人教版必修2《教师教学用书》(word版)

高中物理新课标教师教学用书·必修2

在教材的编写过程中，编者与一线教师进行了广泛而深入的交流。有些共同性的问题在此做些说明。

● 这次课程改革十分强调科学探究在科学课程中的作用。这套教材中并没有“科学探究”这个栏目，编者是怎样考虑的？

科学探究是一类教学活动，但不限于此。因此，我们认为不宜设立一个“探究”栏目，好像不是这个栏目的内容就不是探究了。科学探究也是一种精神。在一定程度上可以说，人们对未知事物的探究精神是与生俱来的。科学教育应该保护并发扬青少年的这种精神。因此，这套教材从整体上是以探究的思路展开的。

例如，全书开始就提出这样的问题：实际物体的运动是复杂的，如果物体都是一个个只有质量、没有大小的“点”，问题就简单了。那么，什么情况下可以把物体看做这样的“点”呢……

又如，在第二章开始的时候，小车在重物牵引下的运动到底遵从什么规律？提出这样的问题，然后引导学生进行实验，分析数据，得出结论。这是一个典型的科学探究事例。

从教学活动的角度讲，高中物理中的科学探究不全是实验探究，这点必须强调。通过自己的探索，变未知为已知，这样的教学活动就是科学探究。它们与初中阶段的实验探究具有相同的特征，只是研究的手段不那么单一，即不完全是实验或者完全没有实验。

在这种思想指导下，编者安排了几个典型的、没有实验活动的科学探究，例如第五章第5节“探究弹性势能的表达式”、第六章第6节“探究向心加速度大小的表达式”等。

有些实验，探究性很强，这一点在实验的标题中都明确地标示出来了。例如：第二章第1节“实验：探究小车速度随时间变化的规律”、第三章第4节的“实验”栏目“探究求合力的方法”等。

探究性的实验与验证性实验的根本区别在于前者的结论是未知的。这样就增加了实验的难度。编者对此进行了研究，在适当环节给出提示，帮助学生沿正确的方向前进，但又不直接给出结论，以保持学习的探究性，例如第三章第4节实验“探究求合力的方法”等。对于不涉及实验的探究活动，教科书为保持教学内容的探究性，采用提示的方法，帮助学生建立台阶，能够不太困难地走下去，例如第五章第5节“探究弹性势能的表达式”等。

科学探究的活力在于每个具体的探究都与另一个不一样，它不是僵死的教条，无论是科学研究中的探究还是科学课程中的探究，都是这样。因此，编者在教材中不追求某种探究的“模式”。

● 实验一直是我国中学物理教学中的薄弱环节。这套教材在哪些方面加强了实验的教学？

《课程标准》加强了实验的教学，体现之一是它把实验与其他教学内容紧密地结合在一起，而不再规定所谓的“必做”实验。例如《课程标准》规定：“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系”、“通过实验，理解力的合成与分解”……凡是课程标准做出这样要求的，教材都安排了实验。

还有一点与过去的《教学大纲》不同：《课程标准》没有对实验的具体做法、使用的器材等做出硬性的规定。这样就可以使师生因地制宜地进行实验教学，便于提出不同的实验方法，有利于实验设计的教学，使

师生更注重实验中的科学思想，而不是背诵实验的器材、步骤等条文。鉴于《课程标准》规定的宽泛性，这套教材尽可能地对同一个实验推荐几种不同的实验方案，供师生选择，例如第六章第3节“探究平抛运动特点的实验”等。

这套教材中，节的标题中有“实验”二字的，如“实验：验证机械能守恒定律”，是全体学生都必须完成的。这些实验的规模比较大，而且多是定量的，一般要用两课时左右才能完成。

教科书中的“实验”栏目，也是要求学生自己动手做的，但多是定性的实验，可以做随堂实验处理。“演示”栏目也是实验，往往由于器材等原因，只能由教师做给学生看，但有条件的学校应该努力让学生动手操作，可作为随堂实验处理。

“做一做”栏目也是实验，但大多属于扩展性内容，其中有的器材不一定是各校都有的，有的器材则可用日常用品代用。这些实验可由各个学校、各位学生根据具体情况在课下选做。这些实验尽管不要求每个都做，但教学中应该在宏观上有个控制，总体上安排若干个，有要求、有检查，而不要一概不做。

● 教材的许多地方介绍了用传感器进行的物理实验，可是我国的情况千差万别，许多学校的计算机还很少，为什么要把这些内容写进教材？

《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：课程改革要“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合”。用信息技术改造某些已有的实验、增加原来不能做的实验，这是大势所趋，教材编者要促进这项工作。但是，由于发展不平衡，也由于我国在这方面还缺少经验，所以不能搞“一刀切”。《课程标准》中指出的是：“重视将信息技术应用到物理实验……诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等。”

遵照以上精神，教材在“做一做”栏目中多次介绍了信息技术在实验中的应用。例如第二章第1节“用计算机绘制v-t图象”、第四章第5节“用传感器研究作用力与反作用力的关系”等。

从全国范围看，这项工作刚刚起步，各个厂家的产品型号、使用方法不尽相同。因此，教材只介绍基本原理，不涉及具体的操作，主要目的是指出某某实验有应用信息技术进行改进的可能性，指出技术方向，而具体的实验安排还要教师结合具体情况进行再创造。这方面的内容也不作为对全体学生的要求，但教材编者、教师、学生都应该做出努力，以推动这项事业的发展。

● 这套教材怎样加强学生的活动、加强教学的交互性？

编者认为，改变学生的学习方式是这次教改的一大任务。“改变学习方式”的核心是让学生不做被动的“受教育者”，而是做一个主动的“探索者”。这里说的探索当然包括常说的科学探究，但不限于此，学生的活动也不限于实验活动。学生在学习活动中应该主动地动脑、动手，引发疑问、进行思考、实验操作、相互讨论，等等。

浏览教科书就会发现，“演示”栏目和“实验”栏目里多数情况只写用什么器材、进行什么操作、注意观察什么，而几乎都没有把实验的现象写出来，更不写由此得出的结论。这样做的目的是让学生练习观察，并从观察中引发问题、进行实验，自己得出结论。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯，不做思想的“懒汉”。

教材中有“思考与讨论”栏目，它是重要的教学环节。教学中千万不要为了赶进度而用一两句话把结论告诉学生。例如，第一章第2节的“思考与讨论”要求学生从一个实例出发思考矢量相加的法则，学生可能不大容易说出用什么“法则”之类的东西，如平行四边形定则，但可以感悟出三个位移矢量的“三角形关系”。学生说不出来也不要告诉他们，学生只要结合实例认真考虑了，即使说不出来，也一定能够有所领悟。在教材的安排上，这时还不要求学习矢量相加的法则，这个法则要在以后接触更多的矢量之后才正式学习，但这里的思考会埋下一颗种子，到适当时刻就会萌发。

再如第一章第5节图1-5-3的“思考与讨论”，目的是介绍v-t图象的倾斜程度与物体加速度的关系，而不是由教师正面讲述，先是从一个问题出发，即从直线的倾斜程度出发，进行讨论。这样不仅促进了学生的主动学习，而且有利于学生形成勤于思考、勇于质疑的习惯。

