上搓动乒乓球后，乒乓球定性分析：若初始运,质心运动方程,转动方程,（对质心）,定量计算：,由、式消,去,t,，解得：,25,质心运动方程 转动方程定量计算：由、式消25,令,当初始速度和角速度大小满足,上述不等式时，乒乓球可返回。,结束！,谢谢大家！,26,令当初始速度和角速度大小满足结束！谢谢大家！26,