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最新高中物理必修一教材分析

人教版高中物理（必修一）教材分析【2008年湖南省骨干教师培训】

时间：

2009-07-0315:

37:

02  来源：

人教版高中物理（必修一）教材分析

  一、教学要求

   必修一模块是高中物理共同必修模块，所有的学生都必须完成这一模块的学习。

本模块划分为“运动的描述”和“相互作用与运动规律”两个二级主题，模块涉及的概念和规律是高中物理进一步学习的基础。

有关实验在高中物理中具有典型性，通过这些实验学习，可以掌握基本的操作技能、体会实验在物理学中的地位及实践在人类认识世界中的作用,其具体的教学要求如下:

（一）运动的描述

   [内容标准]

   1.通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。

   2.通过对质点的认识，了解物理学研究中物理模型的特点，体会物理模型在探索自然

   规律中的作用。

   3.经历匀变速直线运动的实验研究过程，理解位移、速度和加速度，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用。

   4.能用公式和图像描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性。

   [学习要求]

   1.质点

   认识质点的概念，通过实例分析知道质点是一种科学抽象，是一个理想模型。

   在具体事例中认识在哪些情况下可以把物体看作质点，体会质点模型在研究物体运动中的作用。

   2.参考系和坐标系

   知道参考系概念，通过实例的分析了解参考系的意义。

   在具体问题中正确选择参考系，利用坐标系描述物体的位置及其变化（不要求介绍“惯性系”和“非惯性系”）

   体会研究物理问题中建立参考系的重要性，体验数学工具在物理学中的应用。

   3.时间（间隔）和时刻

   通过实例了解时刻和时间（间隔）的区别和联系。

   用数轴表示时刻和时间，体会数轴在研究物理问题中的应用。

   4.路程和位移

   理解位移的概念。

   通过实例，了解路程和位移的区别，知道位移是矢量，路程是标量。

   知道时刻与位置、时间与位移的对应关系；用坐标系表示物体运动的位移。

   5.速度 匀速直线运动

   理解物体运动速度的意义，知道速度的定义式和矢量性，知道速率的概念。

   理解平均速度的意义，并用公式计算物体运动的平均速度，认识有关显示物体运动速度大小的仪表。

   知道瞬时速度的意义，在具体问题中识别平均速度和瞬时速度，初步体会极限的思维方法。

   知道速度和速率的区别。

   理解匀速运动的概念。

   认识匀速直线运动的s－t图像和v—t图像，并用他们描述匀速直线运动。

   6.速度的测量

   理解测量速度的基本原理。

   会用打点计时器测量物体运动的速度，会处理实验数据。

[page]

  对于具体问题，使用v—t图像描述速度随时间的变化规律。

   7.加速度

   理解加速度的物理意义，知道加速度的定义式和单位。

   用加速度定义式进行计算，并根据加速度与速度方向间的关系判断物体是加速运动还是减速运动。

   知道平均加速度和瞬时加速度及其区别，理解匀变速直线运动的含义。

   知道匀变速直线运动v－t图像的斜率表示加速度的大小。

   8.探究速度随时间的变化规律

   经历“研究物体运动速度随时间变化规律”的探究过程，会用打点计时器来研究匀变速直线运动。

   运用列表法、图像法处理实验数据、分析运动特点等。

   体验在实验研究中获取数据，作出图像，分析图像，寻找规律的科学思维方法。

   9.匀变速直线运动的速度与时间的规律

   通过实例，知道匀变速直线运动的v－t图像，认识匀变速直线运动的速度与时间的变化规律。

   认识匀变速直线运动的速度公式，并用公式进行计算。

   知道匀变速直线运动和非匀变速直线运动的区别。

   10.匀变速直线运动的位移与时间的规律

   了解匀变速直线运动位移公式的推导方法，认识匀变速直线运动的位移公式，并用公式进行计算。

知道v—t图像中图线与横轴包围的“面积”表示位移。

   11.自由落体运动

   通过实验，了解空气阻力对落体运动的影响，知道自由落体的概念。

   通过实例的分析，知道自由落体运动的加速度是恒定的，认识自由落体运动的规律。

   初步了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法。

   通过查找资料等方式，了解并体会伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义。

（二）相互作用与运动规律

    [内容标准]

