物理选修31.docx

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物理选修31

选修3-1

一、教学目标

物理学有自己的实验基础和逻辑结构，有广泛的技术应用，它是人类文化的重要组成部分，它的发展深刻地影响着人类的生产和生活方式。

本模块针对理工发展方向的学生设计，学生将在本模块中比较全面地学习物理学及其技术应用，了解它与社会发展以及人类文化的互动作用。

场是除实物以外物质存有的另一种形式。

学生将通过电场和磁场的学习加深对于世界的物质性和物质运动的多样性的理解。

本模块中的概念和规律是进一步学习物理学的基础，是高中物理核心内容的一部分。

电磁学的研究成果及其技术应用改变了人类的生活。

现代生活中处处都会遇到电的知识。

本模块对于进一步学习科学技术是非常重要的。

二、教学指导

第一章静电场

（一）课程标准内容

1.了解静电现象及其在生活和生产中的应用；用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。

2.知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法；知道两个点电荷间相互作用的规律；通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。

3.了解静电场，初步了解场是物质存有的形式之一；理解电场强度；会用电场线描述电场。

4.知道电势能、电势，理解电势差；了解电势差与电场强度的关系。

5.观察常见电容器的构造，了解电容器的电容；举例说明电容器在技术中的应用。

（二）教学要求

第一节电荷及其守恒定律

基本要求

1.知道电荷的种类和电荷相互作用的规律。

2.了解原子呈电中性的原因。

3.了解摩擦起电、感应起电等现象，知道摩擦起电和感应起电的本质是电子的转移。

4.理解电荷守恒定律。

5.知道电荷量概念及其单位，知道元电荷的值。

较高要求

1.了解摩擦起电和感应起电的异同。

2.能使用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象。

说明

1.不要求了解正、负电子湮灭现象和光子概念。

2.不要求识记电子的比荷。

第二节库仑定律

基本要求

1.知道库仑定律的内容及适用条件，会用库仑定律实行简单的计算。

2.了解点电荷的概念，体会科学研究中的理想模型方法。

3.通过对比库仑定律和万有引力定律，了解自然规律的多样性和统一性。

较高要求

了解库仑扭秤实验及其所蕴含的设计思想。

说明

1.利用库仑定律公式求解静力学问题，只限于所受各力在同一直线上或可使用直角三角形知识求解的情形。

2.利用库仑定律公式与其他动力学规律求解力学与电学综合的问题，只要求所受各力在同一直线上的情形。

第三节电场强度

基本要求

1.知道电场是电荷周围存有的一种特殊物质，知道电荷之间的相互作用是通过电场发生的。

2.了解试探电荷的作用，理解对试探电荷量和试探电荷尺寸的要求。

3.理解电场强度，知道它的定义式及单位。

4.了解点电荷周围的电场分布，会用点电荷的场强公式实行相关计算。

5.理解匀强电场的特点。

6.了解电场线的作用和特点，能大致描绘典型电场的电场线。

较高要求

1.经历场强概念建立的过程，进一步理解用比值定义物理量的方法。

2.会解决简单的两个电场的叠加问题。

说明

1.不要求了解电磁场的产生机理，本节不要求了解电磁场。

2.两个电场叠加的定量运算，仅限于在同一直线上或可用直角三角形知识解决的情形。

第四节电势能和电势

基本要求

1.了解静电力做功的特点。

2.知道电势能的概念。

3.掌握静电力做功与电势能变化的关系。

4.知道电势是描述电场性质的物理量，了解电势概念及单位，知道它的定义式，理解

与

、

无关。

5.理解电场线的方向与电势高、低之间的关系。

6.了解等势面的概念。

较高要求

1.理解电场线方向与等势面的关系。

2.经历电势能概念引入的过程，体会类比方法的应用。