教科书虽然做了这样的努力，但还不够，希望老师们在教学中朝这个方向走下去，创造更多更好的教学案例。

● 这套教材比较注意逻辑线索。有一种意见认为，这样做并无必要，因为多数人学过高中物理后并不去做物理学的研究者。关于这个问题，编者是怎样考虑的？

什么样的人才算具有较高的科学素质？这不仅要看他的科学知识有多少，而且要看他的言行所反映出的，他对科学本质的认识程度，以及对科学过程、科学方法的领悟，特别是他的价值观在多大程度上与科学的价值观相一致。所以，对于以后不去研究物理学的学生来说，后者可能是中学物理更重要的教学目标之一。

物理学是一门成熟的精密科学，实验事实是它的基础，逻辑关系构成了它的理论结构，两者缺一不可。在高中阶段，我们要在可能的程度上按它本来的面目展现给学生，使学生看到，这是人类三百多年来创造的一个有代表性的学科，它满足了人类的求知欲，它为我们奠定了现代文明的物质基础。我们不能不负责任地给学生造成一种假象，好像科学是一些支离破碎、经不起推敲的知识堆砌。

人的科学素质表现之一是“说话要有根据、说话要合乎逻辑”。高中物理教学要一步一个脚印地走，事事不马虎。凡是由于知识基础、实验条件等需要跳过的逻辑环节，教材中要明确指出。这样做的目的，是让学生也养成这样的习惯。

例如，关于做匀速圆周运动物体的加速度的方向问题，本来可以只从小球在水平桌面运动时的受力体验出发，得知做匀速圆周运动的物体受力的方向，由此推断一切做匀速圆周运动物体的加速度的方向。但是，这种做法是从个别几个实例得出的一般性的规律，得出的结论有可能是不可靠的，还需要进一步验证。

本教科书则是利用加速度和矢量运算的知识，在普遍情况下得出做匀速圆周运动物体的加速度的方向，这样得出的论断才具有一般性。在这之后，根据牛顿第二定律得出的物体受力方向，也才具有一般性。

需要指出的是，第六章第6节是以“思考与讨论”开始的，请学生通过两个实例的分析，思考做匀速圆周运动的物体的加速度方向。一个实例是地球绕太阳的公转，另一个是绳系小球在光滑桌面上的匀速圆周运动。学生可以看出实例中物体受力的方向，并推知物体加速度的方向。尽管不能由此得出普遍的结论，但这样的实例却对问题的答案给出了强烈的提示，在进行一般性的讨论中，它给我们指出了方向。这样的实例分析，不是可有可无的。类似的处理方法，在第二章第3节“匀变速直线运动的位移与时间的关系”中也有典型的体现。

对于许多将来不以科学技术为职业的学生，也许匀速圆周运动的知识将会忘记，但一次又一次这样的逻辑训练将长留心中，成为他们的潜意识和价值观。学生将来应该思维有条理、看问题不片面、善于认识新事物。类似的教学设计，将对这样思维习惯的形成起到积极作用。

应该说明的是，诸如匀速圆周运动的加速度方向等问题的讨论，并不要求学生独立地复述，更不要求用这样的方法解决其他问题。只要学生能跟下来，认为说得有理，编者的目的就初步达到了。这样做，更多的是着眼于情感、态度与价值观方面的教育。经历过这样的学习过程与没经历过是不一样的，按教科书这样学习，学生会感到物理学是“说理”的。

对于教科书中的某些内容，要允许学生不完全掌握，可能老师、同学们还不大适应。其实这是与过去不同的一种教材观，下面还会说到。

● 教材涉及了斜抛运动、弹性势能的表达式、普遍的曲线运动等内容，这是不是说这套教材比过去的教材要求高了？

这三个科学术语在过去的教学大纲中、教材中都是不出现的，它们从三个方面反映了新课程与过去课程的区别。

过去课程的着眼点在“知识点”，《教学大纲》没有把斜抛运动写在上面，教材就不能讨论斜抛的问题。《课程标准》要求与过去不同：“会用运动合成与分解的方法分析抛体运动”，也就是说，新课程对“方法”给予了更多的注意，对于方法的载体，即知识，没有苛刻的限制。因此，教材在研究了直线运动后，把抛体运动当做一个实例，目的是讨论在平面上应用牛顿定律解决问题的一般性方法。指出其与解决直线运动问题不同的是，需要在x、y两个方向上分别做出受力分析、在两个方向上分别应用牛顿定律和运动学的规律。对于抛体运动在两个方向上运动的具体规律，不像现在的课程那样强调，对于平抛与斜抛两种运动，也不刻意区分。当然，在具体的例子中，用得比较多的还是平抛运动。

第五章第5节“探究弹性势能的表达式”的主要目的并不是让学生学习这个关系式，而是让

学生经历一次探究的过程。关于探究性学习，无论是实验性的还是非实验性的，书上是否写出了结果、将来是否要求对结果的掌握，其教育意义是很不一样的。《课程标准》没有提及弹性势能的表达式，本教科书对这个关系式也不做要求，因此学生和教师都可以放下包袱，一心体验探究的过程，而不必过分担心其结论。

至于一般性的曲线运动的介绍，也是在于它的方法，目的在于使学生能在更一般化的条件下比较深入地认识匀速圆周运动。这里并不涉及一般性曲线运动的具体知识。

以这三个例子为代表，可以看出，不宜说新课程的要求比过去高了还是低了，应该准确地说，新课程与过去课程的侧重点有区别。

● 一些教学内容的引入和展开，例如运动学规律的教学，可能有人说过于烦琐，不如过去的方法那样“简明、轻快”。为什么要这样处理？

这实际上是看问题出发点的差别。如果眼睛只盯着知识的掌握，那么，从加速度的定义出发，经过代数式的变形，马上就可以得到v＝v0+at，于是就能用来解题了。

《基础教育课程改革纲要（试行）》要求我们：“改变课程过于注重知识传授的倾向……使获得基础知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程。”按照这个要求，教材赋于了这段内容更多的教育意义。

教材的思路如下。

通过实验，真实记录小车在重物牵引下运动时，时间与速度的数据

↓

作出速度—时间的图象

↓

发现存在着这样一种运动，它的v-t图象是一条倾斜的直线

↓

发现倾斜直线的v-t图象所描述的运动，是加速度不变的运动，给出匀变速运动的定义

↓

通过图象一般性地研究，得出匀变速直线运动的速度和时间的关系式。

v＝v0+at

这段教材虽然与人类对此问题的认识过程不完全一致，但对于作为个体的人，它却是一个学习、认识科学规律的好例子。它强化了从实验得出规律的一般性过程，练习用图象分析问题的有效方法，逻辑线索清晰。应该说，它在价值观及科学过程、科学方法上的教育价值比较高。

教科书在其他一些地方，例如匀变速直线运动位移与时间的关系、功与物体速度变化的关系、重力势能的引入、万有引力定律的得出、加速度与物体受力及物体质量的关系等，出发点都是强调过程与方法、情感态度与价值观这两方面的课程目标。教学中不要为节省时间把学习过程简化。

● 教材在很多地方利用了极限的概念，关于这个问题，编者是怎样考虑的？

《课程标准》与原来的《教学大纲》的重要区别，是与《基础教育课程改革纲要（试行）》的要求相一致，即明确提出了三维课程目标。过程与方法、情感态度与价值观是跟知识与技能同等重要的目标。在现代科学中，静与动、曲与直、变与不变、部分与整体等辩证关系，都需要用极限的思想去理解。这是一种重要的思想方法。在高中物理中适时引入极限的思想是完全必要的，对于树立辩证唯物主义的世界观、避免形而上学的思维模式都有积极作用。在高中物理引入极限思想的出发点就在于此。

