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高中物理3.2课后习题答案
第4章
第1节
划时代的发现
1.
奥斯特实验,电磁感应等.
2.
电路是闭合的.导体切割磁感线运动.
第2节
探究电磁感应的产生条件
1.
(1)不产生感应电流(2)不产生感应电流(3)产生感应电流
2.
答:由于弹簧线圈收缩时,面积减小,磁通量减小,所以产生感应电流.
3.
答:在线圈进入磁场的过程中,由于穿过线圈的磁通量增大,所以线圈中产生感应电流;在线圈离开
磁场的过程中,由于穿过线圈的磁通量减小,所以线圈中产生感应电流;当个线圈都在磁场中时,由于穿过线圈的磁通量不变,所以线圈中不产生感应电流.
4.
答:当线圈远离导线移动时,由于线圈所在位置的磁感应强度不断减弱,所以穿过线圈的磁通量不断
减小,线圈中产生感应电流.当导线中的电流逐渐增大或减小时,线圈所在位置的磁感应强度也逐渐增大或减小,穿过线圈的磁通量也随之逐渐增大或减小,所以线圈中产生感应电流.
5.
答:如果使铜环沿匀强磁场的方向移动,由于穿过铜环的磁通量不发生变化,所以,铜环中没有感应
电流;如果使铜环在不均匀磁场中移动,由于穿过铜环的磁通量发生变化,所以,铜环中有感应电流.
6.
答:乙、丙、丁三种情况下,可以在线圈B
中观察到感应电流.因为甲所表示的电流是稳恒电流,那
么,由这个电流产生的磁场就是不变的.穿过线圈B
的磁通量不变,不产生感应电
7.
流.乙、丙、丁三种情况所表示的电流是随时间变化的电流,那么,由这样的电流产生的磁场也是变
化的,穿过线圈B
的磁通量变化,产生感应电流.
8.
为了使MN
中不产生感应电流,必须要求DENM
构成的闭合电路的磁通量不变,即20BS
B
l
=,而
()S
l
vt
l
=+,所以,从0t
=开始,磁感应强度B
随时间t
的变化规律是0B
l
B
l
vt
=+
第3节
楞次定律
1.
答:在条形磁铁移入线圈的过程中,有向左的磁感线穿过线圈,而且线圈的磁通量增大.根据楞次定
律可知,线圈中感应电流磁场方向应该向右,再根据右手定则,判断出感应电流的方向,即从左侧看,感应电流沿顺时针方向.
2.
答:当闭合开关时,导线AB
中电流由左向右,它在上面的闭合线框中引起垂直于纸面向外的磁通量
增加.根据楞次定律,闭合线框中产生感应电流的磁场,要阻碍它的增加,所以感应电流的磁场在闭合线框内的方向是垂直纸面向里,再根据右手定则可知感应电流的方向是由D
向C
.当断开开关时,垂直于纸面向外的磁通量减少.根据楞次定律,闭合线框中产生感应电流的磁场,要阻碍原磁场磁通量的减少,所以感应电流的磁场在闭合线框内的方向是垂直纸面内外,再根据右手定则可知感应电流的方向是由C
向D
.
3.
答:当导体AB
向右移动时,线框ABCD
中垂直于纸面向内的磁通量减少.根据楞次定律,它产生感
应电流的磁场要阻碍磁通量减少,即感应电流的磁场与原磁场方向相同.垂直于纸面向内,所以感应电流的方向是A
B
C
D
.此时,线框ABFE
中垂直纸面向内的磁通量增加,根据楞次定律,它产生的磁场要阻碍磁通量的增加,即感应电流的磁场与原磁场方向相反,垂直于纸面向外.所以,感应电流的方向是A
B
F
E
.所以,我们用这两个线框中的任意一个都可以判定导体AB
中感应电流的方向.说明:此题对导体AB
中的电流方向的判定也可用右手定则来确定.
4.
答:由于线圈在条形磁铁的N
极附近,所以可以认为从A
到B
的过程中,线圈中向上的磁通量减小,
根据楞次定律,线圈中产生的感应电流的磁场要阻碍磁通量的减少,即感应电流的磁场与原磁场方向相同,再根据右手螺旋定则可知感应电流的方向,从上向下看为逆时针方向.从B
到C
的过程中,线
圈中向下的磁通量增加,根据楞次定律,线圈中产生的感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加,即感应电流的磁场与原磁场方向相反,再根据右手螺旋定则可知感应电流的方向,从上向下看为逆时针方向.
5.
答:(1)有感应电流(2)没有感应电流;(3)有感应电流;(4)当合上开关S
的一瞬间,线圈P
的左
端为N
极;当打开开关S
的上瞬间,线圈P
的右端为N
极.
6.
答:用磁铁的任一极(如N
极)接近A
球时,穿过A
环中的磁通量增加,根据楞次定律,A
环中将产
生感应电流,阻碍磁铁与A
环接近,A
环将远离磁铁;同理,当磁铁远离发A
球时,A
球中产生感应电流的方向将阻碍A
环与磁铁远离,A
环将靠近磁铁.由于B
环是断开的,无论磁极移近或远离B
环,都不会在B
环中形成感应电流,所以B
环将不移动.
7.
答:(1)如图所示.圆盘中任意一根半径CD
都在切割磁感线,这半径可以看成一个电源,根据右手
定则可以判断,D
点的电势比C
点高,也就是说,圆盘边缘上的电势比圆心电势高,(2)根据右手定则判断,D
点电势比C
点高,所以流过电阻R
的电流方向自下向上.说明:本题可拓展为求CD
间的感应电动势.设半径为r
,转盘匀速转动的角速度ω,匀强磁场的磁感应强度为B
,求圆盘转动时的感应电动势的大小.具体答案是212
E
Br
ω=.