3.知道电势（电势能）的相对性，并会选择合适的零电势（电势能）点。

知道电势是标量，知道正、负电势的意义。

4.了解单个点电荷电场与匀强电场的等势面形状。

说明

不要求用等势面去推断电场的强弱和方向。

第五节电势差

基本要求

1.知道电势差就是电压，理解电势差的概念。

2.知道电势差与电场力做功的关系式，并会用这个公式来实行计算。

3.理解电势差正、负值的意义。

较高要求

理解电势差与电势零点的选择无关。

第六节电势差与电场强度的关系

基本要求

掌握匀强电场中场强与电势差的关系式，知道1V/m=1N/C。

较高要求

知道电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势。

说明

不要求知道电场强度的方向就是电势降低最快的方向。

第七节静电现象的应用

基本要求

1.了解静电平衡的概念。

2.知道处于静电平衡的导体上电荷分布的特点。

3.知道静电平衡的导体表面是一个等势面，整个导体是一个等势体。

4.知道处于静电平衡的导体腔内场强为零。

5.了解尖端放电现象和避雷针的工作原理，了解金属壳的静电屏蔽作用及其应用。

较高要求

应用尖端放电、静电屏蔽的相关知识解释简单的现象。

说明

1.不要求计算感应电荷的场强和静电力。

2.不要求应用“处于静电平衡的导体是一个等势体”的知识解决相关问题。

第八节电容器的电容

基本要求

1.了解常见电容器的外形、结构和符号。

2.知道电容器是储存电荷和电场能的装置。

3.了解电容器的充、放电过程。

4.理解电容器电容的意义，知道其单位，并会用电容定义式实行计算。

5.了解影响平行板电容器电容的相关因素。

较高要求

1.经历影响平行板电容器电容因素的探究过程，体会其中蕴含的控制变量等思想方法。

2.了解电容器击穿电压的概念。

说明

不要求应用电容器电容的决定式实行计算。

第九节带电粒子在电场中的运动

基本要求

1.知道利用电场能够改变或控制带电粒子的运动。

2.知道电场对带电粒子运动的控制有加速和偏转两种形式。

3.知道带电粒子在匀强电场中偏转的特点。

较高要求

1.理解并掌握带电粒子在电场中加速运动的规律。

2.理解并掌握带电粒子在匀强电场中偏转运动的规律。

3.了解示波管的基本原理。

说明

1.示波管问题的分析与计算不涉及两个偏转电极同时加电压的情形。

2.解决带电粒子偏转运动问题只限于垂直电场方向入射且偏转电极加恒定电压的情形。

（三）教学建议

1.课时建议

第一章课时分配建议

1.电荷及其守恒定律

1课时

2.库仑定律

1课时

3.电场强度

2课时

4.电势能和电势

2课时

5.电势差

1课时

6.电势差与电场强度的关系

1课时

7.静电现象的应用

1课时

8.电容器的电容

1课时

9.带电粒子在电场中的运动

2课时

复习评估

1课时

2．教法建议

（1）教科书利用原子结构理论解释了摩擦起电和感应起电过程，为电荷守恒定律奠定了基础。

讲授这部分内容，要利用实验显示摩擦起电和感应起电现象，并引导学生应用电荷相互作用、电子转移等知识实行解释，使学生理解到物体起电的过程，是不同物体之间或同一物体不同部位之间电子转移的过程，而不是电荷创生和消失的过程，从而更好地理解电荷守恒定律。

应向学生指出，无论是物理过程还是化学过程，无论是从宏观上看还是从微观上看，电荷守恒定律都是成立的。

（2）要重视库仑定律教学中的科学探究。

首先，理应让学生通过教科书图1.2-1实验现象的感知，对电荷之间相互作用力的影响因素做出合理的猜测：

可能跟电荷量相关，可能跟电荷之间的距离相关，也可能跟带电体的形状相关，还可能跟电荷周围的介质相关，等等。

为了使研究简化，先考虑真空环境、带电体形状不起影响的情形。

这样就为理解库仑定律的条件起到铺垫的作用。

然后，介绍库仑的扭秤实验，应使学生具体地了解，库仑是怎样解决电荷作用力很小、没有精密的测量器具、不知如何测量电荷量、甚至连电荷量的单位都没有等困难的，引导学生鉴赏库仑探究过程中的实验设计之美，从而增强崇尚科学、追求科学的情感。

