人教版必修2《教师教学用书》(word版)
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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？
<
/p>
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<
/p>
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
< br>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。
< br>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
< br>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，<
/p>
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
< br>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
经过代数式的变形，马上就可以得到
v
＝
v
0
+at
，于是就能用
来解题了。
出发，
《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<
/p>
v-t
图象是一条倾斜的直线
↓
发现倾斜直线的
< br>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
＝
v
0
+at <
/p>
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。
< br>
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<
/p>
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
< br>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
< br>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
< br>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
< br>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
”
< br>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，<
/p>
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。
< br>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。<
/p>
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< /p>
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
<
/p>
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”。
< br>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
< br>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。
<
/p>
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<
/p>
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。<
/p>
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< /p>
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。
< br>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<
/p>
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
v
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。
2
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
v
1
变为
v
2
，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
< br>相关，因而与动能
E
k
相关，且
与
v
成正比也与上面的探究相一致；第二，始末两态的
2
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
< br>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
< br>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＝
< br>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<
/p>
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
< br>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<
/p>
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
角为
37°，
，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
所以
W
1
＝
F
1
scosα
1
＝3×10×cos53°J＝
18J
W
2
＝
F
2
scosα
2
＝4×10×cos37°J＝<
/p>
32J
W
合
＝5×10×cos0°＝
50J<
/p>
＝
W
1
＋
W
2
≠
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，
< br>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
< br>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
< br>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
2×10
J
，乙机械
2s
做
功
1
．5×10
J
，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
4
4
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<
/p>
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，
，
< br>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
< br>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
< br>．
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。
< br>（
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
图
5
－
4
教师在教学中可以采用类比的方法
进行教学。从研究方法上类比：重力势能与弹性势能都是物体凭借其
位置而具有的能。研
究重力势能时是从分析重力做功入手，所以，研究弹性势能也可以从分析弹力做功入手。
重力的功与重力与物体的位置的变化有关，弹力的功与弹力和弹簧的形变量有关，这样的猜测是很容易得到
的。而关键的问题是如何研究拉力的功。重力势能和弹性势能均是以重力和弹力的存在为前提的
。所以，在
研究时又必须比较重力和弹力做功时的不同特点。在地球附近，重力是恒力。
而在拉伸弹簧的过程中，拉力
是随弹簧的形变量的变化而变化的，拉力还因弹簧的不同而
不同。因此拉力做功不能直接用功的公式
W
＝
< br>Fscosα。那么，如何求出拉力的功呢？与研究匀变速直线运动的位移方法类似，就是将弹簧的形变过 程分成
很多小段，每一小段中近似认为拉力是不变的，所以，每一小段的功分别为：
W
1
＝
F
1
Δl
1
,W
2
＝
F
2
Δl
1
…。
W
总
＝
W
1
< br>＋
W
2
＋
W
3
…＝
F
1
Δl
1
＋
F
2
Δl
2
＋<
/p>
F
3
Δl
3
…
（
2
）如何计算求和公式
与匀变速直线运动中利用
v
－
t
图象求位移
s
相似，我们可以画出
F
－
l
的图象
(
图
5
－
4)
，每段拉力的功
就是图中细窄的矩形面积，对这些矩形面积求和，就得到了由<
/p>
F
和
l
围成的三
角形的面积．
< br>注意，课程标准对弹性势能的表达式没有任何要求，教师不要利用这个表达式去解题。可以根据学生的