第4节
法拉第电磁感应定律
1.
正确的是D
.
2.
解:根据法拉第电磁感应定律,线圈中感应电动势为0.090.021000V
175V
0.4
E
n
t
-?Φ==?=?;根据闭合电路欧姆定律可得,通过电热器的电流为175A=0.175A
99010
E
I
R
r
=
=++
3.
解:根据导线切割磁感线产生感应电动势的公式E
Blv
=得:缆绳中的感应电动势54334.610
2.05107.610V=7.210V
E
-=??
4.
答:可以.声音使纸盒振动,线圈切割磁感线,产生感应电流.
5.
答:因为线圈绕OO
'轴转动时,线圈长2L
的边切割磁感线的速度变化,感应电动势因而变化.根据公
式sin
E
Blv
θ=和v
r
ω=有12sin
E
BL
L
ωθ=.因为12S
L
L
=,90θ=?,所以,E
BS
ω=.
6.
答:(1)根据法拉第电磁感应定律,线圈中感应电动势2B
E
n
n
R
t
t
π?Φ?==??,所以,22441A
B
E
E
==.(2)根据闭合电路欧姆定律,可得通过线圈的电流2122S
E
B
B
I
n
R
n
R
R
t
R
t
S
ππρρ??===??,所以,221
A
A
B
B
I
R
I
R
===.
7.
答:管中有导电液体流过时,相当于一段长为d
的导体在切割磁感线,产生的感应电动势E
Bdv
=.液体的流量()2
2
d
Q
v
π=,即液体的流量与电动势E
的关系为4d
Q
E
B
π=.
第5节
电磁感应定律的应用
1.
解:根据导线切割磁感线产生感应电动势的公式E
Blv
=,该机两翼尖间的电势差为54.71012.70.7340V=0.142V
E
-=?,根据右手定则可知,从驾驶员角度来说,左侧机翼电势高。说明:该题的难点之上在于学生的空间想象力往往比较弱,对此,可用简单图形(图4-12)帮助理解;另外,该题可补充一问,即当飞机从西向东飞行时,哪侧机翼电势高?分析可得仍为左侧机翼
电势高。
2.
(1)根据法拉第电磁感应定律,线圈中感应电动势为E
n
t
?Φ=?。根据t
Φ-图象可知,0.5/Wb
s
t
?Φ=?。电压表的读数为1000.5V=50V
E
n
t
?Φ==??。(2)感应电场的方向为逆时针方向,如图所示。(3)A
端的电势比B
端高,所以A
端应该与电压表标的接线柱连接。
3.
答:(1)等效电路如图所示。(2)通过R
的电流方向从上到下。根据导线切割磁感线产生感应电动势
的公式E
Blv
=,MN
、PQ
的电动势都为111V
E
=??。根据电池的并联和闭合电路欧姆定律,通过R
电流1A=1A
1
E
I
R
==。(3)通过MN
的电流方向为自N
到M
;过PQ
的电流方向为自N
到M
;过PQ
的电流方向为Q
到P。
4.
(1)线圈以速度v
匀速进入磁场,当CD
边在磁场中时,线圈中感应电动势11E
Bl
v
=,其中1l
为CD
边的长度。此时线圈中的感应电流为111E
Bl
v
I
R
R
=
=,其中R
为线圈的总电阻。同理,线圈以速度2v
匀速进入磁场时,线圈中的感应电流最大值为2122E
Bl
v
I
R
R
==。第二次与第一次线圈中最大电流之比为2:1。(2)线圈以速度v
匀速进入磁场,当CD
边在磁场中时,CD
边受安培力最大,最大值为
221111B
l
v
F
BI
l
R
==。由于线圈做匀速运动,所以此时外力也最大,且外力大小等于安培力大小,此时外力的功率为22111B
l
v
P
Fv
R
==。同理,线圈以速度2v
进入磁场时,外力的最大功率为222
124B
l
v
P
R
=。第二次与第一次外力做功的最大功率之比为4:1。(3)线圈以v
匀速进入磁场,线圈中的感应电流为
111E
Bl
v
I
R
R
==,设AD
边长为2l
,则线圈经过时间2l
t
v
=完全进入磁场,此后线圈中不再有感应电流。所以第一次线圈中产生的热量为222222
121211
2B
l
v
l
B
l
l
Q
I
Rt
R
v
R
R
===。同理,线圈以速度2v
匀速进入磁场时,线圈中产生的热量为221222B
l
l
Q
R
=。第二次与第一次线圈中产生的热量之比为2:1。说明:可进一步分析并说明,在这一过程中,外力克服安培力所做的功与感应电流所做的功是相等的。
第6节
互感和自感
1.
(1)当开关S
断开后,使线圈A
中的电流减小并消失时,穿过线圈B
的磁通量减小,肉而在线圈B
中将产生感应电流,根据楞次定律,感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小,这样就使铁芯中磁场减弱得慢些,即在开关S
断开后一段时间内,铁芯中还有逐渐减弱的磁场,这个磁场对衔铁D
依然有力作用,因此,弹簧K
不能立即将衔铁拉起.(2)如果线圈B
不闭合,不会对延时效果产生影响.在开关S
断开时,线圈A
中电流减小并很快消失,线圈B
中只有感应电动势而无感应电流,铁芯中的磁场很快消失,磁场对衔铁D
的作用力也很快消失,弹簧K
将很快将衔铁拉起.