    1.通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力。

    2.知道常见的形变，通过实验了解物体的弹性，知道胡克定律。

    3.通过实验，理解力的合成与分解，知道共点力的平衡条件，区分矢量与标量，用力的合成与分解分析日常生活中的问题。

    4.通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系。

理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。

通过实验认识超重和失重现象。

    5.认识单位制在物理学中的重要意义。

知道国际单位制中的力学单位。

    [学习要求]

    1.力

    知道力是物体间的相互作用，并在具体问题中找出施力与受力物体。

    知道力的三要素，在具体问题中画出力的图示或力的示意图。

    2.形变与弹力

    通过实例分析，了解弹性形变的概念，知道弹力及弹力产生的条件，分析弹力的方向。

    通过探究知道胡克定律，并用其进行简单计算。

（不讨论弹簧组劲度系数的问题）[page]

  3.摩擦力

    通过实例知道静摩擦产生的条件，知道最大静摩擦的概念，判断静摩擦力的方向。

（不

 引入静摩擦因数）

   通过实例知道滑动摩擦产生的条件，判断滑动摩擦力的方向。

   通过探究，知道影响滑动摩擦力大小的因素，用动摩擦因数计算滑动摩擦力。

  （不要求对三个或三个以上的连接体进行受力分析）

   4.力的合成与分解

   理解合力和分力的概念，知道力的分解是力的合成的逆运算。

   通过实验探究，理解平行四边形定则，区分矢量与标量。

（力的合成与分解的计算，只限于用作图法或直角三角形知识解决）

   关注力的合成与分解在科学技术与社会中的应用，用力的合成与分解分析日常生活中的问题。

   5.共点力作用下物体的平衡

   通过实例了解共点力作用下物体平衡的概念，知道共点力作用下物体的平衡条件，并用来计算简单的平衡问题。

（不要求解决复杂连接体的平衡问题）

   关注科学技术与社会，用共点力平衡的条件解释生活中的有关问题。

   6.牛顿第一定律

   知道伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识，知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论，知道理想实验法是科学研究的重要方法。

   理解牛顿第一定律的内容和意义。

   7.牛顿第二定律

   通过实验探究和具体实例的分析，理解加速度与力的关系，理解加速度与质量的关系。

   经历实验方案的制定和实验数据处理的过程，学习科学方法，提高科学素养。

   通过实验归纳，理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式的含义。

   8.牛顿第三定律

   通过实验探究，理解牛顿第三定律的含义并应用牛顿第三定律解决实际问题。

   9.用牛顿定律解决问题

   用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。

   理解应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法,并解决有关问题。

   通过实验认识超重和失重现象，知道超重和失重的概念及其产生条件。

  （不要求求解加速度不同的连接体问题，不要求在非惯性系内处理运动的问题）

   10.力学单位制

   知道单位制的意义，知道国际单位制中力学的基本单位。

   认识单位制在物理计算中的作用，并正确使用国际单位制单位。

   二、教材重点与难点

（一）运动的描述、匀变速直线运动的研究

   这部分内容出现较多的是匀变速直线运动的规律，在新课标下，与实际生活和生产密切结合的问题，新高考考查的几率会大大提高。

本章知识应多注意对有关交通运输、现代科技、测量运动物体的速度和物体之间距离等题型的归纳和总结。

在复习的过程中，熟练地掌握匀变速运动的公式、规律和它们之间的关系，并能灵活的运用和变通，是解决该部分问题的关键。

（二）相互作用[page]

