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aoa体育网首页:最新修订版(人教版)高中物理教材编写说明(选修二)

来源:aoa体育入口 作者:aoa体育官网app下载 时间:2022-09-28 04:48:16
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  本章在必修第三册介绍磁场知识的基础上,进一步学习磁场与通电导线、带电粒子之间的相互作用.本章共 4 节,第 1 节和第 2 节按照先讲宏观、后讲微观的顺序分别介绍了安培力、洛伦兹力. 第 3 节介绍了带电粒子在匀强磁场中的运动规律,第 4 节以质谱仪与加速器为例介绍了概念规律的应用.

  具体来说,编者在内容选取和活动设计时,注意通过整体设计进一步发展学生的运动与相互作用观念,紧密联系生产、生活实际,帮助学生发展科学思维和科学探究等素养.

  通过对安培力和洛伦兹力的学习,进一步帮助学生形成物理观念. 教材中安排的安培力和洛伦兹力的内容,是学生继续从场的观点认识相互作用的好素材. 教材在帮助学生准确地把握相关概念、规律内涵的基础上,尤其注重加强对概念、规律的灵活应用,将相关核心概念与规律建立联系,通过适时的提炼和升华,形成科学的物理观念.

  在研究安培力时指出“磁场、安培力的问题,在很多方面都与电场、库仑力的问题相似”. 同时又指出安培力与库仑力的区别.“研究库仑力时,受力的物体是点电荷,点电荷受力的方向与电场的方向相同或相反; 但在研究安培力时,受力的物体是通电导线,通电导线受力的方向与磁场的方向、电流的方向不但不在一条直线上,而且也不在一个平面里. ”一方面帮助学生建立新知与旧知的联系,另一方面指出它们的关键不同. 讲完洛伦兹力之后,教材又提到,通电导线在磁场中受到的安培力,实际是洛伦兹力的宏观表现. 另外,教材还注意在不同的地方进行点拨和提升,帮助学生进一步从物理观念的角度学习处理新问题的方法. 例如,在本章开始的名人名言中,就用了麦克斯韦的一段话,为本章的学习和研究指明路径.“电和磁的实验中最明显的现象是,处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用. 因此,把这些现象化为科学形式的第一步就是,确定物体之间作用力的大小和方向. ”再如,在介绍电流的单位时,不仅说明为了纪念科学家安培,还专门加了一个脚注.“安培也是国际单位制的基本单位之一. 线 m 的两根无限长且圆截面可忽略的平行直导线内通过等量恒定电流,当两导线之间产生的力在每米长度上等于2 ×10^- 7N 时,每根导线 A. ”通过这些不失时机的渗透,以加强学生对相关物理观念内涵的理解和应用.

  教材注意活动的编排,引导学生运用科学思维方法,从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理,找出规律,最后形成结论. 例如,在研究洛伦兹力之前,教材设置了一个问题,“我们知道,磁场对通电导线有作用力; 我们还知道,带电粒子的定向移动形成了电流. 那么,磁场对运动电荷有作用力吗? 如果有,力的方向和大小又是怎样的呢?”以这种问题串的形式引发学生的思考,为进一步学习指明方向. 进而通过分析实验现象,定性地了解并归纳出洛伦兹力的方向. 再如,教材还注意承袭力学中已经应用多次的方法,通过问题“当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时,我们应该如何计算安培力呢?”激发学生思考,再提醒学生运用已经掌握的矢量分解的方法,将磁场分解为与电流方向平行的分量和与电流方向垂直的分量,然后分别研究这两个分量的作用. 在学习洛伦兹力时,又一次用到这种方法.

  教材在呈现知识时关注学生获取知识的过程,注意为学生的自主探究搭建平台,以增强科学探究能力. 例如,在研究安培力的方向时,教材没有直接详细说明实验的现象,而是引导学生通过设计实验,通过分别改变磁场的方向、电流的方向,观察受力的方向,最后让学生尝试自己分析获得的实验现象,归纳安培力的方向与磁场方向、电流方向之间的关系. 另一方面,这种设计也有助于帮助学生经历实验方案设计的过程,为自主学习提供条件,进而通过分析、处理实验获取的信息,自己总结探究的结果. 在介绍洛伦兹力时,也不是简单地陈述其推导过程,而是安排了一个“思考与讨论”栏目,首先帮学生建立一个物理模型,然后给学生提出自主学习的任务,并进一步建议学生沿教材提示的逻辑线索进行思考. 适当点拨,激发学生的思考,让学生通过理论探究得到结论. 通过这样的设计,教材希望把给学生呈现知识变成引导学生自主地获取知识,以提高学生的科学探究能力.