根据编者的经验，绝大多数高中学生，按教科书这样的方式来接受极限的思想没有任何困难。学生学习极限时的困难不在于它的思想，而在于它的运算和严格的证明，而这些，在教科书中并不出现。实际上，教科书甚至从始至终都没有出现“极限”这个术语。对于这个思想方法，教材的宗旨是“渗透”。在匀变速直线运动的规律、变力做功、曲线运动等多处反复出现，让学生逐步熟悉和感悟。

还应该指出，关于极限的运用，只要求学生能跟着“走”下来，使学生相信，教科书得出结果的过程是有道理的，而不要求学生独立地重复这些推导运算。

有一种意见，认为大学将来会系统地学习这些内容，中学没必要学。我们的意见是，学习的内容按性质分一般有两类，一类是知识性的，一类是方法性和观念性的。对于前者，如果以后有机会学，没必要重复；而方法性的、观念性的东西，需要多次接触，才能逐步深入地领悟。人们缺少的知识可以在一生中的任何时刻补充，而方法性的东西，特别是观念性的东西的学习，在成长过程中时机的选择，是非常重要的。

● 教材不止一处提到通过实验得出结论需要“勇气”，这是否鼓励学生莽撞从事，而与我们提倡的科学精神不符？

人类的知识是怎样得来的？不是通过演绎得来的，单纯的演绎不能得到新的认识。普遍性的规律也不是通过简单的归纳得来的，归纳得出的结果只适用于跟原型一致的场合。猜想与假设、对自然规律某些特征所持的信念，这些才是创造性思维中最活跃的因素。这是编者写下这些文字时的思想基础。

例如，在实验研究物体的加速度与它受力的关系时，几次实验的a-F直线都不会完全经过原点，但会十分接近原点。当然可以采用更精密的实验手段，但那时我们对精确度的要求应该更高，于是，它还不会完美地经过原点。适当的时候就要敢于相信，真正的自然规律应该是a∝F。所以，教科书在以下几个内容中从思路到行文都有类似的具体处理。如，

?在谈到伽利略把沿斜面下滑物体的运动规律外推到自由落体时；

?在把作用于行星与太阳间的引力推广到地球与月球、地球与地面物体，甚至推广到任何物体之间时；

?在确定物体动能的表达式时。

过去我们关于科学精神的教育主要是辛勤与严谨，这两方面的确是不可缺少的，现在还要进行这些教育。但是，如果仅仅是这些，那么对于任何形式的创新都是不够的。因此，教材做了上述的努力，希望它在激发学生的创新活力方面起到积极的作用。这种活力不限于物理学的研究和学习，它会表现在学生未来生活的方方面面。

● 教材怎样体现“过程与方法”这个课程目标？

教材不求以“简明、轻快”的方式给出知识的结论，而是努力把得到知识的过程适当展现给学生。关于得到知识的过程，它有两方面的含义。一方面是学生个体在学习中的活动过程、思维过程；另一方面是历史上人类认识某一规律时科学家群体的活动过程、思维过程。关于第一个方面，前面已经有所说明。关于后一方面，在天体运动、万有引力等问题的研究中，主要在科学足迹的栏目中介绍。在呈现这些历史材料时，编者把它放到当时的大的社会背景中去，从当时社会的经济、文化环境去认识科学史中的事件。

编者认为，《纲要》和《课程标准》中所说的科学方法，指的是人类认识客观世界、影响客观世界的一些基本观点和基本方法，例如前面涉及的处理实验基础与逻辑结构关系的方法、处理具体事例与一般规律关系的方法等；也包括科学工作中通用的，多少带些技能性的方法，如用图象处理实验数据的方法等。对于近年来某些场合经常听到的，学习某些十分具体的物理问题时所说的“××法”、“××法”，教科书没有提及。

● 教材怎样体现“情感、态度与价值观”这个课程目标？

这里举几个例子谈谈编者在这方面所做的努力。

爱科学的前提是要懂科学。编者最基本的努力是使学生学懂。大家说某部分内容难，其实不是处处都难，而是存在着一两处“思维障碍”，难以突破。教科书编写过程中编者研究了学生的思维特点，力图在感到困难的地方多搭几个矮一点的台阶。编者认为，在一定程度上可以带点夸张地说，“没有不能攀登的高山，只有上不去的台阶”。

例如，第六章第6节，分析匀速圆周运动的加速度方向，教科书分5步走，特别把矢量的运算分得很细，引导学生得出正确认识。第五章第5节“探究弹性势能的表达式”也是这方面的一个好例子。

学生学懂了，才能满足他们的好奇心，体会到学习的乐趣，才会有成就感，才会察觉到科学中美好的东西。

《论语》中说：“学而时习之，不亦说乎！”在这里，“习”是弄懂、精通的意思，“时”就是及时，“说”同“悦”，是高兴欢快的意思。这句话的意思是说：学了就及时弄懂，弄明白了，才高兴得起来。《论语》中的这段话与“格物致知”一样，是中国古代的一种教育思想的精华之处。

教科书坚持用事实说话。一切概念、规律都有实际事物做依据，概念和规律的引入都从生活、技术或实验中的实例出发，一切论述都合乎逻辑，不相信似是而非的说法，不与已有的认识相矛盾。为此，这套教科书比较强调逻辑的线索。前面已经举例。这些都是潜移默化的教育。这样做的目的不仅是让学生练习观察、实验及推理的能力，更是要使学生养成这样的习惯。

章前富有针对性的名人语录都能画龙点睛地在情感、态度及价值观方面起到很好的教育作用。例如第七章第4节，学过万有引力定律的应用后，适时引用李政道关于物理规律普适性的话语，第七章第1节，引用梁启超关于科学与艺术关系的见解，以及绪言“物理学与人类文明”引用的庄子的话，读起来都会使学生有震撼的感觉。

● 教材怎样强调科学技术与社会的联系？

“科学、技术、社会（STS）”是近20年来世界科学教育中的一个潮流，它强调的是科学技术与社会的关系，而不是科学在技术中的应用。这方面，编者做了很大的努力。例如，在第一章第5节学习速度时，介绍了车辆速度的提高与城市发展及军事思想的关系，在第七章第5节学习万有引力与航天时，让学生对某些国家打算将外层空间军事化的企图发表意见，在讨论伽利略、哥白尼的思想时把它们放到当时的社会大背景中去看，以及多处讨论了环境、资源等问题。这些都是为此做出的努力。

在涉及科学技术与社会的问题时，重要的是启发学生进行这方面的思考，鼓励他们发表自己的见解。不要求学生提出有很高价值的意见，更不宜过多地评论见解的对与错。

● 加强过程与方法的教学，强调科学探究，这都是必要的，但这样做增加了教学时间。应该怎样解决这个矛盾？

这仍然是考虑问题的出发点。三维课程目标是《纲要》和《课程标准》所要求的，是这次课程改革的精髓。无论教材编者还是教师、学生都要在落实三维课程目标上面下功夫，这是必须付出的代价。在过程与方法、情感态度价值观方面多花费了力量，留给解题操练的时间必然会少，这一点不必回避。有所得必有所失。关于这一点，《高中物理课程标准解读》中的以下一段话很能说明问题。