具体情况采用不同的方式进行教学。例如，对于物理兴趣小组，可以利用实验的方式进行研究
等。（可参考
本章的参考资料。）
（
3
）弹性
势能的大小也具有相对性
在本节的“说一说”栏目中，提出“能不能规定弹簧的任意长度时的势能为零势能？”的问题。
这一问
题可以在物理兴趣小组中展开讨论，对一般学生可不做过多要求。这个问题仍可让
学生与重力势能的参考面
的规定相比较。如果我们规定了弹簧的任意长度时的势能为零势
能，在弹簧从某一位置拉至零势能位置的过
程中，拉力所做的功就等于弹簧的弹性势能。
显然，这与规定自然长度为零势能时，从该位置拉到零势能位
置的功是不同的，所以，弹
簧在某一位置时的弹性势能是与零势能位置的规定有关的。
6
探究功与物体速度变化的关系
实验的设计思路：实验中用橡皮筋的弹力拉动小车做功使小车
获得动能，探究橡皮筋做的功与小车速度
的关系。橡皮筋的弹力是变力，所做的功是变力
功，没有现成的公式可以计算功的大小。即使知道弹力功的
公式也不能用它进行计算，因
为橡皮筋的劲度系数也是变化的。但是在相同的位移情况下，用一条橡皮筋做
的功为
W
，用两条橡皮筋时做的功就是
2W
，依此类推可以找出功和速度的对应关系。实验方法巧妙地避开了
应用
功的公式计算恒力功的大小，设计思路充分体现了探究的精神。
另一方面，实验需要用规格相同的橡皮筋，在材料的准备上也能体现出探究的精神。成品橡皮
筋（圈）
粗细不一，一致性差，而且比较粗，弹力偏大。不同橡皮筋之间的弹力差异也较
大，所以不适宜用在这一实
验中，需要研究选用其他橡皮筋。选择准备橡皮筋的过程，也
是教师和学生共同探究的过程。
（
1
）实验目标
要求学生认真看书，了解实验
要探究的内容、实验方法与实验技巧；探究实验数据的处理方法，从而找
出橡皮筋做功与
小车速度之间的关系。认真体会课文“探究思路”所体现的科学探究的方法；以及“数据处
理”中提出的分析实验数据、找出功和速度关系的方法。学会这些探究问题的方法，不仅在研究物理问题时
是必要的，而且也可用于研究其他学科的问题。
（
2
）仪器及器材
①小车（前面带小钩）；②100g～
200g
砝码；③长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉；④打点计时
器及纸带；⑤学
生电源及导线（使用电火花计时器不用学生电源）；⑥5～
6
条
等长的橡皮筋。
（
3
）注意事项
①怎样准备橡皮筋？如前所述，市
售的橡皮筋规格不能满足实验要求，而且用至
4
根以上时弹力过
大，
使打出的纸带点数过少，以致找不出小车不受力匀速运动时所打出的点。
图
5
－
5
可以选择服装中使用的多股橡皮筋
的松紧带，外形有带状和圆柱状（选用由多根细橡皮筋组成的）。带
状松紧带要仔细地剪
成单股（一根橡皮筋），如果有包裹橡皮筋的纱层可以留下，以保护橡皮筋。圆柱状松
紧
带只要去掉外层包裹的纱线即可。用铁丝夹住橡皮筋的两端，并做成小钩状，如图
5
－
5
所示。可以做成一
根、两根、三根和四根的几种备用，它们的长度均约为
32cm
，加上两端的钩子总长度约
35cm
。橡皮筋的横断
面一般为正方形或圆形，单根橡皮筋的边长（带包层）约
0
．
8mm
，不带包层的橡皮筋边长约
0
．
6mm
。
图
5
－
6
②如图
5
－
6
所示，
先
固定打点计时器，
在长木板的两侧
A
处
钉两个小钉，
小车放在
B
处挂上一根橡
皮筋，
使橡皮筋处于自由长度，
并且
A
B
之间的长度略小于
A
到长木板右端的
长度或大致相等，
使小车从
B
位置运动
到长木板右端时受到橡皮筋向左的拉力做减速运动的距离较小。
③小车从
B
位置拉到
C
位置的长度
BC
，应当在橡皮筋的弹性限度内。因为橡皮筋的情况不同，橡皮筋的
长度、
AB
、
BC<
/p>
之间的距离要视具体情况做适当的调整。
图
5
－
7
④另一种方法见图
5
－
7
所示，橡皮筋与小车在
一条直线上。小车在
B
位置时使橡皮筋为自由长度，橡皮
筋对小车没有拉力，小车从
B
向
A
运动时有一段近似匀速运动，可以求出小车速度。
这种方法所用的橡皮筋的长度可适
当短一些，
A
端可以固定在长木板的端部。
⑤小车质量约为
200g
，当用到多条橡皮筋时，小车运动速度过大，可能使打出的纸带上
的点数少，难以
选到合适的点计算小车速度。可在小车上加
10
0g
～
200g
砝码。
⑥实验时可以用到
6
根橡皮筋，打出
6
条纸带，连同
0
点可以有
7
个点，在描绘曲线时比较容易判断曲
线的性质。用
6
根橡皮筋打出的纸带仍可以有足够的点数计算小车的速度。
⑦由于实验器材和每次操作过程的
分散性，尤其是橡皮筋不可能做到各条之间的长度、粗细完全一致，
使得每次改变橡皮筋
的条数以后，纸带上反映小车匀速运动阶段的点数，和这些点的位置不一定都在事先设
定
的
B
点之后，而可能在
B
点的前后。这是因为小车在几条橡皮筋拉动下运动至
B
点时，各条橡皮筋可能在
B
点的前、后对小车不产生拉力，使
纸带上打出的点出现上述情况。因此需要对纸带上的点进行分析，方法
是比较
B
点左右及
B
点之后的若
干个相邻两点间的距离是否基本相同？选择相邻距离基本相同的若干个点作
为小车的匀速
运动阶段，用这些点计算小车的速度。
⑧平衡摩擦力时，要轻推一下小车，观察小车是否做匀速运动。
⑨误差分析：误差的主要来源之一
是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正
比；其次是小车受力
为零的位置不一定在设定的
B
点；第三，由于小车不受拉力的位
置不一定在
B
点，这就
使拉力功
W
与橡皮筋的条数不成正比，而作图象时纵坐标的单位长度依然将功与
橡皮筋的条数按正比关系取
值，这样使作出的
W
、
v
各对应点的分布与
W
－
v
函数图象发生偏离。
< br>
（
4
）教学中的几点考虑
①实验的精妙之处就在于它的探究思路。
橡皮筋的弹力做功不便于用公式计算，
然而改变橡皮筋的条数，
保持小车相同的运动距离，则弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比。因此教学中要让学生认真看书，体会做< /p>
功的数值虽然不能计算，但是仍然可以找出做功的倍数关系。这种探究思路在科学史上是有
先例的，例如库
仑探究静电力的规律时，还没有电量的单位，库仑巧妙地解决了电量的大
小问题，发现了库仑定律。因此在
教学中不要仅满足于完成实验的过程，忽视了研究问题
的方法。
②数据的处理同样体现了探究问题的思路。在
W
－
v
坐标系中描绘出
W
、<
/p>
v
的各对应点后，既要观察各点
的位置关
系，又要思考这些点之间应有的函数关系。由于实验误差，这些点的位置有可能表现为直线分布，
也可能表现为曲线分布。课文中提出了不同的探究方法，这是促使学生认真思考的重要方法，而不是仅满
足
于得出实验结论。
如果实
验得到的各点在
W
－
v
坐标系中大致呈现线性分布，
又如何解释？又如何处理？这些都需要学生分
析、研究。
小车质量小（如空车）而橡皮筋拉力较大时，小车的速度就比较大，加之实验次数少
,
所取的点数也少，
使
W
、
v
各对应点近似成线性分布。
可以从两方面解决：实验时在小车中加砝码，增大小车质量，使小车速度
不致过快；画图
象时加大纵坐标轴的单位长度。从原点
O
开始描绘图线也可以避
免画成直线。
< br>③如果没有可用的成品橡皮筋，就需要自制。在准备橡皮筋的过程中，可以发动学生参与，既动手又动
脑，这也是培养实验能力的过程。
④可补充描绘
W
－
v
图象与
W
－
v
图象比较。
⑤利用
E
xcel
数据处理，在“添加趋势线”选项中可以实现多种曲线性质的选择，可以节省处
理数据的
时间。
（
5
）实验
实例（电火花计时器）
说明：小车质量为
300g
，使用的橡皮筋
1
根至
6
根，每次
增加
1
根。小车受力的位移即橡皮筋被拉伸的
< br>长度为
19cm
。
功与速度的关系图象
2
v/ms
-1
0
．
00
0
．
80
1
．
10
1
．
28
1
．
53
1
．
76
1
．
89
W
0
．
00
1
．
00
2
．
00
3
．
00
4
．
00
5
．
00
6
．
00
图
5
－
8
功与速度平方的关系图象
v/ms
-2
0
．
00
0
．
64
1
．
21
1
．
64
2
．
34
3
．
10
3
．
57
W
0
．
0
1
．
0
2
．
0
3
．
0
4
．
0
5
．
0
6
．
0
图
5
－
9
7
动能和动能定理
（
1
）动能
的表达式：
在前几节的学习中，学生已经建立了一种认识，那就是某个力对物体做功一定对应着某种能量形式的变
化。本节就是来寻找动能的表达式。因为有前几节的基础，本节可以放手让学生自己去推理和定
义动能的表
达式。
在本章的第一节“追寻守恒量”中，已经知道物体由于运动而
具有的能量叫动能。上一节又探究了功与
物体速度变化的关系，学生会通过推理得出，物
体的动能一定与物体的运动速度的二次方成正比。动能还与
哪些因素有关呢？学生可能会
猜出物体的动能与物体的质量等因素有关，但动能的表达式还应该进行理论的
推导。
首先应使物
体的运动速度发生变化，因为速度变化，物体的动能就变化。使物体速度变化的原因是物体
受到了力的作用，从最简单的方法入手，应是给物体施加一个恒力，使物体做匀加速直线运动，在该过程中
求出力
F
对物体所做的功
< br>W
，得到
。应引导学生思考，
这
一物理量具有怎样
的特定意义，为
什么它就是我们要寻找的动能的表达式，它是描述状态的物理量还是描述过程的物理量，它
是矢量还是标量等问题。本教材这样做，不像以前通过某些实验，得出某些结论的简单做法，而是增加了探
