高中物理课标教科书(人教版)介绍

1、.高中物理课标教科书（人教版）介绍选修：3-5第16章一、内容概述1.通过实验，探究碰撞过程中的不变量（守恒量），体验探究自然规律的过程，并为引入动量概念做准备。2.由不变量可能具有的重要性，引入动量概念（历史追问），概括出动量守恒定律（多种实验）。3.从牛顿运动定律推出动量定理、冲量概念。动量守恒定律（理论的审视：自洽与统一）。三个定律表现在哪里的理解4.动量守恒定律的普适性超越牛顿定律5.动量守恒定律（和能量守恒定律）的一些应用二、重点、难点和疑点的分析与解读1.物理概念的重要性与动量概念几种引入的比较·名家论概念：概念是科学的细胞，也是科学的最高成果。黄昆：“客观的规律一般都是

2、通过一定的科学概念认识的，而这些概念本身，就在一定程度上反映着规律的本质。” 威腾：“大多数缺乏物理学素养的人或许以为物理学家所做的无非是一些极端繁杂的计算而已，但事实上这不是物理学的精髓所在。重要的是，物理学注重概念，如何理解概念以及大自然运行的原理物理学主要是发展概念的一种学问。”霍布森：“物理课程的一条重要原则是：概念优先于计算学生在传统的课程中只学到了如何解某种标准类型的题目，没有实际学到物理概念，而这才是一门课程的关键。”·问题：怎样引入概念才体科学及科学教育的本质特征？·动量概念的几种引入之比较引入一：（略）问题：引入二：“运动学”+“动力学”（）缺点：缺少历史

3、追问匀加速特例不引入，就用有何不可？引入三： 历史追问之一。劳厄：“物理学的任务是要发现普遍的自然规律，而且又因为这样的规律性的最简单的形式之一，是它表明了某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向。” 历史追问之二。霍耳顿：“从历史上看，一般说来，这（引入新的概念）永远是走向科学进步的最有力的方式之一。”理论自洽性和统一性的审视是构建科学理论体系时不可缺少的。结论：反映科学研究和进步的本质特征过程和方法的教育寓于其中2.怎样认识动量守恒定律与牛顿运动定律的关系·从牛顿运动定律可以推导出动量守恒定律第一定律：惯性参考系（系统无外力）第二定律：（P

4、11）第三定律：守恒式·如何认识牛顿三个运动定律第一：牛顿力学的基石，力学的第一原理（科学革命）第二：牛顿力学的核心。给出了F和m的量度。实验约定与实验的递进。爱因斯坦：“约定是我们精神的自由活动的产品，但自由并非任意之谓，它要受到实验事实的引导和避免一切矛盾的限制；约定是我们强加于科学的，并未强加于自然界约定有巨大的方法论功能，在从事实过渡到实验定律，尤其是从实验定律上升到原理时，其方法论功能更为显著。”第三：不仅是牛顿物理学的支柱，其广义现代模式还是整个物理学的支柱。牛顿第三定律与动量守恒定律相联系。但在牛三律不成立之时，动守恒率仍成立。不管宏观物体，还是微观粒子，只要它们与它物

5、（包括场）发生作用，自身动量改变，它物（场）之动量必发生等量反向之改变。第三律的广义现代模式：任何影响其他事物的物体（事物）都会受到那个事物的相应影响。它适用一切物理现象，直至可描述时空与引力（广义相对论）。惠勒：“时空界定了物质的运动方式；物质则界定了时空的弯曲方式。”此言有通俗表述。选修：3-5第17章一、内容概述1.了解能量量子化观念产生的背景与内涵（黑体及其热辐射之规律；能量子的表示式；连续性观念到量子化观念；新物理思想的基石）2.了解光电效应的实验规律及爱因斯坦光电效应方程。知道康普顿效应；理解光子的概念及其能量和动量的表达式（h之意义波粒之桥梁；）3.了解物质波的提出背景与思路（光