任何改革，包括现在进行的基础教育课程改革，都会以传统意义上的某种质量的“降低”为代价。五四运动是一次伟大的思想革命和文化革命。在提出“科学”与“民主”的同时，还提出了摒弃文言文、提倡白话文的主张。由此，我们今天六七十岁以下的人，要想写一篇文言文或者作一首古诗词之类的东西，真是不像样子了。会写文言文，会作古诗，会填古词，当然是一种优点。但是我们因此而在中小学语文课上去大讲“诗词格律”，大教青少年怎样作古诗、写古文，岂不就是缺点性的优点了吗！

其实，这套教科书也有一些要求比较高的问题。例如在第二章第4节，要求根据拍摄的照片估算照相机快门的曝光时间。说这类问题的要求比较高，是因为把这个实际问题转化为物理学的问题，不是很简单的，但它与常见的习题集中难以找到现实情境的古怪问题截然不同。我们的学生在把现实问题转化为物理问题，用学过的物理知识来处理，这方面的能力确实有待提高。

● 新课程要求教学具有一定的开放性，这套教材对此做了哪些努力？

教材中“说一说”“做一做”“课题研究”栏目大多是开放性的，并没有确定的要求。例如第三章第1节，在谈到电磁相互作用后，以“说一说”栏目提出了这样的问题：既然质子带正电，原子核中的质子应该互相推斥，但它们却紧紧地结合在一起，可能是什么原因？学生会猜想，可能有一种更强大的力使它们结合在一起，这为强相互作用的引入做了铺垫。但是也可能有的学生知道万有引力，因而认为万有引力使核子结合在一起。这样没有关系，我们要允许学生存疑，可以有模糊认识，学下去问题就解决了。存在这样的疑问反而会使后面的学习效果更好。又如，第四章第5节，大力士与别人“掰腕子”的问题，可能有多种不同的解释，都会有道理。没有关系，教师不要力求当个裁判员，裁定谁的解释正确，谁的不正确。生活中、科学中总会有一时不能解决的问题，有的甚至一生都找不到满意的答案，这样我们才会有一个不断提问的心境，我们的认识才能不断提高、深入。

上面说的例子是对学生个体的学习的开放性。这套教科书还注意了学科的开放性，即物理学尽管是成熟的科学，但它仍然不能为一切问题找出答案，旧的问题解决了，新的问题又提出了。例如在物理2必修的最后，“关于时间和空间到底是什么”关于黑洞的探索，以及最后的问题：“相对论和量子力学是哪一种更广泛理论的特殊情形呢？我们现在还不知道……”其目的都不在于让学生对这些问题有什么了解，不过是让学生感到，人类对真理的追求是无止境的。

此外，实验提出了多个案例，由学生依具体情况选择；书后推荐课外读物等，都是这套教科书为开放性教学所做的努力。

教科书的开放性涉及许多问题，其中教科书在课程中的角色应该如何定位？多年来，大家都有一种心理，认为课本上的每一句话（除星号内容和小字内容外）都应该学懂，课本外的任何知识在学生阶段都没必要深究。现在的课程理念则认为，课本与实验室、图书馆、报刊和电视等大众传媒、周围的人群等都是课程资源，课本只是其中之一。尽管课本十分重要，但它不是惟一的。也不要把课本奉为《圣经》。只有《课程标准》才是国家颁布的法规性的文件，教学的内容和要求应该以《课程标准》为准。

● 我们国家的经济文化发展很不平衡，各位学生的发展潜能、兴趣爱好也不相同。教材编者是怎样处理课程“弹性”的？

这要在两个层次上考虑。高中各科新课程的共同特点是它们的“选择性”和模块结构。物理课的共同必修内容只有两个模块，72课时。学完共同必修内容后，学生就可以选学不同特点的物理，而在此之后更可以决定是否继续学物理或学习哪种特点的物理。这些是在过去的《教学大纲》框架下所无法做到的。这种安排在根本上保证了“选择性”即“弹性”的实现。

从另一个层次上考虑，在物理课程内部，无论在必修模块还是在选修模块中，都有一些弹性教学内容。例如，“说一说”“做一做”，它们不是每个学生一定要做、必须要掌握的，学生和教师可以根据具体情况安排。

每册书的后面都介绍了若干课外读物，这也是过去的教材所没有的。学生可以根据自己的学习情况，以及所能找到的图书，选择阅读。

每册书都有“课题研究”，不同学校、不同学生也可以按照自己的情况灵活安排。

● “说一说”栏目与“思考与讨论”相近，“做一做”栏目与“实验”相近。为什么要设立不同名称的栏目？

“思考与讨论”“实验”“演示”都是教学中的必要环节，如果越过去，教学会难以继续。鉴于其重要性，教科书是以与正文同样大小的字排印的。

“说一说”“做一做”属于扩展性的教学内容，它们与“科学漫步”“科学足迹”“STS”等栏目一样，如果不学，虽然对充分实现课程目标会有妨碍，但不致影响教学的继续，可以根据学校和学生的具体情况安排。这些栏目是以较小的字排印的。

物理教学是科学课程的重要组成部分，它像一条历史的长河，继承传统与发展创新，是它的永恒课题。50多年来，新中国的科学课程进行了多次改革，这些改革凝聚了大批教育工作者的心血，构筑了中国基础教育不断前进的阶梯，是一笔宝贵的财富。

中国是一个大国。一个大国的教育创新不能没有广阔的国际视野；中国又是一个文明古国，一个文明古国的教育创新必须继承和发扬传统教育的精华。没有这两方面的努力就不能与时俱进。

因此，必须在中西方教育观念的撞击和中华民族教育观念的古今流变中，去观察和思考中国的教育创新问题：承华夏传统，纳四海文明。

就物理课程而言，这种观察和思考的结果是：课程目标应该全面反映时代对知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面的需求，有利于受教育者健全人格的养成；应该继承和发展“格物致知”的思想，重视科学探究；教学内容要注重基础性、体现时代性，还要为学习者提供选择的可能。

基于对课程改革的这种理解，编者根据《基础教育课程改革纲要（试行）》（以下简称《纲要》）的精神，按照《普通高中物理课程标准（实验）》的要求（以下简称《课程标准》），编写了这套高中物理教科书和教师教学用书。

在编写这套教材的过程中，编者不断学习《纲要》和《课程标准》，并力求把学习的心得体现在教材中。这里，编者就教材编写中对一些问题的考虑与教师们交流，并对这套教材的使用提出一些建议。

一、物理教学要落实三维的课程目标

《纲要》指出：《课程标准》是教材编写、教学、评估和考试命题的依据，是国家管理和评价课程的基础，它应体现国家对不同阶段的学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的基本要求。

在这里，《纲要》明确规定了课程的三维目标，把过程与方法、情感态度与价值观和知识与技能并列，这是对教育本质认识的一种飞跃。

物理学不仅以其概念、规律揭示了自然界基本运动的诸多真理，它还在建立这种知识体系的过程中发展了科学思想方法和研究方法，推动了科学的进步。不仅如此，它的知识和思想对人类活动的广阔领域都产生了影响，成为人类文化的重要组成部分，它的每一次重大成就，都改变了人们的自然观、世界观，成为人类思想和观念进步的伟大阶梯。