索的气氛。教材对这类问题的处理是为了教学而设计的，不一定与历史轨迹完全相同，但却符
合人们探索时
的认识规律，体现了科学探究的特点。
（
2
）动能定理
动能定理是一条适用范围很广的物理定理，但教材在推导这一定理时，由一个恒力做功使
物体的动能变
化，得出力在一个过程中所做的功等于物体在这个过程中动能的变化。然后
逐步扩大几个力做功和变力做功
及物体做曲线运动的情况。这个梯度是很大的。为了帮助
学生真正理解动能定理，教师可以设置一些具体的
问题，让学生寻找物体动能的变化与哪
些力做功相对应。例如：
第一种情况：置于光滑水平面上的
1kg
的物
体，在水平拉力作用下匀加速前进，水平拉力
F
＝
2N
，物体
在该力作用下运动了
2m
。
第二种情况：置于粗糙水平面上的
1
kg
的物体，在水平拉力作用下匀加速前进，水平拉力
F
＝
2N
，动摩
擦因数
为
0
．
4
，物
体在该力作用下运动了
2m
。
在这两种情况下，请学生计算：
拉力做的功
第一种情况
第二种情况
摩擦力做的
合力做的功
功
物体动能的变
化
教师还可以设置更复杂的情景，在多种情况下由学生归纳总结出，合力在一个过程中所做的功
，等于物
体在这个过程中动能的变化。
然后再扩展到，如果是变力做功，
物体又做曲线运动，我们就可以把力对物体做功的路径，分解成许多
小段，认为物体在每
小段运动中受到的力是恒力，运动的轨迹是直线。
①合力的功：
教材在“功”一节中的
“做一做”栏目中，
已经证明了“几个力对一个物体做功的代数和，
等于这几个力的合力对这物体所做的功”。所以在使用动能定理时，可以先求出物体所受的合力，再求出合< /p>
力的功；也可以先求出各个力做的功，再求出功的代数和，这二者是相同的。
②动能的变化：动能
只有正值，没有负值。但动能的变化却有正有负。在这里可引导学生回顾学习加速
度时，
求速度的变化，“变化”是指末状态的物理量减去初状态的物理量，而不是大的减小的。动能的变化
量为正值，表示物体的动能增加了；动能的变化量为负值，表示物体的动能减少了。
< br>
③动能定理的应用：为了
让学生体会到应用动能定理的优点，教师一定要用好教材中的两道例题，让学
生先试着用
牛顿运动定律和运动学公式去做，然后用动能定理去做，比较两种方法的优劣，使他们感受到：
< br>在不涉及运动加速度和运动时间时，利用动能定理解决力学问题更简捷。
8
机械能守恒定律
（
1
）动能和势能的相互转化
本教材通过实例，说明物体的动能和势能之间可以互相转化。
为了使教学更充实些，除了教材中所举的
自由落体、光滑斜面、竖直上抛及弹簧等实例外
，还可以引导学生举出生活中常见的实例，例如：平抛和斜
抛的石子、在光滑的曲面上运
动的物体等等。
对教材中举出的几个实例，应根据学生的实际选用。自由落体运动和竖直上抛运动，是学生比较熟悉的<
/p>
运动，教师可以反复使物体做这种运动，让学生观察、体验到高度大时速度小，速度小时高
度大，进而得到
重力势能大时动能小，势能小时动能大。在引导学生分析物体运动状态变
化过程中得出重力势能增大（减小）
的过程就是动能减少（增大）的过程。
要启发学生注意，势
能的变化是由于重力或弹力做功而引起的。如果重力作为外力，又可以改变物体的
动能。
如果重力做正功，重力势能减少，动能增加，意味着重力势能转化为动能；反之，如果重力做负功，
重力势能增加，动能减少，意味着动能转化为重力势能。这样可以帮助学生理解教材中所说的“通过重
力或
弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式”。
图
5
－
10
课文中图
5
．
8
－
1<
/p>
实验也可用如图
5
－
10
的装置做。悬挂单摆的铁架台上增加一个横杆
P
和一只水平放
置的尺子
AB
< br>，实验时①调整横杆
P
的高度观察小球摆动的情况；②调
整水平尺子的高度使小球从不同位置摆
动，观察小球摆动的情况。将各次实验现象进行概
括，思考这些现象说明什么问题。
也可以将单摆悬挂在小黑板上，然后在小黑板上画上若干条水平横线，手持短尺替代横杆
。
（<
/p>
2
）机械能守恒定律
①“在只有重力或弹力做功的物体
系统内”是机械能守恒的条件，机械能包括物体的动能、重力势能和
弹性势能。而重力做
功和弹力做功只对应着物体重力势能和弹性势能的变化，即机械能内部的相互转化。其
实
，严格的说法应为“系统所受外力和系统内部非保守内力不做功”。但这对于学生来说，是较难理解的。
对于学有余力的学生可以这样深入分析，而
对多数学生来说，只要通过一些实际事例来说明，能使学生理解
机械能守恒的条件就可以
了。
在
“思考与讨论”中设置了具体的情景，教师可以根据这一情景给出更具体的数据，让学生计算。计算
过程中，学生会得出：重力的功与重力势能的变化是相等的，而物体的动能变化量却不同。在真空中的
小球
的势能全部转化为了动能，而在粘滞性很强的液体中落下的小球的势能，转化为动能
和内能。前者机械能守
恒，后者机械能不守恒，但能的总量不变。教师可以进而推广到一
般情况下，如果除重力、弹力外还有其他
力对物体做正功，则物体的机械能就要增加，且
其他力做多少功，物体的机械能就增加多少。反之，如果力
对物体做负功，机械能将减少
。而增加的机械能并不是凭空产生的，减少的机械能也不能无影无踪地消失。
机械能包括动能、重力势能和弹性
势能，而重力势能是属于物体和地球组成的重力系统的，弹性势能是
属于弹簧的弹力系统
的，所以，适用机械能守恒定律的对象是系统。
②如果物体在运动中，符合机械能守恒的条件，那么，在应用
机械能守恒定律研究问题时，可以只考虑
运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态之间
的过程细节。教材中的例题，就可以很好地体现利用机械能
守恒定律解决问题的优越性。
9
实验：验证机械能守恒定律
实验安排在学习了机械能守恒定律之后，使学生不仅从理论上
了解机械能守恒定律，而且通过实际观测
从感性上增加了认识，也深化了对机械能守恒定
律的理解。在这一实验之前学生多次使用过打点计时器，处
理纸带的方法并不陌生，实验
操作也比较容易，所以要求学生认真看书，完成实验。课文中重点介绍了瞬时
速度测量的
另一种方法，要求学生明白道理。
（
1
）仪器及器材
①电火花计时器（或电磁打
点计时器）；②重物（质量
300g±3g）及纸带；③天平（秤量大于
300g
）及
砝码；④铁架台、复夹、烧瓶夹；⑤电源
。
（<
/p>
2
）注意事项
①计时器要稳定地固定在铁架台上，计时器平面与纸带限位孔
调整在竖直方向，铁架台放在桌边，计时
器距地面高度约
1m<
/p>
。
图
5
－
11
②试验装置如图
< br>5
－
11
所示，在铁架台上部安
装一根横杆，固定一个夹子夹住纸带始端，纸带不会上下
晃动，下落时初速为零，打出的
第一个点是清晰的小点。
③为减小测量高度
h
值的相对误差，选取的各
计数点要离起始点远一些。要从起始点开始测量出
h
1
、
h
2
，
再求出
Δh＝
h
2
－
h
1
。
④计时器附带的重物
质量为
300g±3g。实验室常用的托盘天平秤量只有
200
g
。如果没有
500g
秤量的物
理天平，可以用校准的
500g
弹簧秤替代。
⑤误差
分析：重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力。计时器平面不在
< br>竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因。电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。交
流电的频率
f
不是
50Hz
也带来误差。
f
＜
50Hz,
使动能
E
k
＜
E
p
的误
差进一步加大，
f
＞
50Hz
则可能出现
E
k
＞
E
k
的结果。
⑥过程开始和终结位置的选择
实验用的纸带一般小于
1m
，从起始点开始大约能打出
20
个点。终结位置
的点可选择倒数第一个点或倒
数第二个点，
从这一个点向前数<
/p>
4
～
6
个点当开
始的点，
可以减小这两个点瞬时速度及两点之间距离
（高度
h
）
测量的误差。
（
3
）教学中的几点考虑
①在纸带上选择某两点，比较重物在这两点的动能与势能之和
，从而验证机械能守恒定律，是否回避起
始点？
课文中“纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化
”。在第
四节中已经学习了重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为参考点，势能
的大小不必从起始点开始计
算。
图
5
－
12
如图
5<
/p>
－
12
所示，选取
2
、
5
两点，比较它们的机械能
E
2
和
E
5
，以点
5
为零势能参
考点，则有
E
k2
+mgh=E
k5
这样，纸带上打
出起始点
0
后的第一个
0
．
02s
内的位移是否接近
2mm
，以及第一个点是否清晰也就无关
紧要了。实验打出的任
何一条纸带都可以用于计算机械能是否守恒。
图
5
－
13
实验时如果用夹子夹住纸带，打点
计时器打出的第一个计时点的点迹清晰，计算时从第一个计时点开始
至某一点的机械能守
恒，其误差也不会太大。回避第一个计时点的原因也包括实验时手提纸带的不稳定，使
第
一个计时点打出的点迹过大，从而测量误差加大。
②关于速度的测量
课文中介绍了测量瞬时速度的另一
种方法，有详细的导出过程。学生不但应当懂得公式导出的道理还应
当会推导公式，
并且可以结合
v
－
t
图象了解瞬时速度和时间中点的平均速度相等的物理意义。
如
图
5
－
13
所
示。