6、的波粒二象性与对称性和类比思考：）及实验验证4.了解概率波的含义，知道不确定关系（经典粒子：位置与速度轨道；经典波：弥散空间，时空周期性即。此实为两种物理模型；，波粒二象性的必然）不能准确知道单个粒子的运动，但可以准确知道粒子何时到达何处的概率。二、重点、难点和疑点的分析与解读1.关于微观世界物质客体运动特点与基本规律的初步认识·19世纪末年之前的物理学19世纪末年之前的物理学是人类对宏观世界中物质客体运动的特点及规律的认识。经典力学研究的是宏观物体机械运动的特点及其规律。热学研究的是宏观物体系统的热现象及其规律。尽管它也从原子和分子运动的角度去阐释宏观热现象及其规律的微观机理，但那

7、不过是在宏观物体机械运动的研究中抽象出来的“质点”概念的“原子化”和“分子化”，即单体的原子和分子运动依然服从经典力学的规律。这不免有“强加”之嫌，何况在那个时代，虽然物质由原子、分子组成的观点已被接受，但人们毕竟尚未验明原子和分子的“正身”。电磁学研究的是带电体的宏观电磁效应及其规律，而且带电体所带正、负电荷“寄生”于何物也只是一个具有科学特征的假说。1875年，洛伦兹的电子论把经典电磁理论推上新的高峰，但电子这个“高傲的公主”还依然“锁在深闺人未识”。·世纪之交的发现及其提出的科学问题直至19世纪末期，1895年伦琴发现了X射线，1896年贝可勒尔发现了天然放射性，1897年汤姆

8、孙发现了电子，微观世界的面纱才被在真正意义上揭开了。于是，微观世界中物质客体的运动具有哪些特征和规律，作为一个科学问题，摆在物理学家的面前。·科学问题的发生和解决往往并非是一种单通道热辐射与普朗克科学问题的发生和解决往往并不是一种单行道。对微观世界物质客体运动特点和规律的研究就是这样。大约从19世纪50年代开始，一些物理学家认识到研究物体热辐射问题的重要性。以基尔霍夫为先导，兰利、帕邢、卢梅尔、鲁本斯、斯特藩、玻尔兹曼等做了大量工作。他们测量了物体热辐射能量按波长（频率）的分布曲线，发现对于一般的物体，辐射的情况除与温度有关外，还与物体的材料及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的能量按波

9、长的分布只与黑体温的温度有关，这必定反映了某种具有普遍意义的客观规律。于是，黑体辐射的研究成为核心问题。和其他物体一样，黑体的电磁辐射虽然表现为宏观现象，但它一定源于物质内部微观带电粒子的运动。根据这种认识，19世纪末，以维恩以及瑞利和金斯为代表的许多物理学家企图从已有的经典理论出发，导出与辐射分布曲线吻合的理论公式。他们都把黑体辐射归结为组成黑体的带电粒子的谐振动的电磁辐射，而这些谐振子都处于热平衡状态。不同的是，维恩认为谐振子辐射能量按频率（波长）的分布类似于麦克斯韦速度分布律，而瑞利和金斯认为辐射能量按自由度均分，从而导出了不相同的公式。维恩公式只在波长较短、温度较低时与实验结果相符，在

10、长波区则出现明显偏差。瑞利公式在长波和温度较高时与实验结果相符，但在短波段则完全不符合实验结果，甚至出现了“紫外灾难”。在维恩、瑞利和金斯推导出他们的公式时，都坚持带电谐振子辐射和吸收的能量可以连续变化的经典物理学观点。鉴于他们的公式不能完满地解释黑体辐射规律，1900年普朗克引入史无前例的特殊假设：每个谐振子只能吸收或发射不连续的一份一份的能量，这个能量正比于振子频率，并且只能是最小单元（能量子）的整数倍，即。这就是能量量子化假设。由此得出的普朗克公式与实验曲线符合得极好。能量量子化假设不仅在解决热辐射问题时是必要的，而且在解释其他许多经典理论无法解释的现象时也是必须的。例如，在解释多原子气

11、体比热随温度而变化的规律时，必须认为它们的振动能量和转动能量是量子化的；解释固体在低温下的比热时，必须认为晶格振动能量是量子化的，等等。普朗克的能量量子化假说向人们揭示了微观世界物质客体运动的一个基本特征，并给出了微观客体能量量子化的最基本的规律。在此之前，人们都认为由宏观世界过渡到微观世界只不过是物理量的数量变化，而宏观现象所遵从的基本规律则一成不变地适用于微观领域。正是能量量子化第一次冲击了这种传统，成为物理学发展史上一个重大的转折点，具有深刻的意义。·光电效应与爱因斯坦（作为能量角度之光子）随后，由于把光看成是电磁波并运用经典电磁理论无法解释光电效应的实验规律，1905年爱因斯