  课程标准指出,高中物理课程在内容上应注重与生产生活、现代社会及科技发展的联系,反映当代科学技术发展的重要成果和科学思想. 教材为了突出对这方面的重视,除了介绍“电视显像管的工作原理”“磁电式仪表”“正电子的发现”等内容外,还在介绍了带电粒子在匀强磁场中的运动规律之后,专设一节“质谱仪与回旋加速器”,作为带电粒子在匀强磁场中运动的知识在现代科学技术中广泛应用的实例. 在编排时尤其注意通过问题串的设置,激发学生学习和研究物理的好奇心与求知欲,让学生在自主解决问题中获得成就感,在紧密联系实际中培养学生的创新能力.

  教材在总体设计上特别关注以下几点: 一是在研究安培力、洛伦兹力时,均按照先定性研究后定量分析的过程进行,以帮助学生形成研究新问题的一般思路; 二是注意加强知识的前后联系,使得新的概念、规律在原有知识的基础上逐渐深化和拓展,更便于理解; 三是注重突出结论的形成过程,进一步培养学生观察、分析、概括的能力.

  在必修第三册中,为了定义磁感应强度,在电流方向与磁场方向垂直的情况下,让学生初步认识了磁场对通电导线的作用力. 实际教学中,常有学生误以为安培力、电流、磁感应强度三者的方向一定是两两垂直的. 因此,要让学生弄清安培力的方向,关键是要求学生能看懂立体图,熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图. 为此,教材在绘制插图时注意将电流方向与磁场方向画在同一个平面中. 让学生体会到安培力的方向一定与电流、磁感应强度的方向垂直,但电流方向与磁感应强度方向可以成任意角度,只不过当电流方向与磁感应强度方向垂直时,安培力最大. 此外,在不同场合教材尽量既提供示意图,又提供实物图,以提高学生的空间想象能力. 在此基础上,再引导学生用已经学过的矢量分解的办法,就可以推导一般情况下安培力的表达式.

  课程标准要求“通过实验,认识安培力. 能判断安培力的方向,会计算安培力的大小. 了解安培力在生产生活中的应用. ”教材介绍了安培力的应用———“磁电式电流表”,并在科学漫步中简略地介绍了安培的贡献.

  教材开始就提出了一个问题,“磁场对运动电荷有作用力吗? 如果有,力的方向和大小又是怎样的呢?”从这个问题开始,就注意引导学生建立洛伦兹力与安培力的联系. 在教材的编排上,尤其注意沿用这种思路,不管是判定洛伦兹力的方向,还是推导洛伦兹力的公式. 建议教师充分信任学生的自主学习能力,搭建合适的脚手架,提供合适的引导,让学生进行自主学习.

  在本节最后,教材介绍了洛伦兹力的应用———电子束的磁偏转,简要解释了显示技术中应用广泛的扫描原理,并在科学漫步栏目中用较大的篇幅介绍了“正电子的发现”.

  教材在本节先以一个问题引入,让学生自己猜测带电粒子在匀强磁场中的运动径迹,并给出猜测依据. 然后,教材细致地分析了带电粒子做匀速圆周运动的原因,再用学生已经学过的知识推导带电粒子做匀速圆周运动的半径和周期,得到定量的结果. 为了便于学生理解所得的规律,教材安排了一个演示实验,让学生观察: 不加磁场时电子束的径迹; 加磁场后电子束的径迹. 当电子束出射速度不变,磁感应强度变大时这个圆半径的变化; 当磁感应强度不变,电子束出射速度变大时圆的半径的变化. 这样就对带电粒子在匀强磁场中的运动有了一个从定性到定量,并进行实验验证,形成物理图景的完整认识过程.

  在本节的最后,还安排了一个例题,计算一个带电粒子在匀强磁场中所受的重力和洛伦兹力的大小之比. 由此让学生了解,带电粒子在磁场中运动时,洛伦兹力远大于重力,在这种情况下,重力作用的影响可以忽略. 以便为后续的分析受力问题打下基础,为下一节学习质谱仪和回旋加速器打下基础.