<
/p>
③处理纸带时，如果时间间隔取
0
．
1s
，可能出现纸带上的点数不够用的情况，所以计时时间不要取得
太长。
④要求学生写好实验报告，教师一定要评阅或组织学生相互交流。学生自己写实验报告是
实验能力的一
个方面。尤其是对实验结果可靠性的评估，要求学生不但会动手，更要会动
脑。
(
4)
参考实验数据
,m=0
．
30kg
计数点
n
4
t(s)
0
．
08
h(10
-2
m)
2
．
92
v
=
Δ
h
／
Δ<
/p>
t(m/s)
Δ
E
k
=1
／
2mv
2
Δ
E
p
=mgh
10
能量守恒定律与能源
(1)
能量守恒定律
5
0
．
10
4
．
62
6
0
．
12
6
．
70
7
0
．
14
9
．
18
1
．
33
8
9
10
0
．
16
0
．
18
0
．
20
12
．
03
15
．
28
18
．
92
1
．
53
1
．
72
0
．
945
1
．
14
0
．
134
0
．
195
0
．
265
0
．
351
0
．
444
0
．
136
0
．
197
0
．
270
0
．
354
0
．
450
本节是对本章知识内容的总结和扩
展。学生通过机械能的学习，也许会体会到“科学概念的作用在于它
具有概括多种自然现
象的能力”。
能量就是从千差万别的各种自然现象中抽象出来的概念。
< br>学生学习到这里，
已经可以从机械能转化和守恒扩展到自然界各种能量的转化和守
恒了。
本节可采用讨论的教学形式。例如：按教材
P27
方框中提示的
年代和事件，通过查找资料来展示十九世
纪初到十九世纪中叶的科学发展史，可以组织学
生办小型的展览和班会，请学生谈谈自己对能量的认识。特
别应该对教材中“思考与讨论
”栏目中所说的“既然能量是守恒的，
不可消灭，
为什么我们还
要节约能源？”
的话题进行讨论。在讨论中逐渐使学生认识到，能量从更深的层次上反映
了物质运动和相互作用的本质。能
量守恒定律是人们认识自然的重要工具。能源关系到人
们的衣食住行，关系到国家的兴旺发达。能源的开发
和利用，是关系人类生存和发展的一
个重大的社会问题。这一节教学目标的落脚点应放在使学生树立科学的
世界观、形成可持
续发展的意识上。
新课程更多地与社会实际相联系，鼓励学生提出问题。本节“思考与讨论”对能源问题做了讨论，这是
一个质疑的范例，它引导我们考虑能量转化和转移的方向性。从物理学的角度研究宏观过
程的方向性，在现
阶段只需用一些简单的实例，让学生初步地体会一下就可以了。例如：
摩擦力做功的过程，要损耗机械能而
生热，产生的热不可能全部转化为机械功。在其他的
宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，
总会均匀地混合到一起，但不会
再自发地分离开来。通过实例说明，在能量的转化和转移过程中，能的量是
守恒的，但能
量的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象。所以，能量虽然守
恒，但我们还要节约能源。
1
问题与练习
答：做自由落体运动的物体在下落过程中，势能不断减少，动
能不断增加，在转化的过程中，动能和势
能的总和不变。
2
问题与练习
1
．解：甲图：W=Fscos(1
80°－150°)=10×2×
J=17
．
< br>32J
图乙：
W=Fs
cos(180°－30°)=－10×2×
J=
－
17
．
32J
图丙：W=Fscos30°=10×2×
< br>J=17
．
32J
2
．解：重物被匀速提升时，合力为
零，钢绳对重物的拉力的大小等于重物所受的重力，即
F
＝
G
＝2×10
N
钢绳拉力所做的功为
W
1
=Fs
cos0°=2×10
×5J=1×10
J
重力做的功为
W
2
=Gs
cos180°=－2×10
×5J=－1×10
J
物体克服重力所做的功为
1×10
J
，这些力做的总功为零。
5
4
5
4
5
4
图
5
－
14
3
．
解：
如图
5
－
14
所示，
滑雪运动员受到重力、
支持力和阻力的作用，
运动员的位移为：
s=h
／sin30°=20m，
方向沿斜坡向下。
< br>
所以，重力做功：
W
G
=mgscos60°=60×10×2
0×
J=6
．0×10
J
3
支持力
所做的功：
W
N
=F
< br>N
scos90°=0
阻力所做的功：
W
< br>f
=Fscos180°=－50×20J=－
1
．0×10
J
这些力所做的总功
W
总
=W
g
+W
N
+W
f
=5
．0×10
J
。
3
3
4
．解：
在这两种情况下，物体所受拉力相同，移动的距离也相同，所以拉力所做的功也相同，为
7
．
5J
。
拉
力做的功与是否有其他力作用在物体上没有关系，与物体的运动状态也没有关系。光滑水平面上，各个力
对物体做的总功为
7
．
5J
。粗糙水平面上，各个力对物体做的总功为
6
．
5N
。
3
问题与练习
1
．解：在货物匀速上升时，电动机
对货物的作用力大小为
F=G=2
．7×10
N
由
P=F
v
可得
5
=3
．7×10
m/s
－
2
2
．解：这台抽水机的输出功率为
<
/p>
3
6
=3×10
W
3
它
半小时能做功
W=Pt=3×10
×1800J=5．4×10
J
。
3
．答：此人推导的前提不明确。当
F
增大，根据
P
＝
Fv
推出，
P
增大的前提应是
v
不变，从
推出，
P
增大则
v
增
大的前提是
F
不变，从
推出，
v
增大
F
减小的前提是
P
不变。
说明：对这类物理问题的方向，应注意联系实际，有时机械是
以一定功率运行的，这时
P
一定，则
F
与
v
成反比。有时机械是以恒定牵引力
工作的，这时
P
与
v
< br>成正比。
4
．解：（
1
）汽车的加速度
减小，速度增大。因为，此时开始发动机在额定功率下运动，即
P=F
< br>牵
v
。
v
增大则
F
牵
减小，而
，所以加速度减小。
<
/p>
（
2
）当加速度减小到零时，汽车做匀速
直线运动，
F
牵
＝
F
，所以
大速度。
4
问题与练习
，此为汽车在功率
P
下行驶的最
<
/p>
1
．证明：设斜面高度为
h
，对应于倾角为
θ
1
、θ<
/p>
2
、θ
3
的斜面
长分别为
l
1
、
l
2
、
l
3
。
由功的公式可知，在倾角为
θ1
的斜面，
重力与位移的夹角为
（
），重力所做的功为：
WG=mgl
1
cos
（
）
=mgl
1
sinθ
1<
/p>
=mgh
。同理可证，在倾角为
θ
2
、θ
3
的斜面上，
重力所做的功都等于
mgh
，与斜面倾
角无关。
2
．答：（
1
）足球由位置
1
运动到位置
2
时，重
力所做的功为－
mgh
，足球克服重力所做的功为
mgh
，足
球的重力势能增加了
mgh
。
（
2
）足球
由位置
2
运动到位置
3
时，重力做的功为
mgh
，足球的重力势能减少了
mgh
。
（
3
）足球
由位置
1
运动到位置
3
时，重力做功为零，重力势能变化为零。
说明：本题的意图是使学生体会，重力势能的变化是与重力做
功相对应的。重力做了多少功
,
重力势能就
变化多少。重力做正功重力势能减少，重力做负功重力势能增加。
3
．答：
（
1
）
小<
/p>
球
在
B
所选择的
小球在
A
点
点
的
重
力
参考平
面
的重力势能
势能
桌面
5
．
88J
－
3
．
92J
地面
9
．
8J
0
整
个
下落过程
中
小
球重力做
的功
9
．
8J
9
．
8J
整
个下落过程中
小球重力势能的
变化
9
．
8J
9
．
8J
（
2
）如果
下落过程中有空气阻力，表格中的数据不变。
说明：本题的意图是使学生认识，重力势能跟零势面的选取有
关，而重力势能的变化跟重力的功相对应，
与零势能面的选取无关。重力做的功只跟物体
位置的变化有关，与是否存在其他力无关。
4
．答：
A
正确。例如：物体在向上的拉力作用下，如果做匀加速直线运动，这时拉力的功大于重力
势能
的增加量。如果物体做匀减速直线运动，这时拉力的功小于重力势能的减少量。
B
错误。物体匀速上升，拉力的大小等于重力，拉力的功一定等于重力势能的增加量。
C
错误。根据
W
G
=E
p1
－
E
p2
可知，重力做－
1J
的功，物体势能的增加量
为
1J
。
D
错误。重力做功只与起点和终点
的位置有关，与路径无关，
A
、
B
两点的位置不变，从
A
点到
B
点的过
程中，无论经过什么路径，重力的功都是相同
的。
7
问题与练习
1
．答：
a
．动能是原来的
4
倍。
b
．动能是原来的
2
倍。
c
．动能是原来的
8
倍。
d
．动能不变。
2
．解：
由动能定理
W=E
k2
－
E
k1
=
做的功较多。
速度由
10km/h
加速到
20km/h
的情况下：
可知，在题目所述的两种情况下，
(
)
较大的，需要
(
)
＝（
2
0
－
10
）（
km/s
）
＝
300
< br>（
km/s
）
2
2
2
2
速度由
50km/h
加快到
60km/h
情况下：
< br>
(
)
＝（
60
－
50
）（
km/s
）
＝
1100
（
km/s
）
2
2
2
2
可见，后一种情况所做的功比较多。
3
．解：设平均阻力为
f
，根据动能定理
W=
，有
fscos180°=
＝
1
．6×
10
N
3
子弹在木板中运动
5cm
时，所受木板
的阻力各处不同，题目所说的平均阻力是对这
5cm
说的。
4
．解：人在下滑过程中，重力和阻力做功，设人受到的阻力为
f
，根据动能定理
W=Δ
Ek
,
W
G
+W
f
=
mgh
－
fs=
解方程得：
vt=4
m/s≈5．
66m/s
5
．解：
设人将足球踢出的过程中，人对球做的功为