12、坦推广了普朗克假说，指出不仅谐振子的能量以及它的电磁辐射是量子化的，而且辐射场本身也是量子化的，即光本身是由不连续的能量单元所组成的能量流，每一份单元能量为，称为光子。由此，光电效应的全部实验结果就可得到圆满解释。光电效应和此后的康普顿效应证实光子是基本粒子之一，具有质量、能量和动量等通常粒子所具有一般属性。于是，从宏观角度看来的波在微观上也是量子化的，或者反过来说，光子也具有波动性。·康普顿效应（作为动量角度之光子）光入射介质中与物质微粒相互作用，传播发现发生改变，即光的散射。石墨对x射线散射后。>。两种经典理论：散射光之同。康用光子解释：0为光子有动量与晶体中电子碰撞（动量

13、、能量守恒），解出0和。·德布罗意的贡献1924年，德布罗意提出，电子等微观粒子也应具有波动性，波的频率和波长与粒子的能量和动量一如光子和光波的关系，分别为。三年之后被实验证实。这就表明微观粒子具有波粒二象性，它是微观领域物质客体运动的又一特征，而波动性与粒子性相互联系的最基本规律表现为德布罗意给出的关系。·玻恩的智慧·海森堡的领悟微观粒子运动特征还表现为描述粒子的坐标和动量不可能同时具有确定值，它们不确定度的乘积为这就是海森堡不确定关系。它直接表明微观粒子的运动不存在轨道，从而经典力学描述质点运动的方法失去意义。此外，它也意味着，在微观世界里谈论静止的粒子是没有

14、意义的。因为粒子静止意味着动量为零，且坐标确定，而这是违背不确定关系的。除了坐标和动量的不确定关系之外，还有能量和时间的不确定关系 式中是粒子处于某状态的时间（寿命），是该状态的能量不确定度。这也是与经典理论完全不同的。2.认识物理学的每一重大发现都改变着人类的自然观、科学观和思维方式·物理学不仅以其概念、原理和规律揭示了自然界中物质运动的诸多真理，而且还在建立这种知识体系的过程中，发展了科学思想方法，推动着科学的继续进步。除此之外，还应指出的是，它的知识和思想对人类活动的广阔领域都产生影响，成为人类文化的重要组成部分，也就是说，它的每一次重大发现，都改变着人们的自然观、科学观和思维

15、方式，成为人类思想和观念进步的伟大阶梯。我们知道，场（引力场、电磁场）与物质经常在相互作用着，因而它们交换能量。但是长期以来，人们总是把这种能量交换过程想像成是连续性的。例如，物体在热辐射，也就是辐射电磁波时，就把自己的一部分能量交给场，但它可以交出去稍微多一点或稍微少一点，也可以稍微稍微多一点或稍微稍微少一点。就是说，这个“稍微”可以随便多小。另一方面，当物体吸收电磁波时，也同样可以从场中接收随便多少能量，就好像你可以随便从杯子里喝下多少水一样。这种交换能量的数量的连续性，用科学的语汇来说，就是可以任意分割的。在以往的物理学中，甚至在整个自然科学中，人们总认为能量具有连续的物理性质，也总是把

16、物理过程想像成是连续的。这条公理般的自然信仰，仿佛不需要证明，也从未被任何人证明过，但它又似乎是那样地深入人心。莱布尼兹曾经说过：“现在把未来抱在怀中，任何一个给定的状态只能用紧接在其前面的那个状态来解释自然界不会突变。如果要对此提出疑问，那么世界将会出现许多间隙，这就迫使我们去乞求神灵来解释自然现象了。间断性同科学格格不入。”可是，在黑体辐射面前，普朗克做出了经典观念所不允许的事情，而实验证实他是正确的。科学深入到一个新的领域，在这里没有神灵的位置，有的只是一种新的思想，一种新的观念产生了。1900年，普朗克告诉人们，辐射的能量是一份一份地向外发出的。但是，事实上真的有什么量子吗？人们更多地