本章主要内容包括三种性质的力、物体的受力分析、力的合成与分解．在高考中主要通过这部分的知识来考查考生对这类知识的理解及其分析、推理能力和数学运算能力．

   在三种性质力中，高考中一般从力的产生条件、力的大小和方向及其行为特征的角度立意命题．对“弹力”大小和方向的判断、“弹簧模型”在不同物理情景下的综合应用是高考命题重点．对“摩擦力”的存在、大小和方向的判断，其中尤其是“静摩擦力”考查的命题情景经常翻新，复习过程中要求学生注意这一动向．

   平行四边形定则是所有矢量运算所遵循的基本准则．平行四边形定则的物理思想基础是等效思维,它涉及到的数学方法包括几何法、图象法、函数法,尤其以三角函数思想的运用.它的命题出发点是考查考生综合应用能力和运用数学方法解决物理问题的能力．

   分析这几年的高考题，这部分知识必定出现，大部分是和其它知识综合出题，主要涉及摩擦力和弹簧的弹力，单独出题时往往以摩擦力为主。

所以弹力中的胡克定律的应用和摩擦力的各类问题是这部分的重点和难点

  （三）牛顿运动定律

   本章主要内容包括惯性、质量的概念，牛顿运动定律及其应用。

牛顿运动定律是经典物理学最基本、最重要的规律，是力学的基础。

历年高考中对牛顿运动定律的考查覆盖面大，且达到了较高层次，主要从以下几个方面考查：

（1）综合应用牛顿运动定律与运动学规律；

（2）熟练运用正交分解法；（3）要求灵活运用隔离法和整体法相结合解决加速度相同的连接体问题；（4）将本章知识运用于电磁学问题的求解中去，尤其是粒子在复合场中的运动等。

   新教材中共点力的平衡问题安排在本章讲述。

这一类问题不仅是力学考查的重点，在电学、热学、原子物理中也大量存在．“平衡状态下的物体”是一个重要的物理模型，它涉及到受力分析、作受力图等基本技能的考查。

   由于本章的知识是物理学最基本和最重要的知识，故其与物理学其它板块的知识结合紧密，也易与化学、生物学等学科发生联系，并且与生产、生活及现代科学的关联也十分明显，如近年来出现的皮带传动、加速度计、惯性制导仪、行星探测器、超重和失重、万有引力定律的应用等问题。

   因此在复习和应用本章知识时，需要学生夯实基础，灵活迁移，注重在分析和综合应用中提高。

   三、教材疑点

   人教版普通高中课程标准实验教科书《物理（必修①）》与原有教材有较大的进步，如教材中的生动活泼、内容丰富多彩的插图，更能够激发学生的学习兴趣；教材的编写上更加注重循序渐进、更能接近学生的认知规律；教材内容选取上更能体现从生活走向物理、从物理走向生活；教材的学习方式上更能关注科学探究、提倡学习方式的多样化。

但新教材并非尽善尽美，还存在着一些不足，有待于进一步地完善。

我在教学中发现高中物理（必修①）存在几个细节问题，现提出来探讨。

   1.概念叙述不准确

   教材第17页中有“速度的方向就是物体运动的方向”,在这里编者可能没有注意到速度分为平均速度和瞬时速度,只有瞬时速度的方向才是物体运动的方向,而平均速度方向则是物体运动的位移方向.因此这里笼统地说“速度的方向就是物体运动的方向”是不准确。

   教材第18页中图1.3-2中说“汽车速度计显示的速度可以看成瞬时速度”笔者认为汽车速度计只能显示的是瞬时速率,而不是瞬时速度.因此这里叙述也不准确。

   2.插图设置不够科学

   教材第28-29页图1.5-2中飞机起飞时,在同一底片上相隔相同时间,多次曝光“拍摄”的照片（模拟图）.可以看出,在同样时间间隔中,飞机的位移不断增大.来表示匀变速直线运动的规律.[page]

   经过我们仔细地测量,第1个飞机与第2个飞机间距离为1.7cm,第2个飞机与第3个飞机间距离为3.0cm,第3个飞机与第4个飞机间距离为4.5cm,第4个飞机与第5个飞机间距离为6.5cm,由此可得连续相等的时间间隔的距离分别为1.3cm、1.5cm、2.0cm、在误差允许的范围内,并不满足连续相等时间间隔的位移之差相等,从而用此飞机起飞的过程来说明匀变速直线运动规律并不科学.