2.
答:当李辉把多用表的表笔与被测线圈断开时,线圈中的电流将减小,发生自感现象.会产生较大的
自感电动势,两只表笔间有较高电压,“电”了刘伟一下,所以刘伟惊叫起来,当李辉再摸多用表的表笔时,由于时间经历的较长,自感现象基本“消失”
3.
答:(1)当开关S
由断开变为闭合,A
灯由亮变得更为明亮,B
灯由亮变暗,直到不亮.(2)当开关S
由闭合变为断开,A
灯不亮,B
灯由亮变暗,直到不亮.
第7节
涡流
电磁阻尼和电磁驱动
1.
答:当铜盘在磁极间运动时,由于发生电磁感应现象,在铜盘中主生感应电流,使铜盘受到安培力作
用,而安培力的方向阻碍导体的运动,所以铜盘很快就停了下来.
2.
当条形磁铁的N
极靠近线圈时,线圈中向下的磁通量增加,根据楞次定律可得,线圈中感应电流的磁
场应该向上,再根据右手螺旋定则,判断出线圈中的感应电流方向为逆时针方向(自上而下看).感应电流的磁场对条形磁铁N
极的作用力向上,阻碍条形磁铁向下运动.当条形磁铁的N
极远离线圈时,线圈中向下的磁通量减小,根据楞次定律可得,线圈中感应电流的磁场应该向下,再根据右手螺旋定则,判断出线圈中的感应电流方向为顺时针方向(自上而下看).感应电流的磁场对条形磁铁N
极的作用力向下,阻碍条形磁铁向上运动.因此,无论条形磁铁怎样运动,都将受到线圈中感应电流磁场的阻碍作用,所以条形磁铁较快地停了下来,在此过程中,弹簧和磁铁的机械能均转化为线圈中的电能.
3.
答:在磁性很强的小圆片下落的过程中,没有缺口的铝管中的磁通量发生变化(小圆片上方铝管中的
磁通量减小,下方的铝管中的磁通量增大),所以铝管中将产生感应电流,感应电流的磁场对下落的小圆片产生阻力作用,小圆片在铝管中缓慢下落;如果小圆片在有缺口的铝管中下落,尽管铝管中也会产生感应电流,感应电流的磁场将对下落的也产生阻力作用,但这时的阻力非常小,所以小圆片在铝管中下落比较快.
4.
答:这些微弱的感应电流,将使卫星受到地磁场的安培力作用.因为克服安培力作用,卫星的一部分
运动转化为电能,这样卫星机械能减小,运动轨道离地面高度会逐渐降低.
5.
答:当条形磁铁向右移动时,金属圆环中的磁通量减小,圆环中将产生感应电流,金属圆环将受到条
形磁铁向右的作用力.这个力实际上就是条形磁铁的磁场对感应电流的安培力.这个安培力将驱使金属圆环向右运动.
第五章
交变电流
第1节
交变电流
1.
答:磁铁靠近白炽灯,发现灯丝颤动.因为通交变电流的灯丝处在磁场中要受到力的作用,灯丝受到
的磁场力的大小、方向都随时间做周期性变化,因而灯丝颤动.
2.
答:这种说法不对.根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小与磁通量的变化率t
?Φ?成正比,而与磁通量Φ没有必然的联系.假定线圈的面积为S
,所在磁场的磁感应强度为B
,线圈以角速度ω绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈在中性面时开始计时,则磁通量Φ随时间变化的关系为:
cos
ωBD
t
Φ=,其图象如图所示.线圈平面转到中性面瞬间(0t
=,t
T
=)
,穿过线圈的磁通量Φ虽然最大,但是,曲线的斜率为0,即,磁通量的变化率0t
?Φ=?,感应电动势为0;而线圈平面转到跟中性面垂直时(14t
T
=,34
t
T
=),穿过线圈的磁通量Φ为0,但是曲线的斜率最大,即磁通量的变化率t
?Φ?最大,感应电动势最大.
3.
解:单匝线圈转到线圈平面与磁场平行位置时,即教科书图5.1-3中乙和丁图时,感应电动势最大.即
-220.010.200.10250V=6.310V
2
AD
m
AB
AB
AD
AB
L
E
BL
L
BL
L
ωωπ===?v
=2B
4.
解:假定发电机线圈平面仅次于中性面开始计时,感应电动势瞬时值表达式
sin
400sin(314).m
e
E
t
t
ω==不计发电机线圈的内阻,电路中电流的峰值400A
0.2A
2000
m
m
E
I
R
===.电流的瞬时值表达式sin
0.2sin(314)m
i
I
t
t
ω==.
5.
解:KL
边与磁场方向呈30°时,线圈平面与中性面夹角为60°,此时感应电动势为:
sin
sin
60m
e
E
t
BS
ωωω==?=,电流方向为KNMLK
.
第2节
描述交变电流的物理量
1.解:交变电流1周期内,电流方向变化两次,所以1s内电流方向变化的次数为
12100
0.02
?=
次次.
2.解:不能把这个电容器接在交流电压是10V的电路两端.因为,这里的10V的电压是指交流电压的有效值.在电压变化过程中的最大值大于10V,超过了电容器的耐压,电容器会被击穿.
3.解:灯泡正常工作时,通过灯丝电流的有效值
402
A
A
22011
P
I
U
===.电流的峰
值m
I.