  本节课以质谱仪和回旋加速器为例,介绍了带电粒子在匀强磁场中运动规律的重要应用. 在教材编写时注意从问题需求引入,逐步发现问题,进而应用知识逐一解决问题. 例如,教材在开始就设计了一个问题,“在科学研究和工业生产中,常需要将一束带等量电荷的粒子分开,以便知道其中所含物质的成分. 利用所学的知识,你能设计一个方案,以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗?”以此引导学生去思考,进行方案的设计. 在编写“回旋加速器”时则安排了一系列相关问题,如“然而产生过高的电压在技术上是很困难的,于是人们就会进一步设想,能不能采用多次( 多级) 加速的方法呢?”“如果带电粒子在一次加速后又转回来被第二次加速,如此往复‘转圈圈’式地被加速,加速器装置所占的空间不是会大大缩小吗?”以引领学生进行深入的思考,培养灵活运用知识的创新能力. 教学中希望教师能尽量激发学生的自主学习能力,用好教材的这种设计,以便学生知其然,并知其所以然,体会物理规律的应用价值和问题解决的成就感.

  必修 3 已经讲述了电磁感应现象、感应电流的产生条件,在此基础上,选择性必修 2 从楞次定律开始,进一步研究电磁感应的规律. 第 1 节“楞次定律”,通过实验探究影响感应电流方向的因素,阐述楞次定律的内容. 前面都是从感应电流角度来认识电磁感应现象,这是认识电磁感应现象的第一个阶段. 第 2 节“法拉第电磁感应定律”,从感应电流深入到感应电动势来理解电磁感应现象,这是第二个阶段. 它的核心内容是法拉第电磁感应定律 E =ΔΦ/Δt. 第 3 节“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”,前面研究的是电路中的电磁感应现象,涡流是导体块中的感应电流. 第 4 节“互感和自感”,阐述了两种具体的电磁感应现象,特别是自感现象的特点及应用. 第 3 节、第 4 节介绍了产生感应电动势的两种非静电力的来源,即洛伦兹力和感生电场力,它揭示了电磁感应现象的本质,这是认识电磁感应现象的第三个阶段.

  教科书通过实验展示“把磁极插入线圈或从线圈内抽出时,感应电流的方向并不相同”引出探究活动并得出“感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化. ”进一步分析探究实验,推力或拉力都必须做机械功,做功过程中消耗的机械能转化成感应电流的电能. 总的来看,阻碍的作用是把其他形式的能量( 或其他电路的电能) 转化( 或转移) 为感应电流所在回路的电能,在这个过程中,能量总是守恒的. 楞次定律的深刻意义,正是在于它是能量的转化与守恒定律在电磁感应现象中的体现,而这种能的转化与守恒关系是通过“阻碍”作用具体体现出来的.

  归纳推理是从一类事物的部分对象所具有的某种属性出发,推理出这类事物的所有对象都具有共同属性的推理方法,也就是由具体结论推理出一般规律的方法. 楞次定律的得出就运用了归纳推理方法. 在纸上画出实验的草图,记录磁极运动的全部四种情况( 如图 1) . 把实验结果记录在表格中,分析四种情况,逐步归纳推理得出反映感应电流方向的规律.

  教科书首先通过问题栏目中的实验引出探究的问题: 感应电流的方向与哪些因素有关? 然后根据必修 3 学过的感应电流产生的条件“穿过闭合回路的磁通量变化”,引导学生猜想感应电流的方向可能与磁通量的变化有关. 进而通过探究实验寻找感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系.

  通过观察记录磁极运动的全部情况. 这个实验的操作和记录难度不大,难点在于感应电流的方向与磁通量变化如何建立起联系. 教材通过“进一步分析可以想到,磁体周围存在磁场,感应电流也会产生磁场.感应电流磁场的磁通量与磁体磁场的磁通量有没有联系呢?”引导学生突破难点.“由于线圈的横截面积是不变的,磁通量的变化可以用磁场的变化来体现.感应电流的方向与磁场的方向有关,应该选择磁体的磁场和感应电流的磁场进行分析. ”在此基础上分析,无论磁通量增大,还是减小,感应电流都会阻碍磁通量的变化.