   3.课后习题的设置未考虑到实际情景

   教材第94页的“问题与练习”中第4题:

航天员进行超重训练的加速度一般在5g（g为自由落体加速度）情况下持续2s∽3s,我国航天员已能做到在8g情况下持续40s.现假设训练装置的加速度为6g,如果在该装置中有一条绳子系着1kg的物体.

（1）当装置的加速度竖直向上时,绳子受到的拉力有多大?

（2）当装置的加速度竖直向下时,绳子受到的拉力有多大?

   在教师教学用书上给出解答中,其第2小题解答如下:

   如图4-16乙所示,由牛顿第二定律:

   F+mg=ma

   F=ma-mg=5g=5×1×10N=50N

   绳子受到的的拉力大约为50N.

   本题的解答在选用的规律以及计算的过程中均没有问题，但仔细思考一下会发现疑问，绳子怎么能给物体向下的力？

事实这时小球向上运动直至被装置的顶板挡住,本题目解出的结果应是顶板对小球的作用力.在教学中此题进行探究式教学,并培养学生的质疑能力.

   4.对物理学家的介绍不够全面

   教材中提到亚里多德的有两处,分别是第48页的“亚里多德认为物体下落的快慢是由它们的重量决定”、第72页的“根据这类经验，亚里多德得出结论：

必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止在一个地方”。

这样给学生造成亚里多德在物理学上得出的全是错误观点，而事实上亚里多德是一位博学家,在物理学史上、甚至在人类历史上都有着巨大的贡献。

若能介绍他的一些成就，能使学生较全面地认识亚里多德，从亚里多德身上学到更多的东西。

   以上是我的一点肤浅的认识，写在这里以抛砖引玉。

四、教学建议

   1.循序渐进,步步登高

   在物理教学的过程中,凡是教学中的难点,一般说来都是新内容与学生已有的认知之间存在较大的落差,正确分析这个落差,搭好合适的“台阶”，正是教学艺术之所在，新教材在帮助教师搭设教学台阶这方面做了很多工作。

例如：

矢量的教学，教材是通过以下几个阶段来引导学生学习的。

①通过位移初步接触矢量；②通过“思考与讨论”体会到矢量相加具有特殊的规律；③通过实验探索矢量相加的法则；④给矢量科学的定义；⑤通过“说一说”深化矢量相加的法则。

再例如，教材关于匀变速直线运动规律的写法是循序渐进教学的又一个例子。

   2.发挥教材中开放性栏目的教学功能

   在新教材中,设计了很多开放性栏目,如“说一说”“做一做”“科学漫步”等，由于这些栏目是开放性的，虽然没有具体的教学要求，但它是教材的有机组成部分，在一定程度上体现了新课程的理念，是落实三维目标的重要载体。

在教学中要把栏目摆在正确的位置，发挥它应有的教学功能。

略举几例如下：

   ①“说一说”有利于巩固和深化理解知识：

例如教材第19页的“说一说”通过费恩曼讲过的笑话来引起学生的思考，进行分析得出这位女士对“瞬时速度”“路程”和“将要走过的路程”这个概念不清楚；

   ②“做一做”能使学生从身边熟悉的生活现象中探索、认识物理规律，并尽量将认识到的物理知识与生产、生活实际联系起来，体现了物理学在社会进步中的作用。

例如：

教材第18页的“做一做”提出：

“设计方法，分别测量自行车在不同情况行驶（如长距离和短距离）时的速度；测量蚊香燃烧的速度。

对测量结果的可靠性做出评估”“做一做”能使学生体验日常生[page]

