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新课标高中物理教材3-1、3-2教材分析和教学建议 课程教材研究所 人民教育出版社 物理室 谷雅慧 guyh@ 2007.7 共同必修——物理1、物理2：这是全体高中学生的共同学习内容。 物理1：运动描述、相互作用与运动规律 物理2：机械能和能源、抛体运动与圆周运动、经典力学的成就与局限性 选修系列：选1系列、选2系列、选3系列 选修1系列 选修1-1：电磁现象与规律、电磁技术与社会发展、 家用电器与日常生活 选修1-2：热现象与规律、热与生活、能源与社会发展 选修2系列 选修2-1：电路与电工、电磁波与信息技术 选修2-2：力与机械、热与热机 选修2-3：光与光学仪器、原子结构与核技术 选修3系列 选修3-1：电场、电路、磁场 选修3-2：电磁感应、交变电流、传感器 选修3-3：分子动理论与统计思想、固体、液体 与气体、热力学定律与能量守恒、能源 与可持续发展 选修3-4：机械振动与机械波、电磁振荡与电磁 波、光、相对论 选修3-5：碰撞与动量守恒、原子结构、原子核、 波粒二象性 这章的第1节给出了验电器和静电计的照片。静电计实际上就是具有导电外壳的验电器。静电计的外壳与中间的金属杆构成了一个电容器，它们是电容器的两个极板。与验电器一样，指针（或金属箔）张开的大小表示带电的多少；对于电容器来说，带电多少正比于两板的电势差，所以当它们分别与两个导体相连时，可以由静电计指针的张角判断它们的电势差。外壳是否接地对于显示电势差没有影响，但有时可以增加实验现象的稳定性。 由于静电计这个“电容器”的两个极板太简陋，受外界影响太大，极板间的电势差与板上电荷量的关系比较复杂，所以静电计只能用来定性地估计电势差。  科学定律的建立需要实验事实，也需要归纳，但不一定符合“大量数据—→归纳—→结论”这样简单的模式。科学家以广泛的知识和深刻的洞察力为基础进行的猜想，才是最有创造力的思维活动。 在18世纪中叶，库仑定律发现的前夕，对万有引力的研究已经相当深入，人们已经知道了反平方力的各种表现，例如，把质点放到均匀物质球壳中的任何一点，球壳对它的引力都是零。18世纪60年代，富兰克林做了一个实验：把一个带电的软木球吊在带电的罐头盒中，软木球不受任何力的作用。另一位物理学家爱普里斯特利据此猜测静电力也与万有引力一样具有反平方的性质。这里只能说是猜测，因为实验条件并不一样：罐头盒并不是均匀带电的球壳。在此同时，还有其他人由于不同事实的启发，也在推测静电力的反平方规律。 库仑是在这样的背景下进行他的扭秤实验的。也就是说，实验前他已经对结果有了预测。现代人看他的原始资料，实验数据与反平方规律之间有很大的差距，根据这样的数据写出静电力的表达式，的确需要“勇气”。 出于这样的考虑，教科书用的语言是，库仑“通过研究确认”了现在周知的库仑定律。 以现代物理学的观点看，场是一种物质，但以数学的观点看，如果某量是空间各点的函数，这个空间也可以定义为一个场。例如，某空间区域的各点都对应一个矢量，那么这个空间就是一个矢量场。这个矢量场可以不涉及任何物质实体。 定义电场的思路是这样的：在一个电荷附近的任何一点，检验电荷会受力，力与电荷量的比值与电荷量无关，说明比值反映了空间的某种性质，于是就定义了电场。这样定义的电场，可能是一种物质实体，也可能根本就是一个数学工具，我们无法区分。因此，在这里可以提一提电场的物质性，不必强调。我们没有说服学生的理由，过于强求反而给人不说理的印象。只有在变化的电磁场中，也就是在研究了电磁波的能量流动，特别是研究了电磁波的动量之后，我们才有充分的理由说，电磁场是一种物质。 第三章关于磁场的物质性也是这样处理的。 各种势能都是空间点的函数，即一个点对应一个确定的值，如果做不到，就不可能定义某种势能。例如，在有摩擦的平面上把一个物体从基点O移到某点A，沿不同路径运动时摩擦力做的功不一样，这种情况下就不能在A点定义所谓的“摩擦势能”。分析某种力做功的特点，就能知道是否“一个点对应一个确定的（势能）值”。强调这些，目的是使学生对于势能有个清晰的认识。学习重力势能时教科书这样做了，学习电势能时还要这样做。教科书在这里以自己的行动渗透了科学态度的教育：说话、做事要讲道理，要合乎逻辑。 有这样一个疑问：分析静电力做功的特点要用掉一些时间，尽管这样有利于科学方法和科学态度的教育，但是会不会影响学生解题的训练？ 其实两者可以兼顾。分析