  在这一章的名人名言中引用了法拉第的学生丁铎尔的话: “在他( 法拉第) 的眼中,华丽的宫廷和布拉顿高原上的雷雨比起来,算得了什么? 皇家的一切器具和落日比较起来,又算什么? 我之所以说出雷雨和落日,因为这些现象在他的心里,都可以挑起一种狂喜……”通过这段话说明科学家的情怀,科学家不慕名利,对神秘和壮丽的大自然的好奇心也是他们科学探究的动力.

  在必修3 教科书已介绍了电磁感应现象的特征是闭合电路中出现了感应电流,条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化. 需要注意,电磁感应现象是在变化、运动过程中出现的效应,虽然引起感应电流的各种变化、运动的形式多种多样,但都可归结为“穿过闭合电路的磁通量的变化”. 另外,根据闭合电路欧姆定律,闭合电路中的电流是由电动势产生的. 因此,感应电流是由闭合电路中的感应电动势产生的. 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就产生了感应电动势.

  完整的法拉第电磁感应定律应该包括感应电动势的大小和方向的内容. 为便于学生接受和理解,教科书先在第 1 节介绍了如何判别感应电流的方向,即楞次定律,然后在第 2 节“法拉第电磁感应定律”中主要介绍了感应电动势的大小与磁通量变化率之间的关系. 楞次定律是电磁感应定律的一部分,用它可以判断感应电动势的方向,感应电流的方向与感应电动势的方向一致.

  电动势的本质是非静电力移动电荷做功. 教科书在第 2 节“导线切割磁感线时的感应电动势”中分析了导体运动产生的电动势及其非静电力,因为前面一章已经讲了洛仑兹力,所以本章对动生电动势的本质用洛伦兹力作了说明. 考虑到随时间变化的磁场产生涡旋电场是电磁感应规律的核心内容,也是麦克斯韦电磁场理论基本方程的内容,它鲜明地显示了磁场与电场的联系,教科书在第 4 节介绍了感生电动势. 对电磁感应非静电力的分析使学生对电磁感应现象的认识又上升到一个新的高度. 上一版教科书通过一节介绍了动生电动势和感生电动势,此次修订把它们放到相应的节里,一方面便于理解,另一方面也分散了难点. 因为课程标准对动生电动势和感生电动势没有要求,所以这部分内容对学生没有过高要求.

  涡流是在金属块中产生的感应电流,这是与电路中产生感应电流不同的另一类电磁感应现象. 涡流的重要性表现在: 它能造成危害,但又有很多有益的应用.教科书在理论联系实际方面做了比较系统的介绍,如教科书先介绍涡流的热效应和磁效应的各种应用,接着又介绍涡流的机械效应,即电磁阻尼和电磁驱动的各种应用. 另外,在介绍互感现象和自感现象时也联系多种实例,注意培养学生理论联系实际的能力.

  本册第一章、第二章学习了磁场对电流或电荷的作用以及电磁感应现象和规律,学生已经掌握了电磁感应的基本原理和规律. 本章学习交变电流,主要研究交流电的特征和规律、交变电流的描述方法、改变交变电压的变压器和交变电流的电能输送等. 本章整体属于电磁感应的应用性知识,与实际生产生活联系非常紧密,因此其学习既有理论建构的难度也有实际应用的价值. 本章可以有效地培养学生模型建构能力和运用理论解释和解决实际问题的能力.

  本章共 4 节课文,其知识线索可分为四部分: 第一是交变电流( 第 1 节) ,认识交变电流的产生和基本特征,描述交变电流的变化规律( 交变电流的表达式和实验演示) ,介绍和认识交流发电机; 第二是交变电流的描述( 第 2 节) ,介绍描述交变电流变化快慢的物理量周期和频率,描述大小变化的物理量峰值和有效值,用公式法和图像法描述交变电流; 第三是变压器( 第 3 节) ,介绍变压器的结构和原理,探究变压器原副线圈的电压与匝数的关系; 第四是电能的输送( 第4节) ,电能长距离输送的能耗相关因素的研究,电网供电的基本结构与框架介绍.

  在初中物理( 科学) 中,学生已经学过交流电和家庭电路的基本知识,但高中物理对交变电流的描述达到了更理性、更严谨的程度. 首先介绍了交变电流的产生原理,用电磁感应的基本原理对线圈在磁场中旋转产生的电流特征进行理性的分析,并作了定量的计算与描述,得出了交变电流的数学表达式,这部分内容的要求明显达到了相当高的理性分析水平; 本章也用特征量的方法来描述交变电流,在简谐运动中学习过周期、频率、振幅等特征量,但用公式表达与特征量相结合的描述方法是第一次遇到,因此这部分内容要求也不低; 变压器是最常用的电工仪器和电能输送的设备,是电磁感应原理的典型应用,探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系能培养学生变量控制的思想; 电能输送部分主要在于培养学生问题探究能力,探究电能输送过程中电能损耗的相关因素,并找到降低电能损耗的输送方式.