4.根据图象,读出交变电流的周期0.2
T
s
=,电流的峰值10A
m
I=,频率115
0.2
f
Hz
Hz
T
===.电
流的有效值7.1A
m
I
I
===
5.解:该电热器消耗的功率
2
U
P
R
=,其中U为电压的有效
值U=,所以
,
22
311W=967W
2250
m
U
P
R
===
?
第3节电感和电容对交变电流的影响
1.答:三个电流表
1
A、
2
A、
3
A所在支路分别为:纯电容电路、纯电感电路、纯电阻电路.改换电源后,交流电压峰值没有变化,而频率增加了.对于纯电容电路,交流电压峰值不变,则电路两端电压的有效值不变.电容大小C未变,交变电流频率增大,则感抗变小,电流有效值增大,则容抗变小,电流
有效值增大,即
1
A读数增大.对于纯电感电路,交流电压峰值不变,则电路两端电压的有效值不变.电
感大小L未变,交流频率增大,则感抗变大,电流有效值减小,即
2
A读数减小.对于纯电阻电路,交流电压峰值不变,则电路两端电压的有效值不变.虽然交变电流频率增大,但是对电阻大小没有影响,
电阻大小未变,则电流有效值不变,即
3
A读数不变.
2.答:由于电容串联在前级和后级之间,前级输出的直流成分不能通过电容器,而流成分可以通过电容器被输送到后级装置中,输入后级的成分中不含有前级的直流成分,所以两级的直流工作状态相互不影响.
3.答:电容器对高频成分的容抗小,对低频成分的容抗大,按照教科书图5.3-8的连接,高频成分就通过“旁边”的电容器,而使低频成分输送到下一级装置.
第4节变压器
1.答:恒定电流的电压加在变压器的原线圈上时,通过原线圈的电流是恒定电流,即电流的大小和方向不变,它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变.因此在副线圈中不会产生感应电动势,副线圈两端也没有电压,所以变压器不能改变恒定电流的电压.
2.解:根据题目条件可知,
1
380V
U=,
2
36V
U=,
1
1140
n=,求:
2
?
n=
11
22
U
n
U
n
=
Q,1
21
2
361140108
380
U
n
n
U
?
=?==
3.解:根据题目条件可知,
2
400
n=,
1
220V
U=,
2
55V
U=,求:
1
?
n=
1122U
n
U
n
=Q
,1122220400160055
U
n
n
U
?=?==
4.
答:降压变压器的副线圈应当用较粗的导线.根据理想变压器的输出功率等于输入功率即1122I
U
I
U
=,
降压变压器的21U
U
5.
答:假定理想变压器的原线圈输入的电压1U
一定,1V
示数不变;当用户的用电器增加时,相当于R
减小,副线圈电压221
1n
U
U
n
=不变,2V
示数不变国;因为R
减小,所以2A
示数增大;因为理想变压器输入功率等于输出功率,有:111222P
I
U
P
I
U
===,1U
、2U
的值
不变,2I
增大,则1I
增大,1A
示数增大.
第5节
电能的输送
1.
在不考虑电抗的影响时,电功率P
IU
=,所以P
I
U
=.当110V
U
K
=时,导线中的电流33480010A=43.6A
11010
I
?=?.当110V
U
=时,导线中的电流33480010A=43.610A
110I
?=?.
2.
公式=UI
P
损和U=I
r
都是错误的,U
是输电电压,而非输电线上的电压降.正确的推导应该是:设输
电电压为U
,输送的电功率为P
.2
=I
P
r
损,P
I
U
=,则2
2
=P
P
r
U
损,由此式可知,要减小功率损失,就应当用高压送电和减小输电线的电阻r
.
3.
解:(1)用110V
电压输电,输电线上电流331120010A
1.810A
110P
I
U
?==≈?,输电线上由电阻造成的电压损失311
1.8100.05V=90V
U
I
R
==??,(2)用11V
K
电压输电,输电线上电流323
220010A
18A
1110P
I
U
?==≈?,输电线上由电阻造成的电压损失22180.05V=0.9V
U
I
R
==?.两者比较,可以看出,用高压输电可使输电线上的电压损失减少许多.
4.
解:输送的电功率为P
,输电电压为U
,输电线上的功率损失为P
?,导线长度为L
,导线的电阻亮红
灯ρ,导线的横截面积为S
,则22()P
L
P
I
R
U
S
ρ?==,因为P
、U
、P
?、L
、ρ各量都是相同的,所以横截面积为S
与输电电压U
的二次方成反比,所以有2323122221(1110)
2.510220
S
U
S
U
?===?.
5.
解:(1)假如用250V
的电压输电,输电导线上的功率损失
3222010()()0.5
3.2250
P
P
R
kW
kW
U
??==?=.用户得到的功率20
3.216.8P
P
P
kW
kW
kW
=-?=-=损(2)
假如用500V
的电压输电,输电导线上的功率损失
3222010()()0.50.8500P
P
R
kW
kW
U
??==?=.用户得到的功率
200.819.2P
P
P
kW
kW
kW
=-?=-=损.
6.
解:输电原理如图5-16所示.(1)降压变压器输出电流,也就是用户得到的电流
329510A
4.3210A
220
P
I
U
?==≈?用用用.因为,22P
I
r
?=,输电线上通过的电流
2I
==.(2)输电线上损失的电压r
U
,2258V=200V
r
U
I
r
==?,因为升压变压器为理想变压器,输入功率=输出功率,所以升压变压器输出的电压2U
计算如下:因为,
2221P
I
U
P
==,所以,3322210010V=410V
25
P
U
I
?==?.(3)升压变压器的匝数之比11222501400016
n
U
n
U
===.降压变压器的匝数之比33214400020019022011n
U
U
U
n
U
U
--====用用.