这就是说，物理学本身就是科学知识、科学过程与思维方法和科学价值观的统一体。三维课程目标乃是物理学的本质在物理课程中的反映。

科学知识是科学家们从事科学活动的成果。知识就是力量，也是物理教学的基础。但是，什么知识是重要的知识？例如，在牛顿运动定律的教学中，从“基本知识、基本技能”的课程目标出发，也许要说牛顿第二定律最重要，因为它在实际的生产、生活中应用广泛；在教学中能够解题，易于进行教学评价。然而，从三维培养目标来看，牛顿第一定律包含着极富成果的科学概念，如力、惯性、参考系等。正是它摧毁了旧观念的基础，引导牛顿时代的科学前辈以新的视角看待引力，从而令人信服地表明，天上与人间遵从同样的力学。它是牛顿物理学的基石。出于这样的考虑，这套教科书对于牛顿第一定律也做了比较多的讨论。今天，物理教学不应只让学生认识“题海”，而要帮助学生思考“科学”究竟是什么！

科学过程是科学家们从事科学活动的智力劳动过程。把科学过程和科学方法引入物理教学，能使学生有身临其境之感，而且能领略科学前辈的研究方法、科学思想、科学精神，得其精髓，有所借鉴。科学课程不应该忽视人类对科学认识的历史过程的教育，不应该让科学家们曲折顽强而又闪烁智慧的创造性思维和实践过程被公式和条文所遮盖。

科学文化是科学发展过程中，人与科学的相互作用、社会与科学的相互作用、技术与科学的相互作用形成的。科学意识、科学精神、科学的自然观和世界观、对于科学与社会及科学与人类命运关系的认识等等，均属于科学文化。从三维培养目标来看，教育不仅是知识和方法的传递，更是心灵的唤醒。所以，传播科学文化是科学课程必不可少的责任。

物理学是一门与自然、生活、技术、社会有着广泛联系的学科。我们有理由相信，坚持物理教学的三维培养目标，一定有助于物理课程重新焕发自己的魅力。

二、倡导自主学习，重视科学探究，实现教学方式的多样化

教学应该是师与生、生与生、师生与各种教学资源（包括教科书）之间互相交流的过程。学生应该直接接触多种教学资源，丰富和发展学习的内容，从而使学生真正成为学习的主人，进入自主学习的境界。为此，这套教科书安排了“思考与讨论”“实验”“演示”，以及“说一说”“做一做”等栏目，它们是实现学生自主学习的桥梁。每册书的后面都列有课外阅读的参考书目，教学参考书中也编选了比较丰富的多视角的辅助材料。正如费恩曼所说：“我们的责任是给未来的人们一双没有束缚的、自由的手”。

有鉴于此，物理教学应力戒枯燥呆板地罗列概念和公式，而应轻松活泼地展现科学思想发展的脉络，对学生产生强烈的吸引和激励。如此，学生们才可能真正地走向自主学习的大门。

为实现物理课程的三维目标，教学方式必须是多样化的。在学生自主学习的基础上，讨论式的教学就是可以采用的一种方式。例如，“伽利略对自由落体运动的研究”“万有引力与航天”等内容均可这样处理。

为了加强学生的探究活动，改变学生过多地被动式学习，提高学生自主获取知识的意识。《纲要》和《课程标准》十分重视教学中的科学探究活动。

科学课程中的科学探究，是让学生经过自己的探索获得知识与技能，体验其中的曲折与乐趣，体验科学思想和科学精神。与科学的结果相比，教学中的探究更重视的是科学过程，因为探究活动在教育中的主要作用在于播种一种行为，收获一种习惯。

科学探究与物理实验既有联系又有区别：从一个方面看，物理实验是某些科学探究的重要手段，但也有些探究不涉及实验；从另一方面看，科学研究中的许多物理实验，其目的是探索未知的规律，但也有些实验是为了验证已知的规律或用已知的规律进行某些测量。

因此，不能因为强调探究而忽视物理实验在物理课程中的独立地位。自然界是沉默不语的，它不会自动告诉人们掩藏在现象背后的本质、规律和内在联系。我们可以把实验看做人类与自然的“对话”，正是靠着这种对话，迫使自然做出回答，才能有所发现和收获。因此，一个学习科学的青少年，必须学习和掌握基本的实验规范和技能。同时，还应该认识到，实验是用理性分析来指导观察的方法，为了在实验的基础上建立物理定律，还需要逻辑推理，包括数学演算。一句话，实验和理性思维是不可分割的。

教学方式的多样化以及对其内在联系的探索与实践，是物理教学成功的重要因素。

三、“书本是科学的世界”和“世界是科学的书本”

物理教学应引导学生从身边熟悉的自然现象和生活现象中，探索和认识物理规律，并尽量把认识到的知识和研究方法与生活、生产中的应用联系起来，体会物理学在社会进步中的作用。这就是“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。

这一基本理念在教学实践中是有层次的。高中时，随着学生认知水平和能力的提高，应从更广阔的自然现象和生活现象入手，并力求取得普遍、准确、深刻的认识。在联系生产、生活中的科学应用方面，也应着眼于高新科技，跟上科技与社会的发展步伐。

从生活走向物理的一个重要含义是从常识走向科学。教科书第一章第3节“速度”中的“说一说”栏目，讲了一个人驾车超速的笑话。显然，主人公没有速度的科学概念，但她一定会有快慢的概念。可是，只有快慢而没有速度的概念，还会有物理学吗！

物理教学把常识之中的模糊之处提升到科学层次，与此同时，还要在这一过程中发展学生的科学思维能力。

对于科学家而言，一个科学问题就是他的一道“习题”。为了求解，他要调动已有的科学知识及科学方法。当他得到满意的解答时，他就创新了知识，而这种新知识的获得定会发展新的科学思想与方法。对于学习者而言，一道习题应该看做一个“科学问题”，像科学家那样去思考和探求，才能有所收获。

科学知识与科学思维互为刀和刃。没有刀，何来刃？没有刃的刀何用之有？

成功的教学不仅在于解决了学生们已有的问题，而且应该诱发出新的科学问题，哪怕是一些暂时不能解决的难题。例如，在自由落体运动教学之后，是否还可能诱发出一些，诸如“如此司空见惯的现象怎么会成为物理学研究的一个源头”“伽利略的成功对物理学有什么意义”“其他星球上的自由落体加速度可能是多少”“地球上的自由落体加速度有可能随白天和黑夜而异吗？如果真是这样，世界将会怎样”……这样，在学生们的面前，科学的大门开启了，探索真理的道路展现了，他们将会正确认识“书本是科学的世界”和“世界是科学的书本”的真正含义。

四、物理教学应该展现科学的人文价值

科学文化是求真求实，人文文化是求善求美。两者尽管形成的背景、关注的对象以及涵盖的内容有所不同，但在深层的价值取向上，则是沟通的、互补的。对此，有人把科学、人文社科、艺术比做三棱锥的三个面，认为“当人们站在它的不同侧面的底部时，他们之间相距很远，但当他们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了”。

科学是人的活动，它的目的又是为了人。因此科学必有广阔而深刻的人文背景。比如说，哥白尼何以能够在1543年出版《天体运行论》，迫使地心说寿终正寝呢？首先，在那个时代，文艺复兴的艺术繁荣已经在意大利萌发并扩展到全欧洲；马丁?路德向教会的权威发起了正面的冲击；哥伦布已经完成了划时代的远航……这一系列事件及其形成的思想解放的潮流，使人们的头脑超越了基督教艺术、哥伦布的眼光超越了欧洲，同样也使哥白尼的眼光超越了地球本身，把它视为宇宙空间中一个与其他天体相似的物体……