  编者在编写教材时,注意在学习概念、运用规律的同时,培养学生的核心素养,教师也应注意从核心素养的角度去进行教学.

  物理观念是人们在学习概念和规律之后对某一问题或现象的基本认识. 本章的物理观念认识主要体现在: ( 1) 在磁场中旋转的线框可以产生感应电流,而这种电流具有交变特性; ( 2) 交变电流可以用数学公式、图像和特征量的方法来描述,而每一种方法有各自的优点; ( 3) 电能输送和设备用电需要解决电压升降和降低能耗两大主要问题,因此需要理解变压器的基本原理; ( 4) 本章非常重要的观念是变化的磁场可以有效地传输电能,变压器和无线充电技术都是建立在这个基本观念的基础上. 如果从哲学观念来说,本章还能充分体现相互作用和相互联系的普遍性,例如变压器的原、副线圈是如何联系和作用的? 无线充电技术为什么能够实施? 等等.

  在科学思维培养方面主要体现在: ( 1) 交流发电机的模型. 交流发电机可以简单地想像成一个线框在磁场中旋转而产生感应电流( 交变电流) . ( 2) 变压器的模型建构. 变压器其实可以看成是原线圈、副线圈,工作时在原副线圈之间以变化的磁场相联系,铁芯的作用是为了增强两线圈之间的有效作用. ( 3) 交变电流的推导( 推理能力) . 以电磁感应原理对线圈在磁场中旋转时产生的电流进行定量推理,推导出交变电流的表达式. ( 4) 电能输送能耗问题的科学推理与论证.主要以电路分析的基本方法推理出降低能耗的途径,并论证实际生产中长距离供电的有效措施.

  ( 1) 推导匀强磁场中旋转的线框中的感应电流; ( 2)交变电流特征量的描述方法探究; ( 3) 推导输送电路的能量损耗. 实验探究主要是变压器的原、副线圈上的电压与它们的匝数之间关系的实验研究. 理论探究中交变电流特征物理量的描述方法显然需要教师组织好引导的语言以进行恰当的引导.

  本章是应用性比较强的内容,因此要特别关注以下几个问题: ( 1) 对交变电流的产生要有主动积极的理论与实验探究的意识; ( 2) 对变压器的电压改变功能的学习要进行理论解释和实验测试两种途径,并且对实验测试的误差要有认识和解释的意识; ( 3) 关注交变电流知识的实践应用,主动应用本章知识对实际问题进行解释. 例如,无线充电技术、输电技术的发展、交流电技术发展历史等.

  ( 1) 第 1 节“交变电流”涉及交变电流( 基本认识) 、交变电流的产生、交变电流的规律和交流发电机等四个方面的内容. 关于交变电流,首先用示波器或传感器演示交变电流的变化图,从演示的电流随时间变化规律初步认识交变电流的电流大小和方向的变化特征; 二是用电流的变化特征给交变电流作出定义; 三是用发光二极管和手摇发电机观察交变电流的电流方向的变化规律.

  交变电流的产生这部分内容主要任务是提供一个线圈在磁场中旋转的场景,然后根据这个场景来探究线框中电流的变化情况,总结电流的变化规律. 这部分内容需要用右手定则或楞次定律,对线框在磁场中旋转进行分阶段分析,对每一个阶段的电流方向和大小变化进行定性分析,并且使学生能够用自己的语言来描述其变化情况,描画出在一个周期内的电流变化情况. 这部分内容教学要切忌单纯地进行教师的讲解,而不让学生主动地进行自主分析,应该是教师引导学生认识主要的任务情景后,让学生依据楞次定律( 或右手定则) 进行独立自主的分析,如果遇到疑难问题教师才介入指导. 学生分析出结果后,能够把电流的变化规律画出一个定性的变化图线.

