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高中物理3.2課后習題答案
第4章
第1節
劃時代的發現
1.
奧斯特實驗,電磁感應等.
2.
電路是閉合的.導體切割磁感線運動.
第2節
探究電磁感應的產生條件
1.
(1)不產生感應電流(2)不產生感應電流(3)產生感應電流
2.
答:由于彈簧線圈收縮時,面積減小,磁通量減小,所以產生感應電流.
3.
答:在線圈進入磁場的過程中,由于穿過線圈的磁通量增大,所以線圈中產生感應電流;在線圈離開
磁場的過程中,由于穿過線圈的磁通量減小,所以線圈中產生感應電流;當個線圈都在磁場中時,由于穿過線圈的磁通量不變,所以線圈中不產生感應電流.
4.
答:當線圈遠離導線移動時,由于線圈所在位置的磁感應強度不斷減弱,所以穿過線圈的磁通量不斷
減小,線圈中產生感應電流.當導線中的電流逐漸增大或減小時,線圈所在位置的磁感應強度也逐漸增大或減小,穿過線圈的磁通量也隨之逐漸增大或減小,所以線圈中產生感應電流.
5.
答:如果使銅環沿勻強磁場的方向移動,由于穿過銅環的磁通量不發生變化,所以,銅環中沒有感應
電流;如果使銅環在不均勻磁場中移動,由于穿過銅環的磁通量發生變化,所以,銅環中有感應電流.
6.
答:乙、丙、丁三種情況下,可以在線圈B
中觀察到感應電流.因為甲所表示的電流是穩恒電流,那
么,由這個電流產生的磁場就是不變的.穿過線圈B
的磁通量不變,不產生感應電
7.
流.乙、丙、丁三種情況所表示的電流是隨時間變化的電流,那么,由這樣的電流產生的磁場也是變
化的,穿過線圈B
的磁通量變化,產生感應電流.
8.
為了使MN
中不產生感應電流,必須要求DENM
構成的閉合電路的磁通量不變,即20BS
B
l
=,而
()S
l
vt
l
=+,所以,從0t
=開始,磁感應強度B
隨時間t
的變化規律是0B
l
B
l
vt
=+
第3節
楞次定律
1.
答:在條形磁鐵移入線圈的過程中,有向左的磁感線穿過線圈,而且線圈的磁通量增大.根據楞次定
律可知,線圈中感應電流磁場方向應該向右,再根據右手定則,判斷出感應電流的方向,即從左側看,感應電流沿順時針方向.
2.
答:當閉合開關時,導線AB
中電流由左向右,它在上面的閉合線框中引起垂直于紙面向外的磁通量
增加.根據楞次定律,閉合線框中產生感應電流的磁場,要阻礙它的增加,所以感應電流的磁場在閉合線框內的方向是垂直紙面向里,再根據右手定則可知感應電流的方向是由D
向C
.當斷開開關時,垂直于紙面向外的磁通量減少.根據楞次定律,閉合線框中產生感應電流的磁場,要阻礙原磁場磁通量的減少,所以感應電流的磁場在閉合線框內的方向是垂直紙面內外,再根據右手定則可知感應電流的方向是由C
向D
.
3.
答:當導體AB
向右移動時,線框ABCD
中垂直于紙面向內的磁通量減少.根據楞次定律,它產生感
應電流的磁場要阻礙磁通量減少,即感應電流的磁場與原磁場方向相同.垂直于紙面向內,所以感應電流的方向是A
B
C
D
.此時,線框ABFE
中垂直紙面向內的磁通量增加,根據楞次定律,它產生的磁場要阻礙磁通量的增加,即感應電流的磁場與原磁場方向相反,垂直于紙面向外.所以,感應電流的方向是A
B
F
E
.所以,我們用這兩個線框中的任意一個都可以判定導體AB
中感應電流的方向.說明:此題對導體AB
中的電流方向的判定也可用右手定則來確定.
4.
答:由于線圈在條形磁鐵的N
極附近,所以可以認為從A
到B
的過程中,線圈中向上的磁通量減小,
根據楞次定律,線圈中產生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的減少,即感應電流的磁場與原磁場方向相同,再根據右手螺旋定則可知感應電流的方向,從上向下看為逆時針方向.從B
到C
的過程中,線
圈中向下的磁通量增加,根據楞次定律,線圈中產生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的增加,即感應電流的磁場與原磁場方向相反,再根據右手螺旋定則可知感應電流的方向,從上向下看為逆時針方向.
5.
答:(1)有感應電流(2)沒有感應電流;(3)有感應電流;(4)當合上開關S
的一瞬間,線圈P
的左
端為N
極;當打開開關S
的上瞬間,線圈P
的右端為N
極.
6.
答:用磁鐵的任一極(如N
極)接近A
球時,穿過A
環中的磁通量增加,根據楞次定律,A
環中將產
生感應電流,阻礙磁鐵與A
環接近,A
環將遠離磁鐵;同理,當磁鐵遠離發A
球時,A
球中產生感應電流的方向將阻礙A
環與磁鐵遠離,A
環將靠近磁鐵.由于B
環是斷開的,無論磁極移近或遠離B
環,都不會在B
環中形成感應電流,所以B
環將不移動.
7.
答:(1)如圖所示.圓盤中任意一根半徑CD
都在切割磁感線,這半徑可以看成一個電源,根據右手
定則可以判斷,D
點的電勢比C
點高,也就是說,圓盤邊緣上的電勢比圓心電勢高,(2)根據右手定則判斷,D
點電勢比C
點高,所以流過電阻R
的電流方向自下向上.說明:本題可拓展為求CD
間的感應電動勢.設半徑為r
,轉盤勻速轉動的角速度ω,勻強磁場的磁感應強度為B
,求圓盤轉動時的感應電動勢的大小.具體答案是212
E
Br
ω=.