21世纪需要有真才实学、有文化底蕴的综合性人才。如果物理课程能够在一定程度上把人文文化与科学文化融合，在掌握科学知识的同时，受到科学与人文两种文化的熏陶，有所领悟，兴致勃勃，乐在其中地学习，这不就是真正有实效的素质教育吗？

教科书只是众多教学资源中的一部分。从教科书演变成实际教学的过程，其中有教师再创造的广阔空间。这将是展现教师对物理学的理解及对教育的理解的多彩舞台，也是师生情感交流、智力交锋的轻松和谐的场所。通过这种富含智力与非智力因素的教学活动，使固化在书本中的内容在学生的心中和手中活起来……这是教师的光荣使命。

1．能量概念的引入

在以往的诸多教材中，一般是先定义功的概念及其表达式，然后说“一个物体能对外做功，就说它具有能”。接着举例说明，做功伴随着能量的变化，因而得出“功是能量变化的量度”。这种讲法给人的印象是：定义功是为了定义能，先有功的概念，才会有能的概念。

但是在物理学中，能量并不是由功定义的。能量的概念是在人类追寻“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的。能量概念之所以重要，就是因为它是一个守恒量。守恒关系是自然中十分重要的关系，从中学开始加强学生对守恒关系的认识是有益的，因为它是极为重要的研究方向。根据这种认识，本书把守恒思想的提出放到了具体的概念之前，即从追寻守恒量出发引入能量概念，并把这种物理思想渗透在能量学习的全过程。

2．功能关系的讨论

功的概念起源于早期工业革命的需要。当时的工程师们需要一个比较蒸汽机效益的办法。在实践中大家逐渐同意用机器举起的物体的重量与高度之积来量度机器的输出，并称之为功。19世纪初，法国科学家科里奥利明确地把作用力和受力点沿力的方向的位移的乘积叫做“运动的功”。当功和能量这两个概念在具体的物理过程中“汇合”之时，人们才进了一大步，认识到“功的重要意义在于它可以决定能量的变化，因而为研究能量转化过程奠定了定量分析的基础”。这是今天的物理学总把“功”和“能”捆绑在一起的原因。

功和能量在哪些物理过程中“汇合”了呢？重力做功和重力势能的变化过程就是一个典型事例。本书就是从这里开始，讨论功和能的关系的。这既是一种教学思路，也是一种科学思维之路，因而对培养学生的逻辑思维能力和研究方法是有益的。

在重力做功与重力势能关系的讨论中，认真分析了W G与路径无关的问题。这是希望有助于学生形成严肃认真的科学态度。我们不是鼓励学生质疑吗？如果物体从A至B，不同路径下W G不同，E P还有意义吗？物理教学应培养“追根问底”的思维习惯，“自圆其说”应是最起码的要求。

3．探究弹性势能

科学探究在于通过学生自主的探索行为，变未知为已知。其中是否会有实验，不是本质特征。关于弹性势能表达式的探究，就不含实验。

这一探究活动意在检验以下两点：第一，既然已经知道功可能是能量变化的量度，而且重力势能的表达式确实是通过重力做功的分析得出的，那么能否想到弹性势能的表达式有可能通过弹力做功的分析而得出；

第二，是否从前面利用极限思想的实例中受到启发而产生认知的迁移。对的计算则无任何要求。

4．动能定理的探究

探究功与物体速度变化的关系，是企图通过实验，利用已经从个案中有所领悟的功能关系，探究另一种能量——动能的表达式。因为动能与速度相关是动能的基本特征，而这一点已在第一节中就明确了。

但是，这一实验探究最多只能得到E k与物体的v2成正比，并不能得出E k的表达式，因此功与速度变化关系的测量只是达到目的的一个桥梁。

实验并不可能解决一切问题，因此有必要将前述探究的思路转换成一个理论性研究课题，即质量为m的物体，在恒力F的作用下发生了一段位移l，并且速度由v1变为v2，试研究在这一过程中，力对物体的功与物体速度变化的关系。

从研究结果中可以看出：第一，式中的与v相关，因而与动能E k相关，且与v2成正比也与上面的探究相一致；第二，始末两态的之差与力的功W相等，因而与前面个案研究相一致，即功是它的变化的量度。至此，我们可以定义，并且得到W=E k2-E k1。

5．机械能守恒定律

本教材在得到机械能守恒关系时，没有涉及E p和E k的具体表达式，因而更具普遍意义。

验证机械能守恒定律的实验采用了不给步骤给思路，同时进行难点提示的写法。

在前面的实验中，测速度时都是用两点间的平均速度代表其中某点的瞬时速度，在第九节证明了“做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于与它相邻的两点间的平均速度”。前面没有使用这种方法，目的是使学生更多地通过实验认识瞬时速度，同时也是为了避免盲目追求精确度的倾向。在过去的教学中，这个结论是以一个习题的形式出现的，这里做了正式的证明。这也是为了给学生加深这样的印象：无论做什么事情，采用一种新的方法，必须有可靠的根据，不能草率从事。

6．能量守恒定律与能源

本章第十节简述了发现能量守恒定律的历史，基本思想是：能量守恒定律的发现不是偶然的，它是人类对自然认识发展到一定阶段的产物；除了物理学外，别的学科对能量守恒定律的发现也有贡献。

本节还谈到了能量转化和能量转移的方向性。过去的中学物理课程不涉及这个问题，新课程更多地与社会实际相联系，因此对能源问题做了讨论，而研究能源，从物理学的角度看自然要谈宏观过程的方向性。在必修模块中这只是简单地提一提，如果学生继续学习物理，在选修1－2和选修3－3中还有深入一些的讨论。

课时分配建议

本章可以分成三个单元。

第一单元第1节追寻守恒量1课时

第二单元第2节功1课时

第3节功率1课时

第三单元第4节重力势能1课时

第5节探究弹性势能的表达式1课时

第6节探究功与物体速度变化的关系2课时

第7节动能和动能定理1课时

第8节机械能守恒定律1课时

第9节实验：验证机械能守恒定律2课时

第10 节能量守恒定律与能源1课时

1 追寻守恒量

能量概念的形成和发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相连的。能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化不是没有规律的，基本的规律就是守恒定律。也就是说:一切运动变化无论属于什么运动形式，反映什么样的物质特性，都要满足一定的守恒定律。这一节是从一个较高的角度，给学生一种观点，并希望学生在今后的学习中从这一高度去认识问题。

机械能守恒定律是在人们认识到动能和势能的具体形式，以及探索了它们之间能以一定的数量关系相互转化之后建立起来的。

“追寻守恒量”一节，主要是使学生了解守恒思想的重要性。在物理学的发展过程中，能量的概念几乎是与人类对能量守恒的认识同步发展起来的，能量的概念之所以重要，就是因为它是个守恒量。守恒关系是自然界中十分重要的一类关系。“机械能守恒”这个词学生并不陌生，但是让学生说出自己对它的认识又不是一件容易的事。在教学中可以让学生先自己阅读教材，提出一些问题，例如：什么叫守恒？教材中说：在牛顿之前，伽利略的斜面理想实验已经显现了能量及其守恒的思想，这个实验中什么是不变的？使学生观察，当小球沿A斜面从h高处由静止滚下时，小球的高度不断减少，而速度不断增大，这说明小球凭借其位置而具有的能量不断减少，而由于运动而具有的能量不断增大。当小球从斜面底沿另一个斜面B向上滚时，小球的位置不断升高，而速度不断减小，说明小球凭借位置而具有的能量不断增加，由于运动而具有的能量逐渐减少。如果斜面是光滑的，当小球到达B斜面的h高度时，速度为零，小球好像“记得”自己起始的高度。