W
，根据动能定理可
从人踢球到球上升至最大高度的
过程中：
W
G
+W=
－
0
即
－
mgh+W=
2
W= ×0．5×20
J+0
．5×1
0×10J=150J
8
问题与练习
1
．解：（
1
）小球在从
A
点下落至
B
点的过程中，根据动能定理
W=ΔE
k
，
mg(h
1
－
h
2
)=
（
2
）由
mg(h
1
－
h
2
)=
，得
mgh
1
+
=mgh
2
+
等式左边表示物体在
A
点时的机械能，等式右边表示物体在
B
点时的机械能，小球从
A
点运动到
B
点的
过程中，机械能守恒。
2
．
A
．飞船升空的阶段，动力对飞船做功，飞船的机械能增加。
B
．飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段，只有引力对飞船做功，机械能守恒。
C
．
飞船在空中减速后，返回舱与轨道分离，然后在大气层以外向着地球做无动力飞行的过程中，只有引
力做功，机械能守恒。
D
．进入大气层并运动一段时间后，降落伞张开，返回舱下降的
过程中，空气阻力做功，机械能减少。
3
．解：（
1
）石块从抛出到落地的过程中，
只有重力做功，所以机械能守恒。设地面为零势能面，根据
机械能守恒定律：
，得
根据动能定理：
W=E
kt
－
E
k0
即
mgh=
v
t
=
v
t
=15m/s
（
2
）
由
v
t
=
知，
石块落地时
速度大小与石块初速度大小和石块抛出时的高度有关，
与石块的
质量和石块初速度的仰角无关。
4
．解：根据题意，切断电动机电源的列车，假定在运动中机械
能守恒，要列车冲上站台，此时列车的动
能
Ek
至少要等于列车在站台上的重力势能
E
p
。
< br>列车冲上站台时的重力势能：
Ep=mgh=20mm
/
s
2
2
列车在
A
点
时动能：
E
k
=
×m×72m
/s
=24
．
5mm
/s
2
2
2
2
可见
E
k<
/p>
＞
E
p
，所以列
车能冲上站台。
设列车冲上站台后的速度为
v
1
。根据机械能守恒定律，有
<
/p>
E
k
=E
p
+
=E
k
－<
/p>
E
p
=24
．<
/p>
5mm
/s
－
2
0mm
/s
=4
．
5mm
/s
2
< br>2
2
2
2
2
可得
v
1
＝
3m/s
5
．答：（
1
）从
状态甲至状态丙的过程中，弹性势能逐渐减少，动能和重力势能逐渐增大，当弹簧对小
球
向上的弹力大小与重力大小相等时，物体的动能达到最大。之后，弹性势能和动能逐渐减少，重力势能逐
渐增大，当弹簧恢复到自然长度时，弹性势能为零。之后，重力势能仍逐渐增大，动能逐渐减少，
到达
C
点
时，动能减少到零，重力势能
达到最大。
小球从状态甲运动到状态丙的过程中，机械能守恒，弹簧的弹性势能为：
mg(h
AB
+h
BC
)=0
< br>．2×10(0．
1+0
．
2)
J=0
．
6J
（
2
）小球
从状态乙到状态丙的过程中，动能逐渐减少，重力势能逐渐增大。
小球从状态乙到状态丙的过程中，
机械能守恒，所以小球在
B
点的动能与小球在
< br>C
点的势能相等，
E
kB
＝
mgh
BC
＝
0
．2×10×0．
2J
< br>＝
0
．
4J
10
问题与练习
1
．答：家用电饭锅是把电能转化为
内能；洗衣机是把电能转化为动能，等等。
2
．解：
（
1
）依题意可知，三峡水库第二期蓄水后，用于发电的水流量每秒为：
1
．35
×10
m
－
3500m
＝
10000m
/s
，
每秒钟转化为电能是：
mgh×20％＝ρVgh×20％
＝
1
．0×10
×1．0×10
×10×135
×20％
J/s
＝
2
．7×10
J/s
发电功率最大是
< br>2
．7×10
W=2
．7×10
kW
。
(2)
设三口之家每户的家庭生活用
电功率为
1kW
，考虑到不是每家同时用
1kW
的电，我们平均每家同时用
电
0
．
5kW
，则三峡发电站能供给
=5
．8×10
户用电，人口数为
3×5．8×10
=17×10
人，即可供<
/p>
17
个百万
人口城市的生活用电。
（一）概念、规律和背景资料
机械功的定义和计算
机械功是所有广义功中最基本，也是最重要的一类。实际上，
顾名思义，广义功的概念是由机械功推广
而来的。由于机械功是系统机械能传递与转化的
量度，所以把它与能量，特别是机械能分开来讨论是不可能
的。以下我们一般把机械功就
简称为功。
6
6
6
9
6
9
3
4
4
3
3<
/p>
3
图
5
－
15
一个质点
m
，在恒力
F
的作用下发生了一段有限
的直线位移
Δr，
r
是质点
m
相对于所选的参考系固定的
任意点
O
的位置矢量，Δ
r
与
F
之间的夹角为
θ，如图
< br>5
－
15
，则力
F
对该质点所做的功
W
被定义
为
A=F·Δr=Frcosθ
（
1
）
这个定义式是说，恒力对质点在一
段直线位移上所做的功，等于该力与质点位移的标积，或说等于力的
大小、位移的大小及
力与位移间夹角的余弦三者的乘积。
由这个定义式可以讨论几个问题。
（
1
）质点是一种理想模型，实际中并不存在。对质点定义功，是为了概念和计算的精确。在功的
定义中
涉及的（线）位移，原则上也只对质点有定义；经推广，可用于做平动的刚体及一
般力学系统的平动分运动。
但是，在现行的初中物理教材中没有介绍过质点模型；高中教材中虽做了介绍，但在其力学的
动力学部
分中根本没有使用。所以把做功与被做功的对象统称为“物体”。这样做的一个
好处是，可以使初学者更容
易理解“功是能量变化的量度”这一本质。“能量变化”是必
定要发生在实际物体之中或实际物体之间的。
（
2
）
凡是把被做功的对象称之为“物体”的教材，
对做功过程中发生的位
移都说是“力的作用点的位移”
或“物体的位移”。
力的作用点也称为物体的受力点，
这也是一个抽象的概念，实际中不存在物体的受力部位是一个没有尺
寸大小的几何点的情
况。如果物体的受力部位比较集中，那么在一定条件下可以把受力部位视为一个点，这
就
是力的作用点。例如，用一根细绳牵引物体，那么物体上与绳的连接部位就可以视为绳对物体的拉力的作
用点。这里，绳为细绳是条件。所以，所谓“作用点的位移”，一般应理解为物体受力部位能视为
质点时该
质点的位移。
如上所言，位移只对点有定义。所以，所谓“物体的位移”是
指物体可以视为质点时的位移。例如，对
一个只做平动的刚体就可以言及它的位移；对于
一般物体的平动分运动也可以言及位移。如果这样的位移是
在某个力的作用下发生的，就
可以用（
1
）式计算这个力在该位移上对物体做的功。前面已经
提过，在现行的
初、高中教材中都把被做功的对象称为“物体”，如说“物体在力的方向
上通过的距离”、“物体……在力
的方向上发生一段位移”等，这里的“物体”都应理解
为可以抽象成质点的。
（
3
）功的计算与参考系的选择有关，（
1
）式须对指定参考系应用。（按习惯，凡不特加说明的，都是
以地面参考系为指定参考系。）
做功的
两个必要因素──力和位移与参考系的关系是不同的。力学中常见的作用力，有的只和相互作用
< br>的质点间的距离有关，如万有引力（含重力）、弹性力，而摩擦力本质是分子力和库仑力，它们也是由相互
作用的质点间的距离决定的；有的由宏观上看只与质点间的相对速度有关，如介质阻力。
但由经典力学的伽
利略变换可知，质点间的距离与彼此间的相对速度与参考系的选择无关
。所以，在经典力学范围内，作用力
与参考系的选择无关。但是位移作为一个运动学的量
，与参考系的选择有明显的关系。这样，综合起来看，
一个作用力的功有相对性，即与参
考系的选择有关，这是由受力质点的位移有相对性决定的。
图
5
－
16
图
5
－
17
（
4
）在注意了功的相对性之后，再来讨论一个有关位移的问题。由于实际中被做功的对象都是有
大小尺
寸的物体，所以有时会发生力的作用点（受力质点）在物体上改变位置的情况。作
用点的位置改变，不算为
作用点对指定参考系发生位移，在这个改变上该力没有对物体做
功。例如，如图
5
－
16
所示，手捏住一端固
定于墙壁上的绳并在绳上滑动，绳上不同点顺次充当手对
绳的摩擦力
F
的作用点；但各作用点均未对指定参
考系（地面）发生位移，故这个摩擦力对绳不做功。又如，如图
5
－
17
所示，子弹头射入一固定于地面的木
块中，弹孔壁上的不同点（实际上是一圈）顺次充当子弹对木块的摩擦力
F
的作用点；但各作用点均未对指
定参考系发生位移，故这个
摩擦力对木块不做功。但是，若木块不固定，在子弹射入并停止在其中的过程中，
相对地
面发生了一段直线平动位移
Δr，
则在这个位移上
F
对木块做功，
若将
F
视为恒力，
则这个功为
F?Δr。
（
5
）不同的书中会出现“力做功”及“物体做功”两种提法。那么，这两种提
法究竟有没有区别呢？首
先应该说，从原则上讲这两种提法是通用的，没有什么不同，说
物体做功，也是说物体对被做功的对象所施
的力在做功。
但仔细
玩味，
二者还是有些细微差别的。
由功是能量的传递与转化的量
度这一角度来看，
提“物
体做功”更实际一些，
所以认为它只是“力做功”的简单说法似乎粗糙了一些。
另外，
对初中学生来说，
“力
做功”太抽象了，不如“物体做
功”容易接受。当到了高层次的学习阶段，所遇到的做功的情况复杂起来了。
用“力做功
”的提法分析起来就会更精确。什么“作用力的功”、“反作用力的功”、“合力的功”、“分
< br>力的功”等等都能分得很清楚，表达得很简明。所以，“力做功”的提法会更好用。例如，对“合力的功等
于诸分力功的代数和”这一定理的表述和证明，改用“物体做功”的提法就很难进行。<
/p>
（
6
）在（
1
）式中，
若有
功，是使物体的动能减少。
＜θ
≤π，则有
W
＜
0