第4節
法拉第電磁感應定律
1.
正確的是D
.
2.
解:根據法拉第電磁感應定律,線圈中感應電動勢為0.090.021000V
175V
0.4
E
n
t
-?Φ==?=?;根據閉合電路歐姆定律可得,通過電熱器的電流為175A=0.175A
99010
E
I
R
r
=
=++
3.
解:根據導線切割磁感線產生感應電動勢的公式E
Blv
=得:纜繩中的感應電動勢54334.610
2.05107.610V=7.210V
E
-=??
4.
答:可以.聲音使紙盒振動,線圈切割磁感線,產生感應電流.
5.
答:因為線圈繞OO
'軸轉動時,線圈長2L
的邊切割磁感線的速度變化,感應電動勢因而變化.根據公
式sin
E
Blv
θ=和v
r
ω=有12sin
E
BL
L
ωθ=.因為12S
L
L
=,90θ=?,所以,E
BS
ω=.
6.
答:(1)根據法拉第電磁感應定律,線圈中感應電動勢2B
E
n
n
R
t
t
π?Φ?==??,所以,22441A
B
E
E
==.(2)根據閉合電路歐姆定律,可得通過線圈的電流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:管中有導電液體流過時,相當于一段長為d
的導體在切割磁感線,產生的感應電動勢E
Bdv
=.液體的流量()2
2
d
Q
v
π=,即液體的流量與電動勢E
的關系為4d
Q
E
B
π=.
第5節
電磁感應定律的應用
1.
解:根據導線切割磁感線產生感應電動勢的公式E
Blv
=,該機兩翼尖間的電勢差為54.71012.70.7340V=0.142V
E
-=?,根據右手定則可知,從駕駛員角度來說,左側機翼電勢高。說明:該題的難點之上在于學生的空間想象力往往比較弱,對此,可用簡單圖形(圖4-12)幫助理解;另外,該題可補充一問,即當飛機從西向東飛行時,哪側機翼電勢高?分析可得仍為左側機翼
電勢高。
2.
(1)根據法拉第電磁感應定律,線圈中感應電動勢為E
n
t
?Φ=?。根據t
Φ-圖象可知,0.5/Wb
s
t
?Φ=?。電壓表的讀數為1000.5V=50V
E
n
t
?Φ==??。(2)感應電場的方向為逆時針方向,如圖所示。(3)A
端的電勢比B
端高,所以A
端應該與電壓表標的接線柱連接。
3.
答:(1)等效電路如圖所示。(2)通過R
的電流方向從上到下。根據導線切割磁感線產生感應電動勢
的公式E
Blv
=,MN
、PQ
的電動勢都為111V
E
=??。根據電池的并聯和閉合電路歐姆定律,通過R
電流1A=1A
1
E
I
R
==。(3)通過MN
的電流方向為自N
到M
;過PQ
的電流方向為自N
到M
;過PQ
的電流方向為Q
到P。
4.
(1)線圈以速度v
勻速進入磁場,當CD
邊在磁場中時,線圈中感應電動勢11E
Bl
v
=,其中1l
為CD
邊的長度。此時線圈中的感應電流為111E
Bl
v
I
R
R
=
=,其中R
為線圈的總電阻。同理,線圈以速度2v
勻速進入磁場時,線圈中的感應電流最大值為2122E
Bl
v
I
R
R
==。第二次與第一次線圈中最大電流之比為2:1。(2)線圈以速度v
勻速進入磁場,當CD
邊在磁場中時,CD
邊受安培力最大,最大值為
221111B
l
v
F
BI
l
R
==。由于線圈做勻速運動,所以此時外力也最大,且外力大小等于安培力大小,此時外力的功率為22111B
l
v
P
Fv
R
==。同理,線圈以速度2v
進入磁場時,外力的最大功率為222
124B
l
v
P
R
=。第二次與第一次外力做功的最大功率之比為4:1。(3)線圈以v
勻速進入磁場,線圈中的感應電流為
111E
Bl
v
I
R
R
==,設AD
邊長為2l
,則線圈經過時間2l
t
v
=完全進入磁場,此后線圈中不再有感應電流。所以第一次線圈中產生的熱量為222222
121211
2B
l
v
l
B
l
l
Q
I
Rt
R
v
R
R
===。同理,線圈以速度2v
勻速進入磁場時,線圈中產生的熱量為221222B
l
l
Q
R
=。第二次與第一次線圈中產生的熱量之比為2:1。說明:可進一步分析并說明,在這一過程中,外力克服安培力所做的功與感應電流所做的功是相等的。
第6節
互感和自感
1.
(1)當開關S
斷開后,使線圈A
中的電流減小并消失時,穿過線圈B
的磁通量減小,肉而在線圈B
中將產生感應電流,根據楞次定律,感應電流的磁場要阻礙原磁場的減小,這樣就使鐵芯中磁場減弱得慢些,即在開關S
斷開后一段時間內,鐵芯中還有逐漸減弱的磁場,這個磁場對銜鐵D
依然有力作用,因此,彈簧K
不能立即將銜鐵拉起.(2)如果線圈B
不閉合,不會對延時效果產生影響.在開關S
斷開時,線圈A
中電流減小并很快消失,線圈B
中只有感應電動勢而無感應電流,鐵芯中的磁場很快消失,磁場對銜鐵D
的作用力也很快消失,彈簧K
將很快將銜鐵拉起.