教师还能够引导学生将万有引力定律和库仑定律实行比较，协助学生体会自然规律的多样性和统一性。

（3）电场是一个抽象的概念，它看不到，摸不着。

理应借助实验和比喻，协助学生理解电场的作用。

可结合教科书图1.3-1，使学生理解到：

电荷之间的相互作用并不是通过直接接触发生的，而是通过电场这种特殊的物质来传递的。

具体地说，一个电荷是以自己产生的电场为中介与另一个电荷发生作用。

（4）试探电荷是一个理想化模型，用试探电荷量度电场性质的操作仅仅在思想中实行，所以其实质是一个理想化实验。

教学中应从试探电荷对原来电场的影响尽可能小，以及使检测尽可能精确，让学生理解对试探电荷的电荷量和尺寸的要求。

（5）电场强度是一个比较抽象的物理概念，学生较难理解为什么要用比值F/q来定义电场强度。

教学中应以点电荷的电场为例，将试探电荷放入电场的不同位置实行探测，使学生看到，在电场内的同一点，不同的试探电荷受到的电场力不同，但比值F/q相同。

在电场内不同的点，同一试探电荷的比值F/q一般不同。

因为电场力F的大小并非仅仅由电场本身决定，而是由电场强弱和受力电荷的电荷量共同决定，所以F不能用来作为描述电场强弱的物理量，而比值F/q则仅由电场本身决定，可用比值F/q作为描述电场强弱的物理量。

（6）因为学生在初中学过磁感线，所以，在电场线教学时，可先让学生回顾一下磁感线，协助学生将磁感线的相关知识迁移到电场线上。

对于一些典型的电场，可让学生先根据电场的特点，尝试画出电场线，再给出模拟实验的结果和准确的画法。

教学中还应向学生指出：

如果空间有多个场源电荷，则电场线描述的是合场强的大小和方向。

讲解电场线时，要注意使学生清楚地理解到，电场线是为形象描述电场而引入的，并非真实存有的线．显示电场线分布的实验，仅仅一种模拟电场线分布，而不是证实电场线的存有．学生容易将电场线与点电荷在电场中的运动轨迹相混，可通过讨论弄清这个问题。

（7）电势能、电势是比较抽象的概念，教学时，要充分利用类比方法，将电场的知识与重力场的知识有机地联系起来。

利用重力做功与路径无关，电场力做功也与路径无关的相似之处，推知电场中也一定具有势能；由重力的功等于重力势能的改变量推知电场力做的功等于电势能的改变量等结论。

教科书中电场力做功与路径无关、电场力做功与电势能变化的关系，都是针对匀强电场推出的。

应向学生指出：

这些结论对于非匀强电场也是适用的。

电势差的概念能够通过与高度差的类比引入，同时得出：

电势具有相对性，与零电势点的选择相关，而电势差与零电势点的选择无关。

（8）电容器的特殊结构使它具有贮存电荷的本领，正是这个本领使电容器有着广泛的应用。

教学中，要利用教科书图1.8-1和图1.8-2的电容器充、放电实验，让学生看到因为电容器贮存电荷而引起的奇异现象，同时理解到电容器也是一个贮存电场能的电路元件，电容器的充、放电是电场能与其他形式能的转化。

对于电容的物理意义，要向学生指出，电容所反映的电容器贮存电荷的本领是指在电容器两端加上单位电压所贮存的电荷量，而不是电容器所能贮存的最大电荷量。

在探究影响平行板电容器电容的因素之前，可让学生先猜测平行板电容器的电容可能跟哪些因素相关、然后与学生一起实行分析：

怎样间接地比较电容器电容的大小？

在改变某个变量时，怎样保持其他变量不变？

从而体会其中蕴含的思想方法。

（9）带电粒子在电场中的运动是本章的一个重点，教学时应让学生明白：

带电粒子在电场中的运动问题实际上是力学问题，仅仅在受力分析时多了一个电场力。

这样能够消除学生对这个知识的陌生感，并促成习得知识的顺利迁移。

在分析电子在电子枪中运动的末速度

时，应使学生理解此式对非匀强电场也适用，同时理解为什么能够不考虑电子的重力？

为什么能够不考虑热电子的初速度？

等等。

“示波管的原理”中，关于荧光屏上显示正弦曲线的原理，不是教学必须要讲的内容，教师可根据学生的情况，或者讲解，或者鼓励有兴趣的同学自己钻研．

练习使用示波器的实验，可先让学生跟随老师的示范练习使用，然后自己练习使用。

（10）本章出现的概念、公式较多，可安排课时实行复习，对所学的知识实行整理，并对相关知识实行比较，通过比较不同知识的共同点和相似知识的不同点，以促动迁移，防止干扰。