第六章
传感器
第1节
关键词:生活化资源;筛选;合理利用
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2014)21-156-01
“生活化”应该如何界定呢?查阅了很多资料,笔者觉得如下概念界定最全面。生活化:将学生从抽象、虚拟的课本堆中解脱出来,给学生感受自然、社会、事实、事件、人物、过程的机会,使学生在与现实世界的撞击、交流中产生对世界、对生活的爱,从而自发地、主动地去获取知识。那从何筛选生活化资源并合理利用它们呢?本文据笔者的教学经验,探讨高中生物必修3生活化资源的筛选途径及合理利用。
一、筛选高中生物必修3生活化资源途径
1.教科书中生活化资源
教科书是一个课程的核心教学材料,在新课程背景下编写的人教版高中生物必修3教科书新增了与生活联系的相关栏目如“问题探讨”、“思考与讨论”、“资料分析”、 “与社会的联系”、“相关信息”、“小资料”、“学科交叉”、“知识链接”、“旁栏思考题”等栏目,此外,有些章节后面设置有 “科学・技术・社会”、“科学家的故事”、“科学史话”、“与生物学有关的职业”等课外读。这些栏目涉及:日常生活、医疗保健、环境保护、经济活动等方面。这么多的内容为教师利用教材,实施生活化教学提供了基础。
2、生活经验
生活经验可以是教师(本人的或者和同事交流所获得的)的生活经验,更应该是学生的生活经验。学生是教学的主体,学生的生活经验更是一种无形的课程资源。所以平时要和学生多沟通,及时了解他们相关的生活经历、所知和所思(如课堂上,学生会问抽搐和抽筋的区别),并适时用于课堂教学,这样不仅能激发学生的学习兴趣,也有助于学生理解所学的知识。
3、期刊
笔者较关注的期刊:《生物学通报》、《中学生物学》和《中学生物教学》等生物学教学期刊杂志,这些杂志主要针对中学生物教学设置了国内外生物科学的新进展、新成果,优秀教学设计及疑难问题探讨等栏目,内容丰富、针对性强。
4、网络资源
网络通畅,便于查找资料。笔者通常通过以下两个途径来进一步丰富生活化资源:(1)通常用的搜索引擎有baidu、Google。(2)通过中国知网查看硕士论文等。
5、电视节目和新闻
平时笔者会关注新闻,特别是cctv新闻和cctv10。每次收看到与生物学有关的新闻,就会在课堂上和学生分享。如最近大家十分关注的埃博拉病毒,我们可以将它与免疫学进行联系。
二、高中生物必修3生活化资源的合理利用
生活化资源很多,但课堂的容量有限,所以我们要进行选择并采用有效的教学形式来开展。
1、课本生活化栏目相当多,部分的内容教师也相当重视,如“问题探讨”、“思考与讨论”、“资料分析”等。但对于章节后面的课外读栏目重视不够,最多让学生课外阅读而已。考虑到课时的有限,教师对教材中生活化进行合理的筛选是有必要的。但笔者认为“与生物学有关的职业”这栏目在课堂上应尝试使用。生物学教学应介绍相关的职业现状和发展趋势,这不但有利于学生对生物学科价值的正确认识,而且对增强学生的生存能力、促进其终身学习与未来发展都有重大价值。
2、“创设教学生活化情境”在多篇的期刊论文中,笔者对这个内容不陌生,因它被提及很多。生活经验引入,大家都很熟悉。但我们也可以在教学中利用谚语、诗歌、成语等设置生活化情景。如:在教学中适当应用谚语:在讲能量流动的特点时用“一山不容二虎”,让学生从能量流动的角度来分析;在教学中应用诗歌:在讲生态系统信息传递时用“竹外桃花三两枝,春江水暖鸭先知”来分析信息的种类;在教学中应用成语:在讲神经调节时,用“望梅止渴”、“惊弓之鸟”来分析反射的类型。这些生活化情景,能活跃课堂气氛,调节学生学习情绪,启发学生的思维且能实现学科间的联系。
3、生物生活化教学形式可以多样化,除了课堂讲述外,还可以有如下几种课外形式,使生物课堂教学得以课外延伸。
(1)开展辩论赛。如:评价应用激素类药物的利与弊。考虑生物教学课时太少,可以尝试和语文学科合作开展辩论赛。
(2)让学生收集资源,教师进行汇总、编辑成课外读张贴于学习园地,这样可以拓展学生的视野。如:关于艾滋病的教学,教师可以引导学生从艾滋病的产生原因、症状、传播途径、有效的预防方案及正确对待艾滋病患者五方面分组着手收集资源,而后教师汇总、编辑成课外读。
(3)设计课外活动,如:制作生态瓶。学以致用,这也是学习的最高境界。
总之,生物课程是高中阶段重要的科学课程。生活化教学比灌输教学更具开放性、参与性和实践性。高中生物必修3生活化教学有助于学生学习兴趣的激发与提高;有助于提高学生的生物科学素养;有助于实现高中生物的人文教育价值;有助于实现高中生物的生命教育价值。所以积累生活化资源和采取有效的教学形式是值得我们深入研究和探讨的。
参考文献:
首先,在教学内容与要求上,初高中知识间存在一个大台阶。初中多以观察、实验为基础,介绍直观现象多,抽象概念少;介绍静态的多,而动态的少。主要以识记为主,侧重定性研究,教学要求不高,意在激发、培养学生学习物理的兴趣。而高中物理则着眼于提高学生的文化科学素质,进而培养学生分析、解决问题的能力。在教学上也从代数运算变为矢量运算。这些由静态到动态,从具体到抽象,以知识的转化,能力的转变,要求的提高,都给高中生带来很大的困难和不适应。