教师除了演示斜面的实验以外，还可以演示滚摆实验和单摆实验，同时说明：在运动过程中物体的动能和势能是可以相互转化的，如果没有摩擦和介质阻力，物体好像“记得”自己初始的高度，即某一量是守恒的。

根据这一示例，请学生自己再举出生活中的事例，例如，游乐园中的海盗船，如果没有摩擦和空气阻力，船在摇摆时都能达到一定的高度。这说明，将实际生活中的问题理想化后，确实存在着某一物理量是不变的。

2 功

（1）功的概念的建立

“功”是本章中非常重要的一节。就本章的知识结构来说，功是为进一步得出“能”这个更为广泛、更为重要的概念服务的。做功过程反映了能量的变化过程。因此，只有准确认识“功”这节内容在整个教材体系中的地位，才能很好地把握教学要求和深广度。本节是初中学习的继续和提高。

在该节中介绍了做功两个不可缺少的因素和功的计算公式。对“功是能量转化的量度”这一物理意义不是一下子给出的，而是在研究功和能的关系时逐渐使学生认识的。教师在教学中有意识地一步一步地引导，使学生逐步理解。

图5－1

在教学中可以让学生回忆和复习初中已学过的功的概念，让学生举例说明什么是做功，做功的过程需满足什么条件。例如，学生会举出起重机在吊起货物向上运动时对物体做功了；汽车在平直公路上前进，发动机的牵引力对汽车做功了等等。举例过程中教师应强调做功是指谁对谁做功，进而提问：在第一个例子中，如果起重机提着货物静止不动，拉力对货物是否做功了？如果提着货物水平运动，拉力是否做功了？第二个例子中，汽车的重力是否做功了？地面对汽车的支持力是否做功了？等等。通过学生举例的过程，使学生逐渐回忆起在初中学习过的做功的两个不可缺少的因素，即力和物体在力的方向上的位移。做功的力和位移在同一方向时功的公式Ｗ＝Fl。如果力与位移的夹角是90°，力对物体不做功。

这时教师再提出如果力F与位移s的夹角不是0°也不是90°，而是任意的角度，力对物体是否做功？使学生在这样的矛盾冲突中展开讨论。教材中给出的方法是将F分解Fsinα和Fcosα，由于分力Fsinα与位移s是垂直的，故不做功，而Fcosα与s的夹角为0°，故做功为W＝Fscosα，进而得出功的公式。

得出公式W＝Fscosα后，仍应引导学生进行讨论，使学生理解什么情况下力F做功，什么情况下力F不做功，与前面所说的功的两个不可缺少的因素相呼应。

对于基础较好的学生，在教学中应活跃和开阔他们的思路，可以介绍另一种方法，即把位移ｓ分解，分解成平行于和垂直于力F的分位移scosα和ssinα，同样可以得出Ｗ＝Fscosα。

（2）对功的公式的理解

①公式的适用条件：公式W＝Fscosα并不是普遍适用的，它只适用于大小和方向均不变的恒力做功。这一点教材上没有提及，但必须向学生指出。我们可以举一个实例来说明这一点。例如：如图5－2所示，被压缩的弹簧将物体弹出的过程中，弹力所做的功，就是变力做图5－2功，力F的大小时刻在变化，这时W＝Fscosα就不适用了。

图5－2

在以前的学习中，例如，在讲到变速运动的位移时，就已经渗透了积分的思想，对有余力的学生，可以启发他们自己去探索求变力做功的方法。

图5－3

例如：如图5－3所示，一个物体在变力作用下做曲线运动，由O点运动到O′点，我们可以把曲线分成很多小段，如图中AB小段、CD小段等，每小段都足够小，可认为是直线，且力的变化很小，可以认为是恒定的。这样，对每小段来说，就可以用W＝Fscosα计算功，所以求变力做功的方法是：把物体通过各个小段所做的功加在一起，就等于变力在整个过程中所做的功。

②公式中各字母的正负取值：F和s分别指“力的大小”和“位移的大小”，即公式中Ｆ和ｓ恒取正值。公式应写作Ｗ＝∣F∣·∣s∣cosα。Ｗ是可正可负的。从公式容易看出，Ｗ的正负完全决定于cosα的正负，也就是α的大小。不过Ｗ的正负并不表示功有方向。cosα＞0意味着力F对物体产生位移有一定的贡献。cosα＜0时，F对物体产生的位移起着阻碍作用，所做的是负功。这时，物体要继续产生位移，必须克服力F的阻碍，可以说成力F对物体做负功，也可以表达为物体克服力F做功。

③功是标量，没有方向：关于功不是矢量、没有方向，学生不容易接受。可以给学生举一些实例帮助学生理解。例如：在光滑水平面上，物体受两个沿水平方向、互相垂直的大小分别为3N和4N的恒力，从静止开始运动10m，求每个力做的功和合力做的总功。

解：合力，合力方向即合位移方向容易求得与3N的力夹角为53°，与4N的力夹角为37°，

所以W1＝F1scosα1＝3×10×cos53°J＝18J

W2＝F2scosα2＝4×10×cos37°J＝32J

W合＝5×10×cos0°＝50J＝W1＋W2≠

可见，功的合成不符合平行四边形定则。所以，我们不能说“正功与负功方向相反”，正功和负功仅表示不同做功的效果。

④关于参考系问题：为了防止学生在计算功和后面运用功能定理时滥用相对位移和相对速度造成错误，有必要在此就向学生点穿参考系问题。

学生早已知道，同一个客观的运动，相对于不同的参考系，位移ｓ是不同的，因此对不同的参考系，同一过程中算出的功也会不同。为了避免这种“不确定性”，一般在中学物理中我们约定，计算功都以地面为参考系，而不随便取其他物体为参考系。当然作为教师应该明白，如果选取其他惯性系为参照，尽管求出的功值不同，但只要速度也用相对于同一个惯性系的，用动能定理求出的结果总是正确的。但如果参考系不是惯性系，那么必须考虑惯性力做功，不考虑惯性力做功的“动能定理”是错误的。

⑤关于α角的含义和取值范围：α角是“力的方向和位移方向的夹角”，而不是题目中的某一个以α命名的角。这个问题可以结合教材中的问题与练习的第1题，来提醒学生注意。

⑥功与物体的运动状态及运动形式无关：力对物体做功，只跟力的大小、位移的大小以及两者的夹角有关，而与物体受力后通过这段位移做什么运动无关。同时应注意F与s必须具备同时性，即s必须是力F作用过程中物体的位移。如果力消失后物体继续运动，力所做的功，就只跟力作用的那段位移有关，跟其余的位移无关。

⑦关于公式中s的确切含义：功的公式中s的含义是最众说纷纭的。本教材中指出s是“物体位移的大小”。因为高中阶段研究的是质点，所以物体的位移与“受力作用的质点”的位移是一致的，所以不必作这方面的展开讨论。但是，对于一些有余力的学生，也可进一步讨论。

