| 标题 | 高中物理力学概念的梳理 |
| 范文 | 钟奇轩 本研究的主旨在于通过调查，确定我国的高中物理核心概念、核心概念的内涵以及各个年级段学生对核心概念应达到的理解程度。另外，核心概念的抽象、概括程度也需要进一步研究。理科教师协会指出，在恰当的概括程度上确定核心概念是新标准研制的最大难题。例如，“牛顿定律”这一表述的概括程度能使标准的条目数量显著减少，但它不够清晰，同时又包含大量的逻辑内容，并没有真正减少学生要学习的课程内容。 1 运动的描述 通过分析教科书中本章的内容可知，本章属于运动学的内容，其主旨在于通过介绍一系列基本的概念来描述物体的机械运动，这些概念具有基础性，以后学生无论描述哪一种形式的机械运动，都会用到这些物理量。 具体来看，在某些情况下，人们在描述运动时可以忽略次要因素，将物体看作是有质量的物质点。描述质点的运动首先需要建立参照系，在参照系上建立坐标系能定量描述质点的位置及位置的变化。在此基础上，教科书引进了位移的概念描述质点位置的变化，其大小用坐标轴上的两个位置坐标的变化量来表示，引进了平均速度和瞬时速度的概念来描述物体运动的快慢，用加速度来描述物体运动速度变化的快慢，还指出在加速和减速两种不同的情况下，加速度方向与速度方向之间的关系。位移等概念与初中所学毕竟不同，教科书在此初步指出了标量和矢量的不同及其运算法则的不同。 综合考虑以上概念，结合本章的概念图，笔者将本章的主要内容概括为以下的大概念：描述物体运动时，可以在选定参考系的基础上，分别用位移、速度、加速度描述质点位置的变化、运动的快慢及速度变化的快慢。 2 匀变速直线运动的研究 通过分析教科书中本章的内容可知，虽然匀加速直线运动必然是在外力的作用下才能产生，但本章的主旨却在于从运动学的角度研究匀变速直线运动的速度和位移随时间变化的规律，并没有涉及到受力的内容，因此，本章内容仍属于运动学。 本章首先让学生实验探究小车速度随时间变化的规律，学生通过用表格记录实验数据并用v—t图像处理数据，对匀加速直线运动有了感性认识。在此基础上，教科书引入了匀变速直线运动的概念及其图像。通过理论推导，得到了匀变速直线运动的速度与时间的关系V=V0+at，位移与时间的关系s=v0t+1/2×at2，以及速度与位移的关系为v2一v02=2as。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，其瞬时速度和位移的计算都可以用以上公式。 综合考虑以上概念，结合本章的概念图，笔者将本章的主要内容概括为以下的大概念：匀变速直线运动是加速度保持不变的直线运动，其速度和位移随着时间的推移而有规律地变化。 3 相互作用 通过分析教科书中本章的内容可知，本章的主旨在于让学生理解几种常见力的特点和规律，并掌握力的运算法则。 具体来看，本章给出了力的定义和力的图示表示法，将所有的力概括为四种基本相互作用，即引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。重力、弹力和摩擦力这几种常见力可以归结为引力和电磁力。本章重点介绍了这三种常见力的特点和规律，给出了重力的大小和方向、重心的概念及其影响因素，介绍了弹力产生的原因、常见的弹力种类和胡克定律，介绍了静摩擦力和滑动摩擦力产生的原因、大小（定量）和方向。此外，本章还介绍了合力与分力的概念、力的合成与分解的方法，并指出了矢量和标量的运算方法。笔者将本章所包含的概念（较下位的、一般的概念）梳理出来，如下表所示： 综合考虑以上概念，结合本章的概念图，笔者将本章的主要内容概括为以下的两个大概念： ①力是物体之间的相互作用，自然界最基本的相互作用是引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。重力是万有引力在地球表面附近的表现，弹力、摩擦力是由电磁力引起的。 ②合力与分力的作用效果相同，力的合成与分解遵从平行四边形法则。 4 牛顿运动定律 通过分析教科书中本章的内容可知，本章的主旨在于介绍牛顿三定律及其应用，从而确立运动与力之间的关系，这也是动力学的核心。 具体来看，本章在伽利略的理想实验的基础上介绍了牛顿第一定律、惯性的概念及其影响因素。在学生实验探究的基础上，介绍了牛顿第二定律和牛顿第三定律，尤其是受力分析以及“一对相互平衡的力与“一对作用力和反作用力”之间的区别。牛顿第二定律确定了力和运动之间的关系，能从运动情况推断受力情况并从受力情况推断运动情况，还能确定共点力作用下物体的平衡条件。超重和失重现象的分析则是对牛顿第二定律和第三定律的综合应用。力学单位制的内容在本章中不是重点内容。 综合考虑以上概念，结合本章的概念图，笔者将本章的主要内容概括为以下的大概念：物体在不受力或所受合力为0时保持匀速直线运动或靜止状态，所受合力不为0时产生加速度。力的作用总是相互的。运用牛顿运动定律能研究物体受力与运动之间的关系。 5 曲线运动 通过分析教科书中本章的内容可知，本章的主旨在于通过对平抛运动和圆周运动的深入分析，介绍曲线运动的研究方法。 本章先从整体上给出了曲线运动的研究方法，即通过平面直角坐标系两个坐标轴上的分矢量表示物体的位移或速度。介绍了曲线运动瞬时速度的方向及其变化，阐明了物体在什么情况下会做曲线运动。进一步深入介绍了两种最典型的曲线运动，即平抛运动和圆周运动。阐明了平抛运动在水平方向和竖直方向上的速度变化规律和位移变化规律，并将其推广到一般的抛体运动。介绍了描述圆周运动的物理量线速度和角速度，建立了匀速圆周运动的模型。通过理论推导给出了匀速圆周运动的向心加速度的方向和大小，并由牛顿第二定律得知了向心力的大小和方向，然后推广到变速圆周运动和一般的曲线运动。对生活中的各种圆周运动现象的分析都是对前面所学概念的应用。 综合考虑以上概念，结合本章的概念图，笔者将本章的主要内容概括为以下的三个大概念： ①当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线时，物体做曲线运动。可以用平面直角坐标系研究物体的曲线运动。 ②抛体运动在水平方向为匀速直线运动，竖直方向为加速度为g的匀变速直线运动。 ③物体之所以能做匀速圆周运动，在于它受到了向心力的作用，向心力产生向心加速度。变速圆周运动既有向心加速度又具有切向加速度。 |
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