2.
答:當李輝把多用表的表筆與被測線圈斷開時,線圈中的電流將減小,發生自感現象.會產生較大的
自感電動勢,兩只表筆間有較高電壓,“電”了劉偉一下,所以劉偉驚叫起來,當李輝再摸多用表的表筆時,由于時間經歷的較長,自感現象基本“消失”
3.
答:(1)當開關S
由斷開變為閉合,A
燈由亮變得更為明亮,B
燈由亮變暗,直到不亮.(2)當開關S
由閉合變為斷開,A
燈不亮,B
燈由亮變暗,直到不亮.
第7節
渦流
電磁阻尼和電磁驅動
1.
答:當銅盤在磁極間運動時,由于發生電磁感應現象,在銅盤中主生感應電流,使銅盤受到安培力作
用,而安培力的方向阻礙導體的運動,所以銅盤很快就停了下來.
2.
當條形磁鐵的N
極靠近線圈時,線圈中向下的磁通量增加,根據楞次定律可得,線圈中感應電流的磁
場應該向上,再根據右手螺旋定則,判斷出線圈中的感應電流方向為逆時針方向(自上而下看).感應電流的磁場對條形磁鐵N
極的作用力向上,阻礙條形磁鐵向下運動.當條形磁鐵的N
極遠離線圈時,線圈中向下的磁通量減小,根據楞次定律可得,線圈中感應電流的磁場應該向下,再根據右手螺旋定則,判斷出線圈中的感應電流方向為順時針方向(自上而下看).感應電流的磁場對條形磁鐵N
極的作用力向下,阻礙條形磁鐵向上運動.因此,無論條形磁鐵怎樣運動,都將受到線圈中感應電流磁場的阻礙作用,所以條形磁鐵較快地停了下來,在此過程中,彈簧和磁鐵的機械能均轉化為線圈中的電能.
3.
答:在磁性很強的小圓片下落的過程中,沒有缺口的鋁管中的磁通量發生變化(小圓片上方鋁管中的
磁通量減小,下方的鋁管中的磁通量增大),所以鋁管中將產生感應電流,感應電流的磁場對下落的小圓片產生阻力作用,小圓片在鋁管中緩慢下落;如果小圓片在有缺口的鋁管中下落,盡管鋁管中也會產生感應電流,感應電流的磁場將對下落的也產生阻力作用,但這時的阻力非常小,所以小圓片在鋁管中下落比較快.
4.
答:這些微弱的感應電流,將使衛星受到地磁場的安培力作用.因為克服安培力作用,衛星的一部分
運動轉化為電能,這樣衛星機械能減小,運動軌道離地面高度會逐漸降低.
5.
答:當條形磁鐵向右移動時,金屬圓環中的磁通量減小,圓環中將產生感應電流,金屬圓環將受到條
形磁鐵向右的作用力.這個力實際上就是條形磁鐵的磁場對感應電流的安培力.這個安培力將驅使金屬圓環向右運動.
第五章
交變電流
第1節
交變電流
1.
答:磁鐵靠近白熾燈,發現燈絲顫動.因為通交變電流的燈絲處在磁場中要受到力的作用,燈絲受到
的磁場力的大小、方向都隨時間做周期性變化,因而燈絲顫動.
2.
答:這種說法不對.根據法拉第電磁感應定律,感應電動勢的大小與磁通量的變化率t
?Φ?成正比,而與磁通量Φ沒有必然的聯系.假定線圈的面積為S
,所在磁場的磁感應強度為B
,線圈以角速度ω繞垂直于磁感線的軸勻速轉動,線圈在中性面時開始計時,則磁通量Φ隨時間變化的關系為:
cos
ωBD
t
Φ=,其圖象如圖所示.線圈平面轉到中性面瞬間(0t
=,t
T
=)
,穿過線圈的磁通量Φ雖然最大,但是,曲線的斜率為0,即,磁通量的變化率0t
?Φ=?,感應電動勢為0;而線圈平面轉到跟中性面垂直時(14t
T
=,34
t
T
=),穿過線圈的磁通量Φ為0,但是曲線的斜率最大,即磁通量的變化率t
?Φ?最大,感應電動勢最大.
3.
解:單匝線圈轉到線圈平面與磁場平行位置時,即教科書圖5.1-3中乙和丁圖時,感應電動勢最大.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:假定發電機線圈平面僅次于中性面開始計時,感應電動勢瞬時值表達式
sin
400sin(314).m
e
E
t
t
ω==不計發電機線圈的內阻,電路中電流的峰值400A
0.2A
2000
m
m
E
I
R
===.電流的瞬時值表達式sin
0.2sin(314)m
i
I
t
t
ω==.
5.
解:KL
邊與磁場方向呈30°時,線圈平面與中性面夾角為60°,此時感應電動勢為:
sin
sin
60m
e
E
t
BS
ωωω==?=,電流方向為KNMLK
.
第2節
描述交變電流的物理量
1.解:交變電流1周期內,電流方向變化兩次,所以1s內電流方向變化的次數為
12100
0.02
?=
次次.
2.解:不能把這個電容器接在交流電壓是10V的電路兩端.因為,這里的10V的電壓是指交流電壓的有效值.在電壓變化過程中的最大值大于10V,超過了電容器的耐壓,電容器會被擊穿.
3.解:燈泡正常工作時,通過燈絲電流的有效值
402
A
A
22011
P
I
U
===.電流的峰
值m
I.