3 功率

（1）建立功率概念的方法

功率是说明力做功快慢的物理量。功率的定义、公式、单位等，在初中已经学过，教学中可通过一些实际问题让学生回忆，举例说明做功有快慢之分。例如两个机械甲和乙，甲机械4s做功2×104J，乙机械2s做功1．5×104J，请学生比较两个机械做功的快慢程度。学生会体会到凡描述快慢的物理量，一定跟时间有关。例如：描述物体运动快慢的物理量是位移与发生这段位移所用时间的比。描述速度变化快慢的物理量是速度的变化量与完成这一变化量所用的时间之比。功率是描述力对物体做功快慢的物理量，因此应为力对物体所做的功与完成这些功所用的时间之比。与速度、加速度的定义方式相比较，虽然它们研究的是不同性质的问题，但是研究方法是相同的，物理学中有很多物理量都是用比值的方法来定义的。

在日常生活中，我们经常说某台机械的功率，或某物体做功的功率。实际上功率是指某一个力对物体做功的功率。例如：汽车的功率就是汽车牵引力的功率，起重机吊起货物的功率就是钢绳拉力的功率。

（2）额定功率和实际功率

额定功率这一概念日常生活中经常用到，如各种家用电器的铭牌上都标有额定功率的值，这是指机器正常工作时的最大输出功率。但是机器在实际工作时不一定是在额定功率下工作，实际功率一般总小于或等于额定功率。如果机器长时间在大于额定功率下工作，机械会被损坏。本节在做一做栏目中要求学生调查自己周围的各种机械，看看这些机械的功率与它们的体积和耗油量有没有关系，或者收集各种说明书，了解一些机械的功率，并能了解到功率的大小与它们的效能之间的某种关系。虽然在教学中这一栏目没有做硬性要求，但是，这是使学生观察自己身边事物和参加社会实践活动的好机会，所以教师应抓住机会，激发学生的学习兴趣，调动学生参与的积极性。

（3）平均功率与瞬时功率

即使是同一个力对物体做功，做功的功率也可能是有变化的，在一段时间内力对物体做功的功率，实际上就是这段时间内力对物体做功的平均功率。得出P＝Fv后，指出当v为平均速度，则P就为平均功率，学生对这个问题的理解是比较容易的。关于瞬时功率，教材没有做特别的要求，而是设置在“做一做”栏目中，

对于基础较好的学生能够顺着栏目中提示的思路推出：当Δt很短时，，而这时v是瞬时速

度，所以P就是瞬时功率。极限的思想在讲瞬时速度时有所渗透，在此学生可能仍不是很理解，但已经不感到陌生了。

（4）汽车牵引力与速度的关系

在很多教学参考书中，都讨论汽车发动机在额定功率下起动的问题，并且有大量的习题。本教材回避了这个问题，原因是这一起动方式不符合实际，具体各种发动机采取什么方式起动，对此感兴趣的学生可以当做一个课题进行调查或社会实践，也可参考本章后的参考资料。

对于P＝Fv的应用，教材后的问题与练习安排了第3小题，供学生讨论。它可以使学生体会到，物理问题的分析与数学问题不同，简单地套用公式就会得到自相矛盾的结果。在分析过程中应注意，功率一定的条件下，根据P＝Fv讨论牵引力F与速度v的关系，在速度v不断变化时，加速度又是怎么变化的等等。在问题情景中培养学生分析问题和解决问题的能力。

4 重力势能

（1）重力势能概念的建立

与过去教材相比，本书分析了重力做功与路径无关的问题。教材通过物体从A点到B点的不同路径的计算，得出重力对物体所做的功只跟起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关的结论。学生对5．4－1和5．4－2两个路径计算重力的功并不困难，但是要使学生真正认识到这一点，仍然要学生亲自动手算一算这两种情况下重力对物体做了多少功。对于物体沿任意曲线运动的情况，又一次用到了极限的思想。在有了以前求变速运动的位移的学习经历之后，学生对极限的方法会有一定的印象。该处仍只要求学生能“跟”来，并不要求学生自己去重复。因为这里主要强调的是科学方法，让学生看到，我们可以站在更高的角度去处理问题。

正是因为重力做功有这样的特点，才引入重力势能的概念，对这一点学生会感觉比较困难。这一认知是逐渐建立起来的，在这里要求不宜过高。教师可以帮助学生回忆，在“追寻守恒量”一节中，给出了势能的定义，“物体势能是物体凭借其位置而具有的能量。”启发学生思考，请学生说一说重力势能应该与哪些物

理量有关。经过讨论，学生会得出，重力势能应跟物体在地球的相对位置有关，还应与物体受到的重力有关。然后让学生体会教材中所写的“看起来，物体所受的重力mg与它所处位置的高度的乘积mgh，是一个有特殊意义的物理量。”它的特殊意义在于，它一方面与重力所做的功密切相关，另一方面它随着高度的变化而变化，它恰恰是我们要寻找的重力势能的表达式。

与以前教材不同的是，该教材没有生硬地给出“功是能量变化的量度”，而是在探究重力做功、探究弹簧的拉力做功和探究功与物体速度变化关系的过程中，不断渗透这一思想的。

（2）重力做功与重力势能的变化的关系

教材中给出了图5．4－4和图5．4－5，可以根据这一问题情景，编制具体的问题，让学生算一算，重力做功与重力势能变化的关系。例如：起重机吊起的重物匀速上升、加速上升、减速上升时重力做的功与重力势能的变化的关系；起重机吊起的重物匀速下降、加速下降和减速下降时重力做的功与重力势能变化之间的关系。这样可以使学生体会到，物体向上运动，重力做负功，重力势能增加；重力做了多少功，重力势能就增加多少。物体向下运动，重力做正功，重力势能减少；重力做了多少功，重力势能就减少多少。

对学习基础较好的学生，一定要让他思考“说一说”栏目中的问题。可以拿重力做功与摩擦力做功相比较，从而使学生理解，正是因为重力做功与路径无关，才引入了重力势能的概念，对于摩擦力不能引入相应的摩擦力势能。

（3）重力势能

①重力势能是状态量、是标量由重力势能的定义可知，重力势能与物体与地球的相对位置有关。物体的位置发生变化了，物体的重力势能就变化，所以势能是状态量。它的变化量与重力所做的功相对应，所以是标量，其单位与功的单位相同，都是焦耳。

②重力势能具有相对性如果计算放在桌子上的物体具有多大的重力势能，可能不同的人算出的结果不同。这是因为，不同的人选择了不同的水平面做参考，在这个标准面上的物体的重力势能就为零；物体在这个参考面以上，重力势能就为某一正值；物体在这个参考面以下，重力势能就为某一负值。重力势能的大小与零势能面的位置有关，而这个参考面可以任意规定，所以重力势能具有相对性。一般以解决问题时简便为原则来选取零势能面。

③重力势能属于物体和地球组成的系统重力是地球与物体相互吸引而引起的，如果没有地球对物体的吸引，就谈不上重力做功和重力势能，因此物体所在的高度是物体同地球组成的系统内部的相对位置变化结果的表现，所以重力势能是这个系统的。平常所说的“物体”的重力势能，只是一种习惯简化的说法。

5 探究弹性势能的表达式

探究是通过学生自己的探索活动，变未知为已知的学习过程。探究的目的是开发学生的创造潜能，启发学生的思维，使学生参与到教与学的活动中去。学生在自己思考的前提下，设计自己的探究方案。这个方案可以包含实验，也可以不包含实验。“探究弹性势能的表达式”就是一个不包含实验的探究。

（1）如何研究拉力的功