17、认为，被某种未知的自然机制辐射出去的这一份一份的光，立刻就融合进连续的光流，即电磁场之中了。量子不过像落进大海中的水滴，它在那里立刻就失去了自身的独立性，失去了自身的空间位置和液滴形状。1905年，爱因斯坦告诉人们，辐射出去的量子是一种小的实体，它在空间中还保有自身的个性，光一份一份地发出，它事实上是以量子流的形式存在着，当它照射到金属上时，有可能激起电流。光电效应成了光量子的见证。于是，普朗克的一份份辐射变成了爱因斯坦的光量子，电磁场的微粒特性被揭示了。当普朗克为能量子假说领取诺贝尔奖时，他指出是爱因斯坦跨出了说明物质世界具有量子性质的真正一步。杰出的思想结出了科学进步的果实。随之导致了德布

18、罗意实物粒子具有波动性的见解，并很快被实验所证实。·一种新的自然观，物质具有波粒二象性的认识树立起来了，物质要么是粒子，要么是波的观念被破除了。鉴于海森堡的不确定关系，我们不可能准确地知道单个粒子的运动情况，因而在微观世界不再存在决定性的因果律。但是我们可以准确地知道大量粒子运动的统计行为，即在微观世界存在着统计性的因果律。· 所有这些都深刻地改变着人们的思维方式，也包括人们对科学本身的认识。在经典物理学中，对于不同的宏观对象，我们分别建立了粒子模型和波动模型，并得出了它们的运动规律。粒子模型和波动模型都以我们的直接经验为基础。然而，对于微观对象的属性，我们缺少直接的感知。

19、可是我们也要设想一些模型，以分析和研究它们的运动规律，微观粒子的波粒二象性就是这种模型。只是以我们的宏观经验来衡量，这种模型的行为显得十分古怪，以至于连爱因斯坦都说，古怪得让我们的想像力都力所不及。但是，只要基于这种模型建立的概念及理论与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确地代表我们所研究的现象。在这个意义上，海森堡曾说：“自然科学并不是自然界本身，它是人类和自然界关系的一部分。”总之，通过装载经验的理论以及负荷理论的观察和实验，科学可以让人类领悟客观实在。这一信念以已有科学成果为基础，也是一切未知科学的基础。3.引导学生学会像科学家那样去思考·科学文化素质不仅指科学知识方面的素养

20、，它还有更高的层次，就是科学方法、科学意识和科学精神。知识是方法的基础，但这并不意味着知识可以自动地转化为方法。培根说过：“学问并不把它们本身的用途教给我们，如何运用这些学问乃是学问以外的、学问以上的一种智慧。”他所说的“学问”就是具体的知识，而“智慧”则是对科学方法的把握。物理学重视概念是怎样形成和演变的，它的理论体系又是如何发展和完善起来的。这些历史的追问能使受教育者感悟物理学的发展是由一次次重大思想的突破和研究方法的进步所结晶出来的。这其中包含着对传统观念的一次次解脱和前辈科学家的独特思考与探索。引领学生从中接受科学思维和科学方法的熏陶，从科学嬗变的历史轨迹中，领悟科学探究的精髓，激发学

21、习科学、探索未知的勇气与信心，是物理教学的“画龙点睛”之笔。·由于人们探求新光源以及工业上高温测量的需要，导致了黑体辐射的实验研究；经典物理理论难以解释其实验结果导致普朗克提出能量子的假说；以能量子假说和相关物理知识为基础的推理导致理论与实验结果的完满吻合，从而开启了物理学的新纪元。·光电效应实验规律与经典电磁理论的矛盾导致爱因斯坦提出光量子假说；基于光量子假说得出的光电效应方程圆满解释了光电效应并得到密立根实验的进一步支持，这就跨出了真正说明物质世界量子性的科学脚步。·在普朗克能量量子化和爱因斯坦光量子理论成功的基础上，德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法出

22、发，提出“整个世纪（指19世纪）以来，在光学上，与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究；而在实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子方面的图像想得太多，而忽视了波的现象？”这导致人类对微观粒子波粒二象性的崭新认识，揭开了量子力学的帷幕。·所有这些不都是鲜明地表明了科学探究的一般特征，展示了对传统观念的解脱以及重大科学思想的萌发与突破吗？我们不可能使每一个中学生都具有科学家那样渊博高深的知识，但却可以引导他们像科学家那样去思考问题，增长一点科学创造的灵性与聪慧。诺贝尔物理学奖获得者汤川秀树说：“对旧有知识的熟知和对新事物的敏感是一个人创造力的基础和源泉。”物理教学