，即力对物体做负功。由动能定理来看，力对物体做负
在习惯上，对这个问题还有一种提
法，叫做“物体克服阻力做了功”。对这种提法存在着不同的理解。
例如，在现行的高中
教材中说：“一个力对物体做了负功，是因为这个力阻碍物体的运动，成为物体运动的
阻
力。在这种情况下，我们也常常说成是物体克服这个力做了功（取绝对值）。所以，摩擦力对前进中的机
车做负功，也可以说成是机车克服摩擦力做了功。向上抛出的物体在向上运动时，重力对物体做负
功，也可
以说成是物体克服重力做了功。”由这段话可以看出，这里是把这两种提法视为
是两件事，在前一件事中被
做了负功的物体，在后一件事中成了对外做等值正功的物体，
而隐含的转换条件就是“作用力的功与反作用
力的功等值异号”。但是，这条“规律”并
不是普遍存在的（参看后面的“内力的功”部分。）所以有人对
此提出异议，提出了“滑
动的物体在克服摩擦阻力前进的过程中，究竟是物体的哪一个力做了正功；物体在
克服重
力上升的过程中，究竟是物体的哪个力做了正功”等问题。
笔者持另一种意见，认为“力做负功”与“物体克服阻力做功
”只是同一件事的两种不同说法而已。这
里根本不牵涉物体施出的力做功的问题。后一种
说法只是被做负功的物体动能减少这一事实的代换说法；至
于所减少的动能哪里去了：是
传递给其他物体了，还是转化为物体所参与的系统的势能了，还是转化为除势
能以外的能
量形式了，亦或是这几种情况兼而有之，则纯属于另外的问题，不影响这两说法的等价性。至于
< br>这种代换说法是否完全贴切，则当别论，反正已是约定俗成了。
摘自《高中物理专题分析丛书
──
功、热量和能》，人民教育出版社
（二）联系生活、科技和社会资料
1
．柴油机车的功率与效率
以柴油机产生动力通过传动装置驱动车轮的机车。
柴油机不能自己起动，需要借助另
一小功率动力机械或高压压缩空气在无负荷（与机车动轴脱离联系）
状态下才能起动。起
动后要在一定的转速范围内才能获得足够的转矩和功率来驱动机车。而机车的速度变化
非
常大，从静止到最高速度，即动轮转速从零到最高转速。故不能将柴油机轴直接和机车轴连接，必须在两
者之间配装一套可变转速和转矩的传动装置作媒介，将动力传送到机车动轴。传动装置应能充分发
挥柴油机
功率，又使机车具有良好的牵引特性，而且效率要高。常用的柴油机车的传动装
置有机械传动装置、液力传
动装置（液力耦合器和液力变扭器）和电力传动装置。
①机械传动装
置：用机械方式变换机车动轮和原动机（柴油机）的转速比和转矩比以传递动力的装置。
柴油机经过主离合器与多挡位的齿轮变速箱相连，变速箱的输出轴通过万向轴和车轴齿轮箱连接（或通过曲
拐和连杆），驱动机车车轮。启动柴油机时，先将主离合器脱开，柴油机工作平稳后，闭合主离
合器，使机
车起动。随着机车速度的加快，柴油机转速也成正比地上升。到柴油机转速上
升到最高转速时，必须即时换
接齿轮变速箱的下一挡位，以减少变速箱输出轴和输入轴的
转速比。换挡时，先降低柴油机转速，换挡完成
后，再提高柴油机转速以增加机车速度，
直至柴油机又达到最高转速，再换接到下一挡位。柴油机在每一变
速挡位下的转速与机车
速度成正比，它的功率也就基本上与机车速度成正比，因而柴油机几乎总不能发挥它
的全
部功率的潜力。机车牵引曲线只能呈阶梯形。阶梯的级数等于变速的挡位数。级数越多，功率的利用越
好，但传动装置也越复杂、越重、越贵。柴油机车的传动装置一般为
4
～
5
级。
②液力传动装置：利用原动机驱动离心泵，使获得能量的工作液体（机车用油）冲击涡轮从而
驱动车轮
来实现传递动力的装置。
1902
年德国的费廷格提出了液力循环元件（液力耦合器和液力变扭器）的方案，即
将泵轮
和涡轮组合在同一壳体内，工作液体在循环流动，这种元件大大提高了液力传动装置的效率。
液力耦合器有相对布置的一
个泵轮和一个涡轮，泵轮和涡轮的扭矩相等。涡轮转速略低于泵轮转速，两
者转速之比即
为液力耦合器的效率。液力耦合器用于机车主传动时，效率约为
97
％。液力变扭器除泵轮和涡
轮外，还有固定的导向轮。涡轮与泵轮的扭矩之比称为变
扭比，转速比越小则变扭比越大。在同样的泵轮转
速下，涡轮转速越低则涡轮扭矩越大。
因此，机车速度越低则牵引力越大。机车起动时牵引力最大。液力变
扭器的效率只在最佳
工况下达到最大值。现代机车用的液力变扭器效率可达
90
％～
91
％。但当转速比低于或
高于最佳工
况时，效率曲线呈抛物线形状下降。
液力传动装置不用铜，重量轻，成本低，可靠性高，维修量少
，并具有隔振、无级调速和恒功率特性好
等优点。因而得到广泛的应用。
③电力传动装置：
把机车原动机的动力变换成电能，
再变换成机械能以驱动车轮而实现
传递动力的装置。
电力传动装置按发展的顺序有直－直流电力传动装置、
交－直流电力传动装置、
交－直－交流电力传动装置、
交－交流电力传动装置四种。它们所用的牵引发电机、变换器（指整流器、变送器、循环变频器等）和牵引
电动机类型各不相同。
图
5
－
18
（
i
）直－直流电力传动装置：工作原理如图
5
－
18
所示，原动机
G
为柴油机，通过联动器驱动直流牵引
发电机
ZF
，后者把柴油机轴上的机械能变换成可控的直流电能，通过电线传送给
1
台或多台串并联或全并联
接线的直流牵引电动机
ZD
，直流牵引电动机将电能变换成转速和转矩都可调节的机械能，经减速齿
轮驱动机
车动轮，实现牵引。此外设有自控装置。自控装置既对柴油机调速又对牵引发电
机调磁的联合调节器、牵引
发电机磁场和牵引电动机磁场控制的装置等组成，用来保证直
－直流电力传动装置接近理想的工作特性。
图
5
－
19
（
ii<
/p>
）交－直流电力传动装置：工作原理如图
5
－
19
所示，与直－直流电力传动装置原理相似，可以看
出两者的差异在于柴油机
G
驱动同步牵引发
电机
TF
，经二极管整流桥
ZL
，把增频三相交流电变换成直流电，
事实上
T
F
和
ZL
组成无整流子直流电机。其余
部分和自控装置主要工作原理与直－直流电力传动装置相同。
图
5
－
20
（
iii
）交－直－交流电力传动装置：异步牵引电动机结构简单，体积小，工作可靠，在变频调
压电源控
制下能提供优良的调整性能。如图
5
< br>－
20
所示，柴油机
G
驱动同步牵引发电机
TF
，产生恒频可调三相交
流电
（柴油机恒速时），经整流桥
ZL
变换成直流电，再经过可控硅逆变器
N
（具有分谐波调制功能）
再将直流电
逆变成三相变频调压交流电，
通过三根电线传输给多
台并联接线的异步牵引电动机
AD
。
A
D
将交流电能变换成
转速和转矩可调的机械能，驱动机车动轮，
实现牵引。它的自控装置由联合调节器以及对同步牵引发电机磁
场、变换器、异步牵引电
动机作脉冲、数模或逻辑控制的装置组成，从而提供接近理想的工作特性。
图
5
－
21
（
iv<
/p>
）交－交流电力传动装置：交－直－交流变频调压电能经二次变换，降低了传动装置的效率
，而且
逆变器用可控硅需要强迫关断，对主电路技术有较高的要求。为提高效率，在交－
交流电力传动装置中采用
了自然关断可控硅相控循环变频器，
如
图
5
－
21
所
示，
柴油机
G
驱动同步发电机
TF
，
发出增频可调压交流电，
经相控循环变频器
FB
变换成可变频调压的三相交流电
（降频），输给多台全并联接线的异步牵引电动机
AD
（也有用
同步牵引电动机的）。
AD
将交流电能变换成转速和转矩可调的
机械能，驱动动轮实现牵引。它的自
控装置也是由联合调节器、脉冲、数模、逻辑电路等
装置构成（但对可控硅导通程序要求严格），同样能保
证优良的工作特性。
2
．电力机车的功率与效率
①直流电力机车：装有直流串励牵
引电动机的机车，接触网电压为
1500V
或
< br>3000V
直流电压。直流电力
机车的起动和速度调节以
往是借助于调节起动电阻和牵引电动机的串联－并联转换来完成的。但这种起动和
调速方
式不能做到连续平滑地调节速度，而且电能耗损大，线路转换复杂。随着直流斩波技术的发展，逐渐
为新的脉冲调压方式所代替。在直流电力机车上通常采用牵引电动机磁场削弱的办法来提高机车的速度
，增
加机车功率。磁场削弱的级数一般为二至三级。
②交流电力机车：接触网电压
20kV
或
25kV
，单相工频为
50Hz
或
60Hz<
/p>
。在欧洲少数国家如德国、瑞典、
瑞士等国亦有采用单相低频交流
制的，此时接触网电压为
11kV
～
1
6kV
，单相工频为
16
力机车根据变
流装置和牵引电动机类型，主要有以下三种类型。
Hz
或
25Hz
。交流电
（
i
）整流器电力机车：又称单相－直流电力机车。是当前应用最广的
一种交流电力机车。在整流器电力
机车上，接触网上的单相高压交流电首先通过牵引变压
器降压，然后通过硅整流元件或晶闸管组成的整流装
置将单相交流电变换为直流电，供给
电动机。一般采用脉流串励电动机作为牵引电动机。这种电力机车有变
压器和整流装置，
因此采用改变变压器副边电压或对整流装置实行相位控制的办法均可改变整流器电压，从
而达到调节机车速度的目的。
<
/p>
（
ii
）单相整流子电动机电力机车：又
称直流式交流电力机车，采用单相整流子牵引电动机。接触网上
的高压交流电经过变压器
降低电压后，就直接供电给牵引电动机。这种机车电气设备简单，但单相整流子电
动机的
换相条件随交流电频率的增高而恶化，因此多用于单相低频交流制的电气化铁路上。
（
iii
）交－直－交流电力机车：有时又称为单相－三相电力机车。在这种机车上，接触网上的
高压交流
电首先通过牵引变压器降压整流，使中间直流环节保持稳定的直流电流。然后再
由逆变电路降中间直流电变
换为三相交流电供给三相异步牵引电动机或三相同步牵引电动
机。改变逆变装置输出的三相交流电的频率和
电压即可调节机车的功率和速度。
摘自《中国大百
科全书
?