活中的速度；对实验结果的可靠性评估既让学生体会到：

通过实验得到的数据应符合实际情况，又可以判断自己的探究过程和设计的实验方法是否正确可行，从而达到培养科学素养之目的。

   ③读一读“科学漫步”，可让学生找寻科学的思想方法，培养学生树立科学的情感、态度和价值观。

例如：

教材中第13页的“全球卫星定位系统”，学生自已阅读后，一部分学生对此很感兴趣，教师若适时鼓励他们查找资料，写一篇小小的研究报告，并给予交流的机会，这将激励他们对现代科学技术研究的欲望，并增强他们学好物理的自信心。

   五、学生易错题分析

（一）运动的描述、匀变速直线运动的研究

   在本章知识应用的过程中，学生常犯的错误主要表现在：

对要领理解不深刻，如加速度、速度与速度变化量之间的关系常混淆不清；对位移、速度、加速度这些矢量运算过程中正、负号的使用出现混乱;在未对物体运动（特别是物体做减速运动）过程进行准确分析的情况下，盲目地套公式进行运算等。

   1.汽车以10m/s的速度行使5分钟后突然刹车,如刹车过程是做匀变速运动，加速度大小为5m/s2，则刹车后3秒钟内汽车所走的距离是多少？

   此题错误有两个原因：

一是对刹车的物理过程不清楚，当速度减为零时，车与地面无相对运动，滑动摩擦力变为零；二是对位移公式的物理意义理解不深刻，位移S对应时间t，这段时间内a必须存在，而当a不存在时，求出的位移则无意义。

   2.气球以10m/s的速度匀速竖直上升，从气球上掉下一个物体，经17s到达地面。

求物体刚脱离气球时气球的高度。

（g=10m/s2）

   此题由于学生对惯性定律理解不深刻，导致对题中的隐含条件即物体离开气球时具有向上的初速度视而不见，误认为v0=0。

实际上物体离开气球时，具有向上的10m/s的初速度，在重力作用下做作竖直上抛运动。

   3.经检测汽车A的制动性能为：

以标准速度20m/s在平直公路上行驶时，制动后40s停下来。

现A在平直公路上以20m/s的速度行驶发现前方180m处有一货车B以6m/s的速度同向匀速行驶，司机立即制动，是否发生撞车事故？

   这是典型的追击问题。

关键是弄不清不相撞的条件。

汽车A与货车B同速时，两车位移差和初始时刻两车距离关系是判断两车能否相撞的依据。

当两车同速时，两车位移差大于初始时刻的距离时，两车相撞；小于、等于时，则不相撞。

（二）相互作用与牛顿运动定律

   在本章知识应用的过程中，学生常犯的错误主要表现在：

对物体受力情况不能进行正确的分析，其原因通常出现在对弹力和摩擦力的分析与计算方面，特别是对摩擦力（尤其是对静摩擦力）的分析；对运动和力的关系不能准确地把握，如在运用牛顿第二定律和运动学公式解决问题时，常表现出用矢量公式计算时出现正、负号的错误，其本质原因就是对运动和力的关系没能正确掌握，误以为物体受到什么方向的合外力，则物体就向那个方向运动。

   1.甲、乙两人手拉手玩拔河游戏，结果甲胜乙败，那么甲乙两人谁受拉力大？

   产生上述错解原因是学生凭主观想像，而不是按物理规律分析问题。

按照物理规律我们知道物体的运动状态不是由哪一个力决定的而是由合外力决定的。

甲胜乙是因为甲受合外力对甲作用的结果。

甲、乙两人之间的拉力根据牛顿第三定律是相互作用力，甲、乙二人拉力一样大。

  2.如图,一木块放在水平桌面上,在水平方向上共受三个力,F1、F2和摩擦力，处于静止状态。

其中F1=10N，F2=2N。

若撤去力F1则木块在水平方向受到的合外力为 （  ）

  A.10N向左     B.6N向右[page]