如：

①场强的三个公式

、

、

的比较；②电势和电势能的比较；③场强和电势的比较；④电荷在匀强电场中的偏转运动和平抛运动的比较。

（11）山东科技版教材本部分内容对应第1章和第2章，所涉及到的电场力做功、电势、电势能和电势差部分难度较低，教学中应适当提升；该版本教材略去了带电粒子在电场中的运动这部分内容，教学中应予以补充。

第二章恒定电流

（一）课程标准内容

1.观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。

2.初步了解多用电表的原理，通过实际操作学会使用多用电表。

3.通过实验，探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。

4.知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。

5.测量电源的电动势和内阻。

6.知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生产中的应用。

7.通过实验，观察门电路的基本作用；初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。

8.初步了解集成电路的作用。

注重我国集成电路以及元器件研究的发展情况

（二）教学要求

第一节电源和电流

基本要求

1.了解电源使电路形成电流的机制。

2.了解恒定电场，知道恒定电流的定义。

3.知道电荷的定向移动形成电流，知道电流方向的规定。

4.知道电流的定义式，并会用来解决导线中的电流问题。

较高要求

1.能根据电流的定义式计算电荷运动所产生的等效电流。

2.能区别导体中自由电子的定向移动速率和建立电场的速率。

说明

1.不要求计算液体导电时的电流。

2.不要求解决与导线内部自由电子定向运动速率相联系的问题。

第二节电动势

基本要求

1.从能量角度理解电源的作用。

2.知道电动势是描述电源特性的物理量，知道电动势的定义式和单位。

3.了解电源内阻的概念。

4.知道电动势和内阻是电源的重要参数。

较高要求

知道电动势定义式中E跟W和q无关。

说明

不要求用电动势定义式实行计算。

第三节欧姆定律

基本要求

1.理解欧姆定律，并会用来解决相关问题。

2.了解电阻的作用和定义式。

3.理解导体的U—I图象和I—U（伏安特性）图象。

较高要求

知道欧姆定律的适用范围。

学生实验：

测绘小灯泡的伏安特性曲线

基本要求

1.知道实验原理和实验电路图，知道伏安特性曲线与U—I图线的区别。

2.会选择合适的实验器材，连接实物图，准确实行操作。

3.会设计实验数据记录表。

4.知道电压表、电流表读数的方法。

5.会用I—U图象处理实验数据并分析变化规律。

较高要求

1.知道小灯泡伏安特性曲线的特征，并能解释形成的原因。

2.知道在使用最小分度为0.02A的电流表和最小分度为0.5V的电压表要估读。

说明

不要求知道二极管伏安特性曲线的特征与意义。

第四节串联电路和并联电路

基本要求

1.知道串联电路和并联电路中电流、电压的关系。

2.会推导串联电路和并联电路的总电阻公式，并会用来实行相关计算。

3.知道表头在电路中相当于一个电阻，知道满偏电流、满偏电压及其关系。

4.了解电压表和电流表的电路结构，理解将表头改装成电压表和大量程电流表的原理。

较高要求

1.理解串、并联电路的电流关系和电压关系。

2.了解简单的混联电路及其简化方法。

3.能定性分析电流表和电压表的内阻对电路测量的影响。

说明

1.不要求解决无穷网络等复杂的电路问题。

2.电表改装只限于改装成单量程电压表和电流表。

第五节焦耳定律

基本要求

1.知道电流做功的实质，知道电流做功对应的能量转化。

2.会推导电功和电功率的表达式。