其次,初高中物理的学习方法,研究方法有很大的不同。初中物理往往从表象、意象、实验出发,经过想象、分析、对比、归纳等思维方法,利用直观判断法得出结论。其思维方式属于定势思维。而高中物理的系统性和理论性较强,着重于定量分析、研究、其思维方式要求有较高的形象思维、抽象思维和一定的发散思维。在教学中要侧重调用储存头脑里的抽象知识,如概念、规律等,经过分析、抽象、归纳、演绎等思维操作,运用逻辑方法:形式逻辑、辩证逻辑和数理逻辑,推出结论。这一质的飞跃,对于带着成功者的心态从初中迈入高中的学生,常有天渊之别之感。他们在惊叹台阶之大的同时,也咏出了高中物理真难学的叹歌。
另外,我国的升学制度与过去的“科举制”有点相似,“一试定终身”。于是升学率成了衡量“一个学校好坏”“一个教师水平的高低”的标准,为了获得高考的高分,老师紧跟高考的指挥棒,加深教学内容,增加习题难度、深度和分量,从高一起就要求学生“一步到位……”,达到高考对学生知识和能力的要求,使本来趣味盎然的物理变得枯燥、无味,部分学生甚至望而生畏,对物理产生了离心力,他们被迫弃理从文,少数坚持学习物理的同学,也常望难兴叹,在重重的压力下过着艰难的陪读生涯。
1990年国家教委颁发了《现行高中教学要求调整意见》,意在减轻学生的学习负担,将高中教育由“应试教育”转变为“人才素质教育”,以求提高全民族的文化素质。实行“必修+选修”,将初高中的一个大台阶化为两个小台阶,这有利于初高中物理教学的衔接。从理论上说这种循序渐进的学习方法无疑更符合教学规律和学生的心理特点。然而,作为重点中学的老师,担负着向高校输送更多合格人才的重任,如果不能针对学生的认识水准,而一味强调必修的教学要求,势必导致学生在高一、二年上必修内容时,长期处于“吃不饱”的状态,从而影响其求知欲,使学生的学习处于被动。而到高三,由于选修内容大多是高中物理的难点、重点,如动量守恒定律及其应用等,学生难以一步到位,再加上总复习时间变少,前松后紧对于重点中学的学生,常有“雪上加霜”之感觉。如何降阶、迈阶、衔接等问题,教学之余常思索着。下面就初高中衔接谈谈个人的几点看法。
搞好教学内容的衔接,《调整意见》把对原大纲中要求不太高或在初中基础上略为加深的内容,直接作为必修课的内容,而把原大纲中要求较高,难度较大的内容作为选修内容,搞两个循环。
这样做无疑更符合学生的认识规律,也降低了初高中的一个大台阶,对于普通高中的学生,在学完必修内容之后,会考合格,带着成功的心态迈向社会起了积极的作用。但对于重点中学的学生,面对高考考纲未有大幅度的改变,而他们的智力、能力相对较高的情况,我们认为教学要与学生的接受能力和智力水平发展相一致。在教学内容能适应学生思维能力的时候,教学应不失时机地进行探究,我们主张,从实际出发,不搞一刀切,将选修内容降低要求下放到高一、二年级,形成“必修+选修”同步进行,但要求不同步的教学,不搞一次到位,这样做,既保持了知识的系统性和完整性,又能起到一定的降阶作用。而到高三年级上选修时,此时选修课的复习不是必修内容的简单重复,而是必修基础上的循环上升,也降低了必修与选修的台阶,选修课着重于提高,但应该在打好基础的前提下的提高,要把复习成为上升和深化的起点。
1选修物理科目学生的演变
美国中学生选修物理的人数和比例在持续地增加,1987年,美国高中学生选修物理的人数60多万,所占的比例为20%,到了2009年达到近140万,比例为37%.选修物理课程学生人数和比例的持续增加令美国人大为惊讶,传统意义上认为物理是一门比较艰深的选修课程,选修物理的学生主要是为上大学做准备或者对科学或与科学相关领域有兴趣,选修物理需要比较好的数学基础,因此会阻碍学生特别是女生和少数民族学生选修物理.造成这一结果的主要原因是进入四年制大学学习人数的比例增加(2005年达50%),学习规划指导顾问(guidancecounselor)建议如果在高中选修过物理能够增加他们进入大学的机会,导致部分意愿进入大学社会领域学习的学生选修物理,另一方面由于各州对高中毕业生提出更高的科学素养方面的要求.次要原因是物理在生活中变的越来越有用和高中入学人数的增加.美国高中主要开设以下四种类型物理课程:概念性物理、一年期物理、荣誉物理、高阶物理.图1是美国高中学生选修各类物理课程的百分比,从中可以看出,近年来除了选修一年期物理课程的比例在减小,选修其它类型的物理课程的比例都在增加.虽然不同种族的高中生选修物理的比例呈现增加的趋势,但是其比例是不同的,亚裔学生选修的比例最高(2008年达到52%),其次是白人(2008年达到41%),黑人和西班牙裔学生选修的比例较低(2005年分别达到25%、24%),另外女生选修物理课程的比例也呈现增加的趋势,从1987年的39%到2005年的47%,并且处于稳定的比例状态.美国物理研究所教育研究中心主任杰克•赫恩(JackHe-hn)认为,自上世纪80年代以来美国的物理教育出现以下六个方面可喜的变化:更多的学生在中学和大学学习物理;关注的焦点从教什么转向学生真正学到什么;教师对学生是怎样学习物理的逐渐产生了兴趣,并将对此的研究运用于课堂教学;美国国家科学教育改革注重于学生应该知道哪些物理知识和教师应该怎样教的研究;更多地关注物理教师的职前教育;网络的发展促进了各层面教师之间的沟通.正是这样的变化促进了美国物理教育的发展,吸引更多的学生学习物理.