4.根據圖象,讀出交變電流的周期0.2
T
s
=,電流的峰值10A
m
I=,頻率115
0.2
f
Hz
Hz
T
===.電
流的有效值7.1A
m
I
I
===
5.解:該電熱器消耗的功率
2
U
P
R
=,其中U為電壓的有效
值U=,所以
,
22
311W=967W
2250
m
U
P
R
===
?
第3節電感和電容對交變電流的影響
1.答:三個電流表
1
A、
2
A、
3
A所在支路分別為:純電容電路、純電感電路、純電阻電路.改換電源后,交流電壓峰值沒有變化,而頻率增加了.對于純電容電路,交流電壓峰值不變,則電路兩端電壓的有效值不變.電容大小C未變,交變電流頻率增大,則感抗變小,電流有效值增大,則容抗變小,電流
有效值增大,即
1
A讀數增大.對于純電感電路,交流電壓峰值不變,則電路兩端電壓的有效值不變.電
感大小L未變,交流頻率增大,則感抗變大,電流有效值減小,即
2
A讀數減小.對于純電阻電路,交流電壓峰值不變,則電路兩端電壓的有效值不變.雖然交變電流頻率增大,但是對電阻大小沒有影響,
電阻大小未變,則電流有效值不變,即
3
A讀數不變.
2.答:由于電容串聯在前級和后級之間,前級輸出的直流成分不能通過電容器,而流成分可以通過電容器被輸送到后級裝置中,輸入后級的成分中不含有前級的直流成分,所以兩級的直流工作狀態相互不影響.
3.答:電容器對高頻成分的容抗小,對低頻成分的容抗大,按照教科書圖5.3-8的連接,高頻成分就通過“旁邊”的電容器,而使低頻成分輸送到下一級裝置.
第4節變壓器
1.答:恒定電流的電壓加在變壓器的原線圈上時,通過原線圈的電流是恒定電流,即電流的大小和方向不變,它產生的磁場通過副線圈的磁通量不變.因此在副線圈中不會產生感應電動勢,副線圈兩端也沒有電壓,所以變壓器不能改變恒定電流的電壓.
2.解:根據題目條件可知,
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:根據題目條件可知,
2
400
n=,
1
220V
U=,
2
55V
U=,求:
1
?
n=
1122U
n
U
n
=Q
,1122220400160055
U
n
n
U
?=?==
4.
答:降壓變壓器的副線圈應當用較粗的導線.根據理想變壓器的輸出功率等于輸入功率即1122I
U
I
U
=,
降壓變壓器的21U
U
5.
答:假定理想變壓器的原線圈輸入的電壓1U
一定,1V
示數不變;當用戶的用電器增加時,相當于R
減小,副線圈電壓221
1n
U
U
n
=不變,2V
示數不變國;因為R
減小,所以2A
示數增大;因為理想變壓器輸入功率等于輸出功率,有:111222P
I
U
P
I
U
===,1U
、2U
的值
不變,2I
增大,則1I
增大,1A
示數增大.
第5節
電能的輸送
1.
在不考慮電抗的影響時,電功率P
IU
=,所以P
I
U
=.當110V
U
K
=時,導線中的電流33480010A=43.6A
11010
I
?=?.當110V
U
=時,導線中的電流33480010A=43.610A
110I
?=?.
2.
公式=UI
P
損和U=I
r
都是錯誤的,U
是輸電電壓,而非輸電線上的電壓降.正確的推導應該是:設輸
電電壓為U
,輸送的電功率為P
.2
=I
P
r
損,P
I
U
=,則2
2
=P
P
r
U
損,由此式可知,要減小功率損失,就應當用高壓送電和減小輸電線的電阻r
.
3.
解:(1)用110V
電壓輸電,輸電線上電流331120010A
1.810A
110P
I
U
?==≈?,輸電線上由電阻造成的電壓損失311
1.8100.05V=90V
U
I
R
==??,(2)用11V
K
電壓輸電,輸電線上電流323
220010A
18A
1110P
I
U
?==≈?,輸電線上由電阻造成的電壓損失22180.05V=0.9V
U
I
R
==?.兩者比較,可以看出,用高壓輸電可使輸電線上的電壓損失減少許多.
4.
解:輸送的電功率為P
,輸電電壓為U
,輸電線上的功率損失為P
?,導線長度為L
,導線的電阻亮紅
燈ρ,導線的橫截面積為S
,則22()P
L
P
I
R
U
S
ρ?==,因為P
、U
、P
?、L
、ρ各量都是相同的,所以橫截面積為S
與輸電電壓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
的電壓輸電,輸電導線上的功率損失
3222010()()0.5
3.2250
P
P
R
kW
kW
U
??==?=.用戶得到的功率20
3.216.8P
P
P
kW
kW
kW
=-?=-=損(2)
假如用500V
的電壓輸電,輸電導線上的功率損失
3222010()()0.50.8500P
P
R
kW
kW
U
??==?=.用戶得到的功率
200.819.2P
P
P
kW
kW
kW
=-?=-=損.
6.
解:輸電原理如圖5-16所示.(1)降壓變壓器輸出電流,也就是用戶得到的電流
329510A
4.3210A
220
P
I
U
?==≈?用用用.因為,22P
I
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2I
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U
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r
U
I
r
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計算如下:因為,
2221P
I
U
P
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25
P
U
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n
U
n
U
===.降壓變壓器的匝數之比33214400020019022011n
U
U
U
n
U
U
--====用用.