3.知道在纯电阻电路中，电能全部转化为导体的内能。

4.知道焦耳定律，会用焦耳定律推导导体热功率的表达式。

5.会计算电路中的电功、电功率、电热、热功率。

较高要求

知道

、

、

区别、联系和适用范围。

第六节电阻定律

基本要求

1.知道用伏安法测量金属丝电阻的电路，会用伏安法测量电阻。

2.会用刻度尺测量金属丝的直径。

3.会通过实验探究导体的电阻与长度、横截面积的关系。

4.理解电阻率概念，掌握电阻定律。

较高要求

1.领会“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中控制变量的思想。

2.会推导导体的电阻与体积、长度或横截面积的关系。

3.定性了解金属导体的电阻率与温度的关系。

4.知道螺旋测微器的使用方法。

说明

不要求定量分析伏安法测金属丝电阻的实验中电表电阻对测量结果的影响。

第七节闭合电路欧姆定律

基本要求

1.知道闭合电路（全电路）的构成，能识别闭合电路中的内电路、外电路、内电阻、外电阻、内电压、路端电压（外电压）。

2.知道路端电压和内电压之和等于电源的电动势。

3.掌握闭合电路欧姆定律。

4.理解路端电压与电流的关系，知道断路时的路端电压值等于电源电动势。

较高要求

1.能将实际电源分解成不计内阻的理想电源和内阻两个部分。

2.能结合其他电学知识解决简单的综合性问题。

3.能分析外电路为简单的串、并联电路的动态电路问题。

说明

1.不要求分析外电路为混联电路的动态电路问题。

2.不要求分析含有反电动势电路的问题

第八节多用电表

基本要求

1.了解欧姆表的电路结构和测电阻的原理，知道欧姆表测电阻电路中电流的方向。

2.理解指针式多用电表的面板，知道它能测量的电学量。

3.了解欧姆表与电流表、电压表刻度盘的区别。

说明

不要求了解多用电表的电路结构。

实验：

学会使用多用电表

基本要求

1.会对指针式多用电表实行机械调零和电阻挡调零。

2.知道多用电表的操作程序与使用要求。

3.会用指针式多用电表测量电流、电压和电阻，并准确读数。

较高要求

1.理解二极管，知道二极管的符号，了解二极管的单向导电性。

2.会用指针式多用电表测量二极管的正、反向电阻。

说明

不要求了解数字式多用电表的使用方法。

第九节实验：

测定电池的电动势和内阻

基本要求

1.知道伏安法测定电源电动势、内电阻的原理和电路图。

2.会用伏安法测定电源的电动势和内电阻。

3.会利用

图象求电源的电动势和内电阻。

较高要求

1.领会利用图象求电源电动势、内电阻的优点。

2.了解测定电源电动势和内电阻的其他方法。

说明

不要求分析测量电源的电动势和内电阻的实验误差。

第十节简单的逻辑电路

基本要求

1.知道“与”门、“或”门、“非”门电路是三种最基本的逻辑电路。

2.能画出“与”门、“或”门、“非”门的符号，了解三种门电路所反映的逻辑关系，会填写真值表。

3.能分析三种门电路输出信号与输入信号之间的关系。

较高要求

能分析涉及单一门电路应用的实际问题。

说明

1.不要求分析由多个门电路组合的问题。

2.不要求利用门电路实行实际控制电路的设计。

（三）教学建议

1.课时建议

第二章课时分配建议

1.电源和电流

1课时

2.电动势

1课时

3.欧姆定律

1课时

实验：

测绘小灯泡的伏安特州曲线

1课时

4.串联电路和并联电路

1课时

5.焦耳定律

1课时

6.电阻定律

1课时

7.闭合电路欧姆定律

2课时

8.多用电表

1课时

实验：

学会使用多用电表

1课时

9.实验：

测定电池的电动势和内阻

1课时

10.简单的逻辑电路

1课时

复习评估

1课时

2．教法建议

（1）“导体中的电场”知识能将电场知识与电路知识建立起内在的联系，教学中应使学生理解到：