物理卷》，中国大百科全书出版社
(
三
)
实验参考资料
1
．研究弹簧的弹性势能与形变的关系
弹性势能无法直接测量。本实验让
弹性势能转换为物体的动能，然后通过测量物体的动能来比较原来弹
性势能的大小。
器材
气垫导轨，气源等。
操作
（
1
）
把两弹簧的一端与滑块连接，
另一端固定在导轨的两端。
在滑块上装上一个挡光框，
待滑块静止后，
将光电
门放在平衡处，使挡光框正好挡住光线。
图
5
－
22
（
2
）毫秒计的功能开关置
S
2
挡，时间选择开关用最小的一挡。使滑块偏离平衡位置
10
．
0cm
（从导轨的
标尺上可看出
），由静止释放。滑块经过光电门时，毫秒计记下挡光时间
t
，
如果挡光框两前沿之间的距离
为
d
，则
滑块经过光电门时的速度
v=d/t
。如果滑块的质量是
m
，则滑块的动能
。
（
3
）改变滑块偏离平衡位置的距离
x
（例如<
/p>
15
．
0cm
，
20
．0cm……），重复操作（
2<
/p>
），得到若干组（
x
，
< br>E
k
）值。
（
4
）作
E
k
－
x
图，得到一条过原点的直线，说明弹簧的弹性势能与它的形变的平方
成正比。
2
．实验验证机械能守恒定律
（
1
）用单摆做定量测量：装置如图
5
－
22
所示。在长
l
约
0
．
5m
的细
线下端拴一个质量为
m
的金属球，
细线
的上端用两片形状如图中
N
所示的木片夹牢，木片由烧瓶夹
J
固定在铁架
(
图
中未画出
)
的上部。水平木
条
T
也装在铁架上部，铁架下部装一个刮脸刀片
D
，刀片平面取水平方向，刀刃应与摆线的运动方向
v
斜交
而不要垂直（见俯视图），这样才能迅速把线割断。仔细调整刀刃的位
置，使之恰好能在球摆到最低点时把
线割断，割断处应尽量靠近摆球。在水平地面上放一
张白纸，上面再放一张复写纸，即图中的
E
。
< br>
实验方法是：在摆球静止
时，量出摆长
l(
悬点
O
到球心距离
)
和球的下缘到地面的竖直高度
H
。以木条
T
为基准，
把摆拉成水平，自
A
点由静止开始释放。摆到最低点
B
时，线被割断，球被平抛出去，落在复写纸
E<
/p>
上，打出痕迹，记录下落地点
C
。再量出
水平射程
s
。利用平抛运动规律
(
学生没有学过，可直接告诉学生
)
2
求出球在
B
点速度
，
再计算球由
A
到
B
过程中动能的增加量
。由
l
值计算
球由
A
到
B
过
程中重力势能的减少量
ΔE
k
=mgl
。最后看
ΔE
k
是否与
ΔE
p
近似相等而得出机械能
守恒的结论。
没有配备打点计时器的学校，还可以用此法让学生做分组实验。
图
5
－
23
（
2
）用气垫导轨：先非常仔细地把导轨调成水平，然后如图
5
－
23
所示用垫块把导轨的一端垫高
H
。滑
块
m
上面装
l=3cm
的挡光框，使它由轨道上端任一处
滑下，测出它通过光电门
G
1
和
G
2
时的速度
v
1
和
v
2
，就可
算出它由
G
1<
/p>
到
G
2
这段过程
中动能的增加量
。
由图可知
，
由已知的
L
值和所取的
H
、
s
值可算出
h
值，
再算出滑块由
G
1
到
G
2
< br>这段过程中重力势能的减少量
ΔE
p
=mgh
。
由实验结果可看出
ΔE
k
≈ΔE
p
从
而证明机械能守恒。实验时，
s
值要取得小些，可减少滑块克服
阻力做的功，使结果
ΔE
k
与
ΔE
p
两个值更
接近。
（
3
）也可以用相反的过程来验证，如图
5<
/p>
－
24
所示。用轨道下端支架上的橡皮筋
把滑块以足够的初速度
(
但不宜太大
)
弹出，使之沿轨道向上端运动，测定它由
G
1
到
G
2
过程中动能的减少量和势能的增加量，看两者
是否相等，测算方法同前。
图
5
－
24
也可以测算若干点的总机械能，看
是否相等。令滑块
m
从轨道上端某一点
A
由静止开始下滑，重复多次，
改变光电门
G
的位置
C
，测出滑块到达不同点
的速度
v
。以标尺末端的水平面
BD<
/p>
为零势面，确定所测各点的
高度
h
，
。然后计算出
每一点的总机械能
E
＝
E
k
＋
E
p
< br>，看它们是否相等。注意要使
C
点距
A
点近
一些，这样实验结果的误差较小。
< br>
摘自《高中物理第一册（必修）教学参考书》，人民教育出版社
1
．重视对物理结论形成的过程和方法进行优化设计
为得到曲线运动速
度方向是沿曲线某点的切线方向这一结论，教科书设计了以下过程：
教科书没有在过程
1
之后就匆匆形成结论，因为过程
1
< br>列举的是圆周运动的情况，圆周运动是曲线运动
的一种特例，通过一个特例来概括
出普遍结论，这不利于形成学生的科学思维；另外，过程
1
仅仅
是一种实
验现象，只有把实验现象和理性分析结合起来形成结论，这才是更科学的研究方
法，过程
2
和过程
3
< br>就是基
于这种考虑而设计的。因此，对于这段教科书，过程
1
可以看成是根据部分事实得到的猜想，过程
2
和过程
3
可以看成是对该猜想所进行的实验和理论上
的证明。
过程
2
除了其任意曲线的轨道具有普遍意义外，让学生体验严
谨的实验过程也是编写意图之一。因为过
程
2
< br>不是和过程
1
那样光凭眼睛一看就了事，而是要记录小球
运动的轨迹，用直尺判断出小球脱离轨道后的
运动轨迹是在脱离点的曲线切线上。这就存
在着一个如何收集信息和分析、处理信息的问题，它使学生感觉
到，一个实验结论的形成
并不是草率的。
过程
3
隐含着极限的概念。
A
B
割线的长度跟质点由
A
至
B
的运动时间之比，等于
AB
过程的平均速度大
小，其平均速度的方向由
A
指向
B
。当
B
非常接近
A
时，
AB
割线变成了过
A
点的切线，同时
AB
间的平均速度
近似等于
A
点的瞬时速度，因此质点在
A
点的瞬
时速度方向就是过
A
点的切线方向。教科书用了一连串的几
根虚线来展现这种极限的思想。
2
．通过探究形成对抛体运动的认识
抛体运动是本章的重要知识，教科
书用了两节课来展开平抛运动的教学过程，它和传统的做法有很大的
不同。
教科书先通过实验来
探究平抛运动的特点，再从理论上分析平抛运动这些特点的道理，进一步扩展对抛
体运动
规律的认识。“探究平抛运动的特点”这节课的实验属于探究性的，而不是验证性的。
探究活动必须符合逻辑，探究结论
的获得应该有一个递进的线索。教科书采用了先探究平抛运动在竖直
方向的特点，在获得
结论之后，利用竖直方向做自由落体运动的结论，进一步探究平抛物体在水平方向运动
的
特点。这样处理，有利于学生形成正确的逻辑思维，使学生在自己的知识基础上，通过实验和逻辑分析，
一步一步“侦破”平抛运动的奥秘。尽管实验装置和传统做法没有很大的区别，但实验的功能和教
学线索都
截然不同。
“抛体运动的规律”这一节课相比传统教科书有两个特点：第
一，本教科书比较注重体现抛体运动普遍
规律，而不仅仅是具体的平抛运动解题方法。第
二，本教科书注重跟数学学科的横向联系，把数学中的学习
内容及其术语跟物理学融合起
来。
3
．构建向心加速度的合理知识结构
传统教科书是先学向心力，再根据
向心力用牛顿第二定律导出向心加速度。在这种结构下，学生只有动
力学中的向心加速度
的概念，没有运动学的向心加速度概念，对向心加速度的认识，学生只是停留在“向心
力
产生向心加速度”这种逻辑性的理解上。再加上“决定向心力大小的因素”是通过实验来得出结论的，由
于实验装置比较复杂，难以作为一个学生实验项目，而且实验中向心力的体现比较间接，学生要真
正掌握这
个实验，确有难度。因此，在这种情况下，学生建立的向心加速度概念，不仅基