第六章
傳感器
第1節
關鍵詞:生活化資源;篩選;合理利用
中圖分類號:G632 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)21-156-01
“生活化”應該如何界定呢?查閱了很多資料,筆者覺得如下概念界定最全面。生活化:將學生從抽象、虛擬的課本堆中解脫出來,給學生感受自然、社會、事實、事件、人物、過程的機會,使學生在與現實世界的撞擊、交流中產生對世界、對生活的愛,從而自發地、主動地去獲取知識。那從何篩選生活化資源并合理利用它們呢?本文據筆者的教學經驗,探討高中生物必修3生活化資源的篩選途徑及合理利用。
一、篩選高中生物必修3生活化資源途徑
1.教科書中生活化資源
教科書是一個課程的核心教學材料,在新課程背景下編寫的人教版高中生物必修3教科書新增了與生活聯系的相關欄目如“問題探討”、“思考與討論”、“資料分析”、 “與社會的聯系”、“相關信息”、“小資料”、“學科交叉”、“知識鏈接”、“旁欄思考題”等欄目,此外,有些章節后面設置有 “科學?技術?社會”、“科學家的故事”、“科學史話”、“與生物學有關的職業”等課外讀。這些欄目涉及:日常生活、醫療保健、環境保護、經濟活動等方面。這么多的內容為教師利用教材,實施生活化教學提供了基礎。
2、生活經驗
生活經驗可以是教師(本人的或者和同事交流所獲得的)的生活經驗,更應該是學生的生活經驗。學生是教學的主體,學生的生活經驗更是一種無形的課程資源。所以平時要和學生多溝通,及時了解他們相關的生活經歷、所知和所思(如課堂上,學生會問抽搐和抽筋的區別),并適時用于課堂教學,這樣不僅能激發學生的學習興趣,也有助于學生理解所學的知識。
3、期刊
筆者較關注的期刊:《生物學通報》、《中學生物學》和《中學生物教學》等生物學教學期刊雜志,這些雜志主要針對中學生物教學設置了國內外生物科學的新進展、新成果,優秀教學設計及疑難問題探討等欄目,內容豐富、針對性強。
4、網絡資源
網絡通暢,便于查找資料。筆者通常通過以下兩個途徑來進一步豐富生活化資源:(1)通常用的搜索引擎有baidu、Google。(2)通過中國知網查看碩士論文等。
5、電視節目和新聞
平時筆者會關注新聞,特別是cctv新聞和cctv10。每次收看到與生物學有關的新聞,就會在課堂上和學生分享。如最近大家十分關注的埃博拉病毒,我們可以將它與免疫學進行聯系。
二、高中生物必修3生活化資源的合理利用
生活化資源很多,但課堂的容量有限,所以我們要進行選擇并采用有效的教學形式來開展。
1、課本生活化欄目相當多,部分的內容教師也相當重視,如“問題探討”、“思考與討論”、“資料分析”等。但對于章節后面的課外讀欄目重視不夠,最多讓學生課外閱讀而已。考慮到課時的有限,教師對教材中生活化進行合理的篩選是有必要的。但筆者認為“與生物學有關的職業”這欄目在課堂上應嘗試使用。生物學教學應介紹相關的職業現狀和發展趨勢,這不但有利于學生對生物學科價值的正確認識,而且對增強學生的生存能力、促進其終身學習與未來發展都有重大價值。
2、“創設教學生活化情境”在多篇的期刊論文中,筆者對這個內容不陌生,因它被提及很多。生活經驗引入,大家都很熟悉。但我們也可以在教學中利用諺語、詩歌、成語等設置生活化情景。如:在教學中適當應用諺語:在講能量流動的特點時用“一山不容二虎”,讓學生從能量流動的角度來分析;在教學中應用詩歌:在講生態系統信息傳遞時用“竹外桃花三兩枝,春江水暖鴨先知”來分析信息的種類;在教學中應用成語:在講神經調節時,用“望梅止渴”、“驚弓之鳥”來分析反射的類型。這些生活化情景,能活躍課堂氣氛,調節學生學習情緒,啟發學生的思維且能實現學科間的聯系。
3、生物生活化教學形式可以多樣化,除了課堂講述外,還可以有如下幾種課外形式,使生物課堂教學得以課外延伸。
(1)開展辯論賽。如:評價應用激素類藥物的利與弊。考慮生物教學課時太少,可以嘗試和語文學科合作開展辯論賽。
(2)讓學生收集資源,教師進行匯總、編輯成課外讀張貼于學習園地,這樣可以拓展學生的視野。如:關于艾滋病的教學,教師可以引導學生從艾滋病的產生原因、癥狀、傳播途徑、有效的預防方案及正確對待艾滋病患者五方面分組著手收集資源,而后教師匯總、編輯成課外讀。
(3)設計課外活動,如:制作生態瓶。學以致用,這也是學習的最高境界。
總之,生物課程是高中階段重要的科學課程。生活化教學比灌輸教學更具開放性、參與性和實踐性。高中生物必修3生活化教學有助于學生學習興趣的激發與提高;有助于提高學生的生物科學素養;有助于實現高中生物的人文教育價值;有助于實現高中生物的生命教育價值。所以積累生活化資源和采取有效的教學形式是值得我們深入研究和探討的。
參考文獻:
首先,在教學內容與要求上,初高中知識間存在一個大臺階。初中多以觀察、實驗為基礎,介紹直觀現象多,抽象概念少;介紹靜態的多,而動態的少。主要以識記為主,側重定性研究,教學要求不高,意在激發、培養學生學習物理的興趣。而高中物理則著眼于提高學生的文化科學素質,進而培養學生分析、解決問題的能力。在教學上也從代數運算變為矢量運算。這些由靜態到動態,從具體到抽象,以知識的轉化,能力的轉變,要求的提高,都給高中生帶來很大的困難和不適應。