电源的作用是保持电路两端稳定的电压，在导体内部建立一个由电源正极指向电源负极的电场，这是导体内形成电流的本质原因。

（2）电流是描述电流强弱的物理量。

教学中能够通过与水的流量、车流量等实行类比，得出电流的定义式

。

对于导体内自由电荷定向移动的速率与电场的传播速率两者的巨大差异，学生理解起来有一定的困难，教学时能够借助如下图的模型：

发令员发出“齐步走”的指令后，队列中各人几乎同时开始行进（电场的传播速率类似于指令传播的速率，自由电荷定向移动的速率类似于队员行进的速率，前者远远大于后者。

在例题1的讲解之后，能够要求学生推出公式

，以加深对电流强度的理解．如果学生自己推导有困难，希望教师加以引导。

（3）电动势是一个比较抽象的物理概念，教科书着重用能量观点分析电源的作用，阐述电动势的意义。

应使学生理解到：

电源的作用是通过非静电力做功，将电荷从一极移送到另一极，从而将其他形式的能转化为电能。

不同的电源，把相同的电荷量从一极移送到另一极，非静电力做功的大小并不相同。

电源的电动势表征的是电源非静电力做功本领大小的物理量，其数值等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正所做的功。

（4）学生在初中已经学过欧姆定律，教学时既不能重复初中教学过程，也不能一带而过。

要在初中知识的基础上，尤其是在思想方法上作进一步的提升。

从实验电路看，教科书给出的电路中，变阻器采用分压的接法，而不是简单串联在电路中。

从实验过程看，教科书给出不同的电阻，测得关于每个电阻的多组电压、电流数据，而不是像初中学习时那样：

先保持电阻不变，看电流随电压的变化；再保持电压不变，看电流随电阻的变化。

从实验数据的处理方面看，教科书采用图象的方法，且先用比值法定义电阻这个物理量，然后再由电阻的定义式导出欧姆定律的表达式。

而不是像初中学习时那样：

由表格中的数据，分别得出电流与电压、电流与电阻的关系，再整合成欧姆定律。

（5）“简单串、并联电路的特点”是解决电路问题的基础，应要求学生根据串、并联电路中电流、电压和电阻的关系，推导串、并联电路电阻的计算公式，串联电路中的电压分配和并联电路中的电流分配关系式，并灵活使用这些知识解决电路问题。

对于混联电路，应使学生通过训练，会利用等效变换的方法，将较简单的混联电路简化为简单的串、并联电路。

电路计算问题主要在于训练学生灵活使用串、并联电路的基本规律，没有必要让学生解决复杂电路的简化问题。

（6）在分析电流表、电压表电路时，应让学生明确电流表和电压表都是由小量程的电流表的表头改装而成的，理解改装的原理，而不是死记硬背相关公式，遇到问题再用公式去套。

学生理应明白所谓扩大量程到若干伏或若干安，究竟是什么意思，这是解决问题的关键。

（7）“能量转化与守恒”是物理学的一个基本规律，结合电功和电热、电功率与热功率等概念的教学，引导学生分析电路和电器中发生的能量转化，体会能量守恒规律。

让学生分辨电功和电热、导线消耗的电功率等概念。

对于电功和电热（或电功率和热功率）的不同表达式，理应让学生知道哪些是普遍适用的，哪些只适用于纯电阻性用电器，避免混淆。

在推导电功的公式时，应该注意讲清楚，在时间t内，仅仅相当于把电荷q由电路的一端移至另一端（两端的电压为U），这与在真空中把某一电荷q由某处移至另一处有区别，但效果是一样的，即所做的功相同。

（教学中可参考山东科技版教材内容）

（8）关于电阻定律，初中阶段已经定性研究过电阻与导体长度、横截面积以及材料等因素的关系，所以，教学时理应在复习的基础上，将定性实验向定量实验推动。

建议将这节课放在实验室上，采用随堂实验的方法。

初中物理中是分别研究导体电阻与长度、横截面积、材料二者之间的关系；高中教学时，可先让学生回忆初中的做法，然后再引导学生将三个实验整合在一起实行研究。

在实验的基础上，要利用串联电路和并联电路的特点，实行理论的推导，以培养学生逻辑推理的水平。