础欠牢，而且，学生所知道
的向心加速度只是一个通过向心力公式演绎的逻辑关系，并不
体现“物体速度变化的快慢”这一加速度的本
质含义，也就是说，在传统教科书中，学生
所知道的向心加速度的知识结构具有一定的局限性。
本教科书关于向心加速度的教学设计，其内容和结构都跟传统
教科书有很大的不同。内容上，本教科书
在学生的原有加速度概念的基础上来讨论“匀速
圆周运动速度变化快慢” 的问题，
让学生知道向心加速度能
够
表示匀速圆周运动物体速度变化的快慢究竟是怎么一回事；结构上，向心加速度安排在线速度和角速度知
识之后，使学生对描述匀速圆周运动的几个物理量有一个大致的了解。然后，在向心加速度概念的
基础上用
牛顿第二定律推导向心力公式，并通过简易的圆锥摆实验来验证向心力公式，最
后安排了一个“做一做”来
体验向心力公式中
F
跟
r
的关系。也就是说，教科书在知识的结构方面，从
了解运动的规律过渡到了解力跟
运动关系的规律；在学生认知过程方面，采用理论、实验
、体验相结合的教学安排，这对学生正确构建向心
加速度和向心力的知识是很有必要的。
4
．抓住要害，放慢过程，降低级阶，化解难点
把向心加速度放在向心力之前，从
运动学的角度来学习向心加速度，向心加速度自然成了一个难点。要
化解这个难点，首先
要抓住要害，该要害就是“速度变化量”。因为加速度等于速度变化量
Δv
跟时间
Δt
的比值，
运动时
间
Δt
不会构成学生理解加速度的障碍，
只要学生能对圆周运动的速度变化量
Δv
有所认识，
向心加速度概念的建立也就完成了一大半。因此，教科书专门给“速度变化量”设立了一个标题，
通过具体
的数据，先介绍直线运动的速度变化量，然后逐渐过渡到曲线运动的速度变化量
，并让学生掌握怎样通过作
图求得曲线运动的速度变化量。
随后，在学习向心加速度时，教科
书进一步放慢了教学节奏，把整个对向心加速度方向的分析明确地分
成了
5
个步骤，一步一个脚印地沿着圆周运动速度变化量的思路来分析向心加速度方
向。由于这些步骤操作
性很强，而且每一步与下一步之间的台阶都不高，这就有利于学生
攀登，从而化解了这个难点。
<
/p>
在学习向心加速度的方向时，
学生已经认识到匀速圆周运动中
a=Δv／Δt
的含义，
因而教科书在此基
础
上直接给出了向心加速度公式。为了使学生能自己经历一次关于向心加速度公式的推导
过程，教科书设计了
一个“做一做：探究向心加速度的表达式”。“做一做”注意了对学
生进行有目的、有分寸的指导，使学生
明确探究的出发点、方向和途径（但并不提供具体
的步骤），由于教科书在向心加速度方向的教学环节中已
经有所铺垫，为这个“做一做”
搭起了一个台阶，相信学生在“做一做”中能够品尝到自己探究的成果。
5
．统一
的探究思路和不同的实验方案相结合
在“探究平抛运动的特点”这节课中，教科书给出了明确的探
究思路，但没有列出确定的实验步骤，而
是介绍了三种不同的实验方法和装置。这样做的
目的，是使学生重视探究的科学思想，在对这些案例理解的
基础上，根据自身的条件，创
造性地设计自己的探究方案，避免死记实验装置、步骤的条文。
6
．重视学生的体验
本教科书重视学生对物理现象的深
入观察和对物理规律的亲身体验。
学生经过了深入观察和亲身体验后，
< br>物理知识不仅容易领悟而且印象深刻。
学生学习了曲线运动的方向后，教科书让学生做一个“飞镖”
，观察飞镖在空中做斜抛运动时飞镖指向
不断改变的情景，观察飞镖落至地面插入泥土的
指向，联系飞镖在空中做曲线运动的轨迹，体会曲线运动的
速度方向与轨迹曲线相切的关
系。
学
生在学习了向心力公式后，围绕着“半径大向心力是大还是小”的问题，教科书设计了一个“做一
做”，这是一个体验性实验。学生通过实验，体验“匀速圆周运动的物体在线速度不变时半径越大的向心
力
越小”的感觉，体会实践中的“半径大、线速度不变”是怎么一回事；通过这个实验，
让学生体验“匀速圆
周运动的物体在角速度不变时半径越大的向心力越大”的感觉，体会
“半径大、角速度不变”的实践意义。
一般来说，“半径大向心力是大还是小”的问题，
只要通过对向心力公式进行讨论就可以得到结论，但通过
体验性实验后，学生能把物理公
式中的常量、变量和实验的具体条件联系起来，其认知的水平就上了一个层
次。
7
．练习题的设计重视“情感、态度与价值观”目标
各节后的练习题，除了体现课文中的主干知识之外，设计时，
还慎重地考虑了“情感、态度与价值观”
目标的实现。首先，练习题难度的水平，既要有
利于学生积极思考、又要使学生在独立思考的情况下体验到
解决问题的愉悦。同时，练习
题的内容尽量贴近学生的生活，学生通过做练习这种学习方式，对物理学产生
亲近感。例
如，在曲线运动的练习题中，编写了一个以跳水运动员“反身翻腾两周半”为实践背景的曲线运
< br>动方向分析问题；在圆周运动学习角速度后，编写了一个跟电脑软磁盘知识有关的角速度的计算题；在学完
圆周运动后，教科书通过展现一张过山车的真实照片，并把它抽象成一个物理实验模型，
计算过山车到达圆
轨道上方不会掉下来的条件。又例如，在学习了平抛运动的规律后，设
计了一个以汽车司机超速行驶而肇事
为背景的平抛运动问题，尽管从物理学的角度看，这
是一个已知平抛运动的抛出高度和水平位移求平抛初速
度的常规问题，但是由于赋予了实
践的背景，物理知识被活化了。可以想像，如果在教学中让一名学生扮演
检察官，陈述汽
车超速行驶的物理学根据，另一名学生扮演肇事司机的律师，从物理学的角度对检察官的陈
述提出质疑，让学生自告奋勇地选择角色上台辩论，场面将是热烈的，这时候，学生跟物理学的距离便一下
子拉近了许多。
8
．教学目标和要求
这章教材涉及的曲线运动，是在自
然界和技术中比前面所学直线运动更普遍的运动形式，研究曲线运动
是力学研究的必然。
在以前
研究直线运动时，学生建立了一套研究物体运动规律的方法，将这一套研究方法推广到研究曲线
< br>运动，是认知发展的必然。
教材在
42
页旁批中写道：
“在第四章牛顿运动定律的学习中我们已经体会到，
已知物体受力情况而想
知
道它的运动情况时，要先对物体所受的力进行分析，然后应用牛顿定律得到物体的加速
度，进而根据运动学
的规律得到物体的位置与时间的关系。
在研究抛体运动时，我们的思路基本相同。不同的是，抛体的运动发生在平面内，需要在
x
、
y
两个方向<
/p>
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，然后再根据要求做
综合处理。”
< br>这章教材在知识上是对物体运动形式的扩展，在方法上是对研究物体运动规律的方法认识的深入。
本章分为两大部
分，前一部分研究抛体运动及为此所做的准备；后一部分是圆周运动。
本章教材的思路是：
·展示实例，说明曲线运动的方向
·讨论物体做曲线运动的条件
·由于曲线运动的轨迹不再是直线，所以选择在平面坐标系中
研究曲线运动
< br>·以实例说明在平面直角坐标系中如何研究物体的运动，运动的合成与分解
·探究平抛物体的运动规律
·圆周运动，线速度，角速度
·匀速圆周运动
·运用极限思想讨论向心加速度的大小和方向
·通过牛顿第二运动定律推导向心
力，并用实验验证向心力的表达式
·生活中的圆周运动
课时分配建议
第一单元
第一节
曲线运动
1
课时
第二单元
第二节
运动的合成与分解
1
课时
第三节
探究平抛运动的规律
1
课时
第四节
抛体运动的规律
1
课时
第三单元
第五节
圆周运动
1
课时
第六节
向心加速度
1
课时
第七节
向心力
1
课时
第八节
生活中的圆周运动
1
课时