其次,初高中物理的學習方法,研究方法有很大的不同。初中物理往往從表象、意象、實驗出發,經過想象、分析、對比、歸納等思維方法,利用直觀判斷法得出結論。其思維方式屬于定勢思維。而高中物理的系統性和理論性較強,著重于定量分析、研究、其思維方式要求有較高的形象思維、抽象思維和一定的發散思維。在教學中要側重調用儲存頭腦里的抽象知識,如概念、規律等,經過分析、抽象、歸納、演繹等思維操作,運用邏輯方法:形式邏輯、辯證邏輯和數理邏輯,推出結論。這一質的飛躍,對于帶著成功者的心態從初中邁入高中的學生,常有天淵之別之感。他們在驚嘆臺階之大的同時,也詠出了高中物理真難學的嘆歌。
另外,我國的升學制度與過去的“科舉制”有點相似,“一試定終身”。于是升學率成了衡量“一個學校好壞”“一個教師水平的高低”的標準,為了獲得高考的高分,老師緊跟高考的指揮棒,加深教學內容,增加習題難度、深度和分量,從高一起就要求學生“一步到位……”,達到高考對學生知識和能力的要求,使本來趣味盎然的物理變得枯燥、無味,部分學生甚至望而生畏,對物理產生了離心力,他們被迫棄理從文,少數堅持學習物理的同學,也常望難興嘆,在重重的壓力下過著艱難的陪讀生涯。
1990年國家教委頒發了《現行高中教學要求調整意見》,意在減輕學生的學習負擔,將高中教育由“應試教育”轉變為“人才素質教育”,以求提高全民族的文化素質。實行“必修+選修”,將初高中的一個大臺階化為兩個小臺階,這有利于初高中物理教學的銜接。從理論上說這種循序漸進的學習方法無疑更符合教學規律和學生的心理特點。然而,作為重點中學的老師,擔負著向高校輸送更多合格人才的重任,如果不能針對學生的認識水準,而一味強調必修的教學要求,勢必導致學生在高一、二年上必修內容時,長期處于“吃不飽”的狀態,從而影響其求知欲,使學生的學習處于被動。而到高三,由于選修內容大多是高中物理的難點、重點,如動量守恒定律及其應用等,學生難以一步到位,再加上總復習時間變少,前松后緊對于重點中學的學生,常有“雪上加霜”之感覺。如何降階、邁階、銜接等問題,教學之余常思索著。下面就初高中銜接談談個人的幾點看法。
搞好教學內容的銜接,《調整意見》把對原大綱中要求不太高或在初中基礎上略為加深的內容,直接作為必修課的內容,而把原大綱中要求較高,難度較大的內容作為選修內容,搞兩個循環。
這樣做無疑更符合學生的認識規律,也降低了初高中的一個大臺階,對于普通高中的學生,在學完必修內容之后,會考合格,帶著成功的心態邁向社會起了積極的作用。但對于重點中學的學生,面對高考考綱未有大幅度的改變,而他們的智力、能力相對較高的情況,我們認為教學要與學生的接受能力和智力水平發展相一致。在教學內容能適應學生思維能力的時候,教學應不失時機地進行探究,我們主張,從實際出發,不搞一刀切,將選修內容降低要求下放到高一、二年級,形成“必修+選修”同步進行,但要求不同步的教學,不搞一次到位,這樣做,既保持了知識的系統性和完整性,又能起到一定的降階作用。而到高三年級上選修時,此時選修課的復習不是必修內容的簡單重復,而是必修基礎上的循環上升,也降低了必修與選修的臺階,選修課著重于提高,但應該在打好基礎的前提下的提高,要把復習成為上升和深化的起點。
1選修物理科目學生的演變
美國中學生選修物理的人數和比例在持續地增加,1987年,美國高中學生選修物理的人數60多萬,所占的比例為20%,到了2009年達到近140萬,比例為37%.選修物理課程學生人數和比例的持續增加令美國人大為驚訝,傳統意義上認為物理是一門比較艱深的選修課程,選修物理的學生主要是為上大學做準備或者對科學或與科學相關領域有興趣,選修物理需要比較好的數學基礎,因此會阻礙學生特別是女生和少數民族學生選修物理.造成這一結果的主要原因是進入四年制大學學習人數的比例增加(2005年達50%),學習規劃指導顧問(guidancecounselor)建議如果在高中選修過物理能夠增加他們進入大學的機會,導致部分意愿進入大學社會領域學習的學生選修物理,另一方面由于各州對高中畢業生提出更高的科學素養方面的要求.次要原因是物理在生活中變的越來越有用和高中入學人數的增加.美國高中主要開設以下四種類型物理課程:概念性物理、一年期物理、榮譽物理、高階物理.圖1是美國高中學生選修各類物理課程的百分比,從中可以看出,近年來除了選修一年期物理課程的比例在減小,選修其它類型的物理課程的比例都在增加.雖然不同種族的高中生選修物理的比例呈現增加的趨勢,但是其比例是不同的,亞裔學生選修的比例最高(2008年達到52%),其次是白人(2008年達到41%),黑人和西班牙裔學生選修的比例較低(2005年分別達到25%、24%),另外女生選修物理課程的比例也呈現增加的趨勢,從1987年的39%到2005年的47%,并且處于穩定的比例狀態.美國物理研究所教育研究中心主任杰克•赫恩(JackHe-hn)認為,自上世紀80年代以來美國的物理教育出現以下六個方面可喜的變化:更多的學生在中學和大學學習物理;關注的焦點從教什么轉向學生真正學到什么;教師對學生是怎樣學習物理的逐漸產生了興趣,并將對此的研究運用于課堂教學;美國國家科學教育改革注重于學生應該知道哪些物理知識和教師應該怎樣教的研究;更多地關注物理教師的職前教育;網絡的發展促進了各層面教師之間的溝通.正是這樣的變化促進了美國物理教育的發展,吸引更多的學生學習物理.