2美国基础物理教材
美国基础教育物理教材多种多样,常用的教材有《物理学:原理与问题》(Zitzewitz/Merrill-Glencoe)、《概念性物理学》(Hewitt/AddisonWesley)、《霍尔特物理学》(Serway&Faughn/Holt)、《现代物理学》(Trinklein/Holt)、《物理学》(Gi-ancoli/PrenticeHall)、《大学物理》(Serway&Faughn/HarcourtBrace)、《物理学:原理与应用》(Giancoli/PrenticeHall)、《物理学》(Cutnell&Johnson/Wiley)、《物理学基本原理》(Hallidayetal./Wiley)、《大学物理》(Searsetal./Addison-Wesley)、《科学家与工程师的物理学》(Serway,jewett/CengageLearning)等.由于美国高中物理开设四类物理课程,所以各种教材的使用情况各不相同,教师针对特定的物理课程选择相应的教材,表一是美国各类课程常用的教材、使用比例和教师使用满意度.从中可以看出,在概念性物理课程中使用最为广泛的是《概念性物理学》,使用的比例在增高,教师使用的满意度也比较高,虽然部分教师使用《物理学:原理与问题》,但是其不满意度非常高,达到50%;在一年期物理课程中《物理学:原理与问题》使用虽然达到近三分之一,但是教师的满意度最低,也正是由于不满意度较高,导致该教科书使用的比例在减少,《概念性物理学》的教师满意度最高,使用的比例在增加,《物理学:原理与应用》的教师满意度较高,但是使用率非常低;在荣誉物理课程中使用广泛的三本物理教科书是《霍尔特物理学》、《物理学:原理与问题》和《物理学:原理与应用》,并且都处于比例增加的趋势,但是教师对《物理学:原理与问题》满意度最低,不满意度最高,结合一年期物理课程对该教科书的评价,表明在教师心目中《物理学:原理与问题》并不适合一年期物理和荣誉物理课程的目标;高阶物理(B)课程主要利用代数学和三角学介绍物理,教师对广泛使用的两本教科书满意度较高,《大学物理》教科书使用的比例获得显著性增加;高阶物理(C)课程主要为将来进入大学学习科学或工程类学生所准备,涉及到解决力学和电、磁学方面的复杂问题,《物理学》教科书的使用率显著性下降.
3美国高中物理教师的状况
物理教师的质量是决定高中物理教育教育水准和培养未来从事科学和技术人才的重要因素,然而超过2.3万的物理教师认为他们并没有为从事高中物理教育做好充分的准备.2009年的调查结果显示物理教师中具有学士学位的占30%,具有硕士学位的占63%,具有博士学位的占7%.高中物理教师中有主、辅修物理学位的占26%和9%,主、辅修物理教育学位的占9%和2%,表明高中物理教师中无物理类学位的占54%,预示着能够有效承担物理教学的物理教师仍然短缺,加之选修物理学生人数的不断增加,这一短缺状况近期难以发生改变.美国高中物理教师自我评价认为,物理基础知识非常好的占66%,有四分之一的教师认为在物理课堂教学和实验教学中能够有效使用计算机,对物理学最新发展了如指掌的比例只有13%,实验教学设计与演示能力好的比例为36%,有47%的教师能够很好地将物理学应用于日常生活.美国高中物理教师认为当前高中物理教学存在如下的问题,资金、教学仪器的匮乏,没有足够的时间准备物理实验,实验场所缺乏和实验仪器过时,学生的数学基础较差,没有足够的时间备课等.近年来,美国在基础物理课程改革过程中提倡在物理教学过程中采用基于探究的教学方法,开发基于计算器的实验、交互式物理、基于探究的物理、建模教学、基于计算机的实验、活动物理、跨学科教学、实时物理、物理研讨会、促进物理概念理解的课程、理解物理学的建构等物理教学方法与手段.