23、应该培育学生对新事物敏感的思维品质，鼓励他们敢于解脱传统观念，勇于提出新见解。长此以往，假以时日，中国学生习惯于墨守成规，批判与创新意识淡薄的状况，庶几可以改观。果如此，教育幸甚，民族幸甚！选修：3-5第18章一、内容概述1.了解电子发现的基本历程及其意义（莫可破与原子结构问题之提出）2.了解粒子散射实验与原子核式结构模型；知道原子核的电荷与尺度3.了解氢原子光谱及其对玻尔的启示（光谱是原子的照片）4.了解玻尔原子理论的基本假设及其对氢光谱的解释；知道其实验验证及玻尔模型局限性5.了解激光的机理；知道一些激光器的大致情况。二、重点、难点和疑点的分析与解读1.原子结构发现的历史过程展现了重要的科

24、学研究方法及科学进步的基本特征。·在科学研究中，人们通过对观察与实验事实的分析，提出模型或假说（两种猜想形式），这些模型和假说又在新的实验中经受检验。正确的被肯定，经不起检验的被否定。在新的基础上再提出新的学说。科学研究就是这样不断进行。科学就是这样不断进步。·科学发展的历史，就是一部既继承传统又发展创新的历史。要通过各种事例，树立这种观念。汤姆孙发现电子原子。莫可破。严复。阴极射线的研究与电子发现（光与粒子）汤姆孙的“极不情愿”。伦瑟的顽固。爱因斯坦：“电子，这个来自尚未被认识的世界的客人，是会讲出那个世界的什么事情和它所遵守的规律来的。”大多数：不承认电子的存在，也就意

25、味着置身于物理学之外，从而丧失物理学的未来。卢瑟福的核式结构汤姆孙模型之优（稳定、电磁辐射）与劣（正、负电不对称；勒纳德高速电子穿透金箔表明什么）卢之发现及散射实验卢对核式模型之疑虑（不稳定），发文指出：“在这一阶段，还不能探讨原子的稳定性问题。”“稳定性似乎取决于原子结构的细致之处，以及组成它的带电部分的运动。”氢原子光谱：巴耳末：“我不敢对这个公式的物理意义发表意见，但看起来似乎这个领域的最终目的是要探求物质内部的最深本质氢是目前已知物质中原子量最小的看起来注定要靠它打开研究物质本性的道路。”玻尔的顿悟：“我刚一看见巴尔末公式，一切就在我眼前立即明朗起来！”光谱是原子的照片，以某种方式反映

26、了原子的稳定性！ 分立光谱表明原子的能量不是任意的，而是不连续变化的，跳跃式变化的，像楼房的楼梯。电子（人）不能稳定地站在楼梯的侧面上。此为定态。光怎样发出：从一个定态跃迁到另一定态，如同人跳楼梯。分立在这里玻尔继承了卢、普、爱，但发展了新的内容，进入了新领域！于是提出：A.轨道量子化与定态（电子轨道：定态原子）B.电子跃迁导致辐射，其频率圆满解释氢光谱，且其能量量子化的结论被夫赫证实2.怎样看待玻尔原子理论及其向量子力学的过渡·玻尔的两个假设何以发展成一个理论？什么样的轨道是定态，即一个进一步假定： 电子绕核匀速圆周运动：向心力为库仑力两式联立得总能量辐射频率里德堡常数，与实验测得之值符合很好·问题在哪里？只对H和类H离子有效的假定之人为性量子假设与经典概念与规律混用（1、3、5与2、4、6）何时何因发生跃迁：玻尔指望卢说：“我的核式行星模型得救了！”但卢却说：电子是怎样决定跃迁的？是“自由意志”还是“自然界的真实画面”？·发展的历程德布罗意的“驻波”岸边人数海浪1、2、3以断续的记数来描述一个连续过程之各个阶段；钟的嘀答声亦数出了钟摆的连续摆动连续过程：周期性重复。波是一种具有时空周期性的运动如果玻尔的电子对应某种波（相应有），则只有其轨道周长为之整数倍者，才能确保某种确定的时空周期