2美國基礎物理教材
美國基礎教育物理教材多種多樣,常用的教材有《物理學:原理與問題》(Zitzewitz/Merrill-Glencoe)、《概念性物理學》(Hewitt/AddisonWesley)、《霍爾特物理學》(Serway&Faughn/Holt)、《現代物理學》(Trinklein/Holt)、《物理學》(Gi-ancoli/PrenticeHall)、《大學物理》(Serway&Faughn/HarcourtBrace)、《物理學:原理與應用》(Giancoli/PrenticeHall)、《物理學》(Cutnell&Johnson/Wiley)、《物理學基本原理》(Hallidayetal./Wiley)、《大學物理》(Searsetal./Addison-Wesley)、《科學家與工程師的物理學》(Serway,jewett/CengageLearning)等.由于美國高中物理開設四類物理課程,所以各種教材的使用情況各不相同,教師針對特定的物理課程選擇相應的教材,表一是美國各類課程常用的教材、使用比例和教師使用滿意度.從中可以看出,在概念性物理課程中使用最為廣泛的是《概念性物理學》,使用的比例在增高,教師使用的滿意度也比較高,雖然部分教師使用《物理學:原理與問題》,但是其不滿意度非常高,達到50%;在一年期物理課程中《物理學:原理與問題》使用雖然達到近三分之一,但是教師的滿意度最低,也正是由于不滿意度較高,導致該教科書使用的比例在減少,《概念性物理學》的教師滿意度最高,使用的比例在增加,《物理學:原理與應用》的教師滿意度較高,但是使用率非常低;在榮譽物理課程中使用廣泛的三本物理教科書是《霍爾特物理學》、《物理學:原理與問題》和《物理學:原理與應用》,并且都處于比例增加的趨勢,但是教師對《物理學:原理與問題》滿意度最低,不滿意度最高,結合一年期物理課程對該教科書的評價,表明在教師心目中《物理學:原理與問題》并不適合一年期物理和榮譽物理課程的目標;高階物理(B)課程主要利用代數學和三角學介紹物理,教師對廣泛使用的兩本教科書滿意度較高,《大學物理》教科書使用的比例獲得顯著性增加;高階物理(C)課程主要為將來進入大學學習科學或工程類學生所準備,涉及到解決力學和電、磁學方面的復雜問題,《物理學》教科書的使用率顯著性下降.
3美國高中物理教師的狀況
物理教師的質量是決定高中物理教育教育水準和培養未來從事科學和技術人才的重要因素,然而超過2.3萬的物理教師認為他們并沒有為從事高中物理教育做好充分的準備.2009年的調查結果顯示物理教師中具有學士學位的占30%,具有碩士學位的占63%,具有博士學位的占7%.高中物理教師中有主、輔修物理學位的占26%和9%,主、輔修物理教育學位的占9%和2%,表明高中物理教師中無物理類學位的占54%,預示著能夠有效承擔物理教學的物理教師仍然短缺,加之選修物理學生人數的不斷增加,這一短缺狀況近期難以發生改變.美國高中物理教師自我評價認為,物理基礎知識非常好的占66%,有四分之一的教師認為在物理課堂教學和實驗教學中能夠有效使用計算機,對物理學最新發展了如指掌的比例只有13%,實驗教學設計與演示能力好的比例為36%,有47%的教師能夠很好地將物理學應用于日常生活.美國高中物理教師認為當前高中物理教學存在如下的問題,資金、教學儀器的匱乏,沒有足夠的時間準備物理實驗,實驗場所缺乏和實驗儀器過時,學生的數學基礎較差,沒有足夠的時間備課等.近年來,美國在基礎物理課程改革過程中提倡在物理教學過程中采用基于探究的教學方法,開發基于計算器的實驗、交互式物理、基于探究的物理、建模教學、基于計算機的實驗、活動物理、跨學科教學、實時物理、物理研討會、促進物理概念理解的課程、理解物理學的建構等物理教學方法與手段.