4美国基础物理教育教师的培养
美国合格的基础物理教师严重匮乏,每年约需要雇佣1200个新的物理教师,其中约有800人缺乏讲授物理概念的训练和相关物理知识,美国教育雇佣协会认为,除特殊教育教师外,高中物理教师的职位是最难供给的.旨在改善和促进未来物理教育和物理教师教育的“物理教师教育联盟”成立以来培养出超过以往一倍以上合格的高中物理教师,促进大学物理系与中学物理教学之间的对接,为未来物理教师改进物理课程内容和教学方法奠定基础.为了吸引大学生有志于从事物理教师职业,首先要激发他们的兴趣,通过持续的交流,组织学生参加与物理相关的研讨活动,让学生意识到他们具备物理教师的潜力;其次展示物理教学的乐趣,在大学物理课程中采用交互式教学方法让他们意识到教学并不仅仅是教师讲,通过讨论、交流等教学活动体验到参与教学的兴奋感;第三是体验早期的教育经验,让有志于从事教师职业的学生成为学习基础物理课程学生的学习助手(LearningAssistants),尝试帮助其他学生更好地学习物理,体验到做教师的成功感、喜悦感;第四是加强大学与中学优秀物理教师之间的互动,吸引中学优秀物理教师参与未来物理教师的培养工作.科罗拉多州立大学物理系创建的学习助手计划提供了很好的大学物理系培养物理教师的典型案例,该计划的目的在于通过改造本科教育提高学生的教育质量和教师教育质量,招募更多潜在的物理教师,让具有科学才能的学生有志于从事科学教育和基于学科的教育研究,将科学系科文化转换为我们教师和学生的教学研究活动.学习助手计划能够有助于课堂环境的构建,让学生通过平等的交流,相互合作进行问题解决,阐明和捍卫自己的观点.学习助手计划招募的优秀高年级学生需要从事学科内容知识、学科教学法知识和学科教学实践的学习和实践,他们每周和教师一起反思教学,规划未来一周的教学活动,检查和评估学生的学习状况;他们学习为期15周的教育类课程,从中反思自己的教学实践,分享教学经验,研修相关的教学研究论文;他们参加由教师主持的相关教学研讨会,在课堂教学过程中扮演学习助手的角色,引导学生参与对相关物理问题的讨论,从而在实践中丰富学科教学法知识.科学教育教授瓦莱丽•奥赛罗(Vale-rieOtero)认为,学习助手的经验可以帮助学生认识到教学是真正的智力挑战,对学习助手中的一部人而言,这正是他们期待的.学习助手计划的实施取得了成功,增加了未来物理教师的数量和提升他们的教学水平,提高学生对物理学基本内容的理解.
5启示
美国物理研究所对全美中学物理教育的调查能够了解和掌握当前基础物理教育的现状和所面临的问题,提供相应的解决方案,物理教师的培养工作卓有成效,对当前我国基础物理教育具有以下的启示:
1990年,根据国家教委印发的《普通高中教学计划的调整意见》,普通高中物理课分为必修课和选修课两部分(即“二、一分段”),物理大纲相应地作了调整,这项调整改变了过去的单一课程设置,是建国以来对普通高中物理课程的一项重大改革,在物理课程改革上迈出了一大步。
1990年调整后的物理教学大纲,必修课的内容着眼于提高学生的科学文化素质,包括比较全面的物理基础知识,注意面向大多数学生,降低了难度和要求,缩小了初、高中的台阶,减小了学习困难。加之会考制度的实施,使大多数学生都能学到比较全面的物理知识,改变了过去学生文理科知识结构的不平衡现象。
但是“二、一分段”这种模式,仍不能适应不同学校的不同情况。必修课与选修课的性质不同,要求不同,侧重点不同。必修课的内容要照顾大多数学生能够学得了,要求不能过高。重点校的师资、生源等条件好,多数学生感到必修课的内容浅,他们学有余力,高中的前两年“吃不饱”,影响他们的学习效率。另一方面,必修课的要求又不能降得过低,否则无法在高三不到一年的时间内完成选修课的教学任务。这样,也还有一部分学生“跟不上”,不能适应必修课的要求。“跟不上”与“吃不饱”的矛盾,一直困扰着高中物理教学。
必修课的内容既要照顾到全体学生都能学到比较全面的物理知识,且学有所得,又要考虑与选修课的衔接,照顾到准备升入理工科院校的学生具有较高的知识和能力,在目前的高考制度和高中分段教学的情况下很难处理。1990年调整后,各地反映了不少意见。
在制定新的教学大纲时,应当继续1990年的改革初衷,总结几年来实施“二、一”分段的经验,充分考虑普通高中的性质、任务以及物理学科的特点,在原有的基础上对课程设置作进一步的改革。
高中是较高层次的基础教育。普通高中要进一步使学生的素质得到更高层次的发展,又要为将来准备升入高等院校的学生打好坚实的基矗在课程设置上要充分考虑社会需求和学生情况的差异,要为有不同发展倾向或发展前途的学生开设不同类型的物理课,明显地分开层次,便于分流,既有利于进一步提高学生的科学文化素质,又有利于发展学生的个性和特长,解决“跟不上”与“吃不饱”的矛盾,使不同流向的学生都能有效地学习,且学有所得。
物理是系统性较强的学科,物理知识本身的特点决定了高中物理课对学生的能力要求较高,特别是对准备升入理工科高等院校的学生,能力要求较高。物理学是一门基础科学,是现代科学技术的基矗物理知识在现代生活、社会生产、科学技术中有广泛的应用。不论学生将来的流向如何,在高中阶段都需要学到足够的、全面的物理知识,对物理学的概貌有所了解。由物理学形成并发展起来的科学研究方法,对探索自然有普遍意义。在高中阶段学习物理课,使学生受到科学态度和科学方法的熏陶,是提高科学文化素质的重要方面。这样,对全体学生来说,知识面不宜过窄,程度也不宜过高。如果仍采用分段的办法,则现在所暴露出来的矛盾仍无法解决,不能使不同流向的学生都学有所得。出路何在?与其分段,不如分为两类物理课,以便分开层次,便于在适当的时候分流,这样对高中物理教学可能会更合适些。
从我国目前的实际情况看,物理课可分为两类。两类物理课的大纲要有不同的要求,各具特色,各有侧重,明显地分开层次。
Ⅰ类物理课属于基本要求的物理课,要学习跟现代生活、现代科学技术关系密切的基本物理知识。知识面应该包括物理知识的主要方面,使学生学到比较全面的物理知识。考虑到现行必修课的内容对全体学生来说要求较高,Ⅰ类物理课的程度要低于现行必修课的程度。定性的内容多些,定量的计算少些。