C.2N向左      D.0

   摩擦力问题主要应用在分析物体运动趋势和相对运动的情况，所谓运动趋势，一般被解释为物体要动还未动这样的状态。

没动是因为有静摩擦力存在，阻碍相对运动产生，使物体间的相对运动表现为一种趋势。

由此可以确定运动趋势的方向的方法是假设静摩擦力不存在，判断物体沿哪个方向产生相对运动，该相对运动方向就是运动趋势的方向。

如果去掉静摩擦力无相对运动，也就无相对运动趋势，静摩擦力就不存在。

   3.如图物体静止在斜面上，现用水平外力F推物体，在外力F由零逐渐增加的过程中，物体始终保持静止，物体所受摩擦力怎样变化？

   错解的原因是对静摩擦力认识不清，因此不能分析出在外力变化过程中摩擦力的变化。

   4.如图，m和M保持相对静止，一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑，则M和m间的摩擦力大小是多少？

   造成错解主要是没有好的解题习惯，只是盲目的模仿，似乎解题步骤不少，但思维没有跟上。

要分析摩擦力就要找接触面，摩擦力方向一定与接触面相切，这一步是堵住错误的起点。

犯以上错误的客观原因是思维定势，一见斜面摩擦力就沿斜面方向。

   5.如图，有一水平传送带以2m／s的速度匀速运动，现将一物体轻轻放在传送带上，若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5，则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少？

   学生的错误出在对这一物理过程的认识。

传送带上轻放的物体的运动有可能分为两个过程。

一是在滑动摩擦力作用下作匀加速直线运动；二是达到与传送带相同速度后，无相对运动，也无摩擦力，物体开始作匀速直线运动。

关键问题应分析出什么时候达到传送带的速度，才好对问题进行解答。

   六、教学资源

（一）教材中值得重视的题目

   1.涉及科学研究过程与方法的习题

   新课程理念下的物理教学强调让学生领悟物理思想和方法，体验探究过程，增强实践意识，新高考将更多的关注新课程理念的体现，试题将更多涉及研究过程与方法、物理学史等方面的问题,在教材中也有体现.

   ①速度的测量

   为了能研究物体的运动规律，必须要测定物体的瞬时速度，瞬时速度近似等于物体在极短时间的平均速度。

因此，必须有这样的仪器，能测定物体在短时间内的位移。

   打点计时器：

打点计时器的原理是连接50Ｈz的交流电，它能在0.02s打出一个点，如果用一条纸带跟随物体运动，通过打点计时器记录下每隔0.02s的位置，即可通过纸带研究物体的平均速度与瞬时速度。

   闪光照相：

与打点计时器相似，可以等时间记录物体的位置，通过底片的像可以研究物体的运动速度。

要注意的是像的位移与实际位移可能不同。

   光电门：

在物体上安装一个挡光板，已知其宽度，光电门能记下挡光板通过光电门的时间，由此可以求得物体通过光电门的瞬时速度（也是短时间的平均速度）。

   总之，在实际生活、科学研究中，测定速度的方法很多，但一般是测量微小时间内通过的位移或测通过微小位移的时间。

   例1.教材32页第4题

   例2.光电门传感器是测定瞬时速度的仪器，它的原理（如图所示）是发射端发出一束很细的红外线到另一端的接收窗口，当固定在运动物体上一个已知宽度的挡光板通过时，它可以通过数据采集器计下挡光板经过的时间，再用挡光板的宽度与经过的时间比值求得运动物体的瞬时速度。

（1）用光电门测变速运动物体的瞬时速度，在测量速度较小时，为了减小测量误差，应选择宽度比较  __  （填“宽”或“窄”）的挡光板。

[page]

（2）已知某光电门的时间测量的最大误差为±0.1ms，如果物体的实际瞬时速度为10m/s，选用的挡光板宽度是5mm，在用光电门测该物体速度产生绝对误差的最大值为 ___  。

（绝对误差=│测量值－真实值│）。