4美國基礎物理教育教師的培養
美國合格的基礎物理教師嚴重匱乏,每年約需要雇傭1200個新的物理教師,其中約有800人缺乏講授物理概念的訓練和相關物理知識,美國教育雇傭協會認為,除特殊教育教師外,高中物理教師的職位是最難供給的.旨在改善和促進未來物理教育和物理教師教育的“物理教師教育聯盟”成立以來培養出超過以往一倍以上合格的高中物理教師,促進大學物理系與中學物理教學之間的對接,為未來物理教師改進物理課程內容和教學方法奠定基礎.為了吸引大學生有志于從事物理教師職業,首先要激發他們的興趣,通過持續的交流,組織學生參加與物理相關的研討活動,讓學生意識到他們具備物理教師的潛力;其次展示物理教學的樂趣,在大學物理課程中采用交互式教學方法讓他們意識到教學并不僅僅是教師講,通過討論、交流等教學活動體驗到參與教學的興奮感;第三是體驗早期的教育經驗,讓有志于從事教師職業的學生成為學習基礎物理課程學生的學習助手(LearningAssistants),嘗試幫助其他學生更好地學習物理,體驗到做教師的成功感、喜悅感;第四是加強大學與中學優秀物理教師之間的互動,吸引中學優秀物理教師參與未來物理教師的培養工作.科羅拉多州立大學物理系創建的學習助手計劃提供了很好的大學物理系培養物理教師的典型案例,該計劃的目的在于通過改造本科教育提高學生的教育質量和教師教育質量,招募更多潛在的物理教師,讓具有科學才能的學生有志于從事科學教育和基于學科的教育研究,將科學系科文化轉換為我們教師和學生的教學研究活動.學習助手計劃能夠有助于課堂環境的構建,讓學生通過平等的交流,相互合作進行問題解決,闡明和捍衛自己的觀點.學習助手計劃招募的優秀高年級學生需要從事學科內容知識、學科教學法知識和學科教學實踐的學習和實踐,他們每周和教師一起反思教學,規劃未來一周的教學活動,檢查和評估學生的學習狀況;他們學習為期15周的教育類課程,從中反思自己的教學實踐,分享教學經驗,研修相關的教學研究論文;他們參加由教師主持的相關教學研討會,在課堂教學過程中扮演學習助手的角色,引導學生參與對相關物理問題的討論,從而在實踐中豐富學科教學法知識.科學教育教授瓦萊麗•奧賽羅(Vale-rieOtero)認為,學習助手的經驗可以幫助學生認識到教學是真正的智力挑戰,對學習助手中的一部人而言,這正是他們期待的.學習助手計劃的實施取得了成功,增加了未來物理教師的數量和提升他們的教學水平,提高學生對物理學基本內容的理解.
5啟示
美國物理研究所對全美中學物理教育的調查能夠了解和掌握當前基礎物理教育的現狀和所面臨的問題,提供相應的解決方案,物理教師的培養工作卓有成效,對當前我國基礎物理教育具有以下的啟示:
1990年,根據國家教委印發的《普通高中教學計劃的調整意見》,普通高中物理課分為必修課和選修課兩部分(即“二、一分段”),物理大綱相應地作了調整,這項調整改變了過去的單一課程設置,是建國以來對普通高中物理課程的一項重大改革,在物理課程改革上邁出了一大步。
1990年調整后的物理教學大綱,必修課的內容著眼于提高學生的科學文化素質,包括比較全面的物理基礎知識,注意面向大多數學生,降低了難度和要求,縮小了初、高中的臺階,減小了學習困難。加之會考制度的實施,使大多數學生都能學到比較全面的物理知識,改變了過去學生文理科知識結構的不平衡現象。
但是“二、一分段”這種模式,仍不能適應不同學校的不同情況。必修課與選修課的性質不同,要求不同,側重點不同。必修課的內容要照顧大多數學生能夠學得了,要求不能過高。重點校的師資、生源等條件好,多數學生感到必修課的內容淺,他們學有余力,高中的前兩年“吃不飽”,影響他們的學習效率。另一方面,必修課的要求又不能降得過低,否則無法在高三不到一年的時間內完成選修課的教學任務。這樣,也還有一部分學生“跟不上”,不能適應必修課的要求。“跟不上”與“吃不飽”的矛盾,一直困擾著高中物理教學。
必修課的內容既要照顧到全體學生都能學到比較全面的物理知識,且學有所得,又要考慮與選修課的銜接,照顧到準備升入理工科院校的學生具有較高的知識和能力,在目前的高考制度和高中分段教學的情況下很難處理。1990年調整后,各地反映了不少意見。
在制定新的教學大綱時,應當繼續1990年的改革初衷,總結幾年來實施“二、一”分段的經驗,充分考慮普通高中的性質、任務以及物理學科的特點,在原有的基礎上對課程設置作進一步的改革。
高中是較高層次的基礎教育。普通高中要進一步使學生的素質得到更高層次的發展,又要為將來準備升入高等院校的學生打好堅實的基矗在課程設置上要充分考慮社會需求和學生情況的差異,要為有不同發展傾向或發展前途的學生開設不同類型的物理課,明顯地分開層次,便于分流,既有利于進一步提高學生的科學文化素質,又有利于發展學生的個性和特長,解決“跟不上”與“吃不飽”的矛盾,使不同流向的學生都能有效地學習,且學有所得。
物理是系統性較強的學科,物理知識本身的特點決定了高中物理課對學生的能力要求較高,特別是對準備升入理工科高等院校的學生,能力要求較高。物理學是一門基礎科學,是現代科學技術的基矗物理知識在現代生活、社會生產、科學技術中有廣泛的應用。不論學生將來的流向如何,在高中階段都需要學到足夠的、全面的物理知識,對物理學的概貌有所了解。由物理學形成并發展起來的科學研究方法,對探索自然有普遍意義。在高中階段學習物理課,使學生受到科學態度和科學方法的熏陶,是提高科學文化素質的重要方面。這樣,對全體學生來說,知識面不宜過窄,程度也不宜過高。如果仍采用分段的辦法,則現在所暴露出來的矛盾仍無法解決,不能使不同流向的學生都學有所得。出路何在?與其分段,不如分為兩類物理課,以便分開層次,便于在適當的時候分流,這樣對高中物理教學可能會更合適些。
從我國目前的實際情況看,物理課可分為兩類。兩類物理課的大綱要有不同的要求,各具特色,各有側重,明顯地分開層次。
Ⅰ類物理課屬于基本要求的物理課,要學習跟現代生活、現代科學技術關系密切的基本物理知識。知識面應該包括物理知識的主要方面,使學生學到比較全面的物理知識。考慮到現行必修課的內容對全體學生來說要求較高,Ⅰ類物理課的程度要低于現行必修課的程度。定性的內容多些,定量的計算少些。