  交变电流的变化规律这部分实际上是一个理论探究的任务. 其任务是: 一个面积为 S 的线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中以角速度 ω 旋转,推导线圈中感应电动势的大小. 这个任务对高中学生来说是很难的,教师要设法对学生进行必要的启发和提示,以降低任务的难度,使学生在教师的指导下顺利完成推导任务. 建议在以下几个方面进行启发和提示: ( 1) 明确线圈切割磁感线的有效切割边和长度; ( 2) 切割磁感线的有效速度计算; ( 3) 匝数为 N 的线圈的电动势的计算方法.

  交流发电机这部分内容是实际问题的应用与了解. 主要让学生理解两个问题: ( 1) 旋转线圈和旋转磁极是等效的; ( 2) 大型发电机采用旋转磁极的原因.( 2) 第 2 节“交变电流的描述”,主要涉及描述交变电流的基本物理量周期和频率、峰值与有效值以及描述交变电流的公式和图像等方面的内容. 交变电流的描述方法可以用参量描述、公式或图像描述等方法. 参量描述可以反映交变电流的基本情况,例如周期和频率描述交变电流周期性变化的快慢; 峰值是指交变电流在变化过程中所能达到的最大数值,能描述交变电流的变化范围; 而有效值反映的是交变电流的热效应在一段时间内的平均效果.

  这部分内容主要难点是对有效值的认识. 教师要对课本的例子进行深入的分析和解剖,并且强调有效值是一段时间内热效应的平均效果. 在分析课本例子的基础上可以有针对性地让学生分析和计算如图 1所示的周期性的电流的有效值.

  这样的分析和计算主要是让学生能区别有效值与平均值.正弦式交变电流的公式和图像这部分内容是对前面交变电流描述的特征量的综合. 如果知道峰值,我们只知道交变电流的变化范围; 如果知道频率或周期,只说明交变电流的变化快慢. 但是如果周期( 或频率) 和峰值( 或有效值) 全部确定了,就可以用交变电流的公式来详细地描述,当然把公式的图像画出来同样可以表达交变电流的详细变化过程. 教师可以给学生一个任务: 设某一交变电流的电流有效值为 2A,频率为 50Hz,写出此交变电流的表达式.

  ( 3) 第3 节“变压器”主要内容是变压器的结构和原理、变压器原副线圈上的电压与匝数的关系探究以及理想变压器的模型等. 对变压器的原理从两条思路展开讨论: ( 1) 引导学生从电磁感应的角度去理解问题. 原线圈上加交变电压后就会有交变电流,于是在铁芯中产生交变的磁通量( 闭合在铁芯内) ,这个交变的磁通量就会在副线圈中产生交变的感应电动势,副线圈就相当于交变电源对外界的负载供电. 思路可简化成: 原线圈上的交变电流—铁芯中的交变磁场—副线圈上的交变电流. ( 2) 从能量转换的角度去理解. 变压器把原线圈上的电能激发出变化的磁场能; 这种交变的磁场能通过闭合铁芯的作用再在副线圈上激发出交变的电流( 电能) ,变压器中的能量转换是: 电能—磁场能—电能. 注意变压器的铁芯是不带电的,它的功能主要是闭合磁场的回路,提高变压器的能量转换效率.

  因此,变压器中的互感现象可以从两个方面理解.探究变压器原、副线圈电压与匝数之比的实验主要关注以下几个方面: ( 1) 变压器的结构的认识与分析;(2) 用控制变量的方法设计实验探究的步骤; ( 3)从原、副线圈的电压比与匝数比这两组数据判断基本趋势,分析没有严格成正比关系的原因; ( 4) 减少本实验中的能量损耗的方式. 在分析了这些问题后可提出理想变压器的模型,当然学生最重要的是要理解为什么要提出理想变压器模型这一概念.

  在理想变压器模型建构的基础上,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数比结论是一种在实验数据基础上的推理性结论,是一种理想化的方法,这种推理的基本思想与伽利略在斜面实验基础上推理出惯性定律相似. 变压器的应用非常广,因此,可以让学生多认识一些变压器. 变压器的原、副线圈并没有直接连接,为什么从原线圈输入电流后会从副线圈输出电流,这需要重点分析. 这个原理的应用非常广,无线充电技术就是基于这个原理.

  ( 4) 第4 节“电能的输送”主要讨论了两个方面的问题: 一是输电过程的能量损耗和降低途径; 二是电网输送的基本常识. 降低输电损耗的两个途径是一个输电线路模型建构基础上的理论推导问题. 这个问题的关键在于对输电线路进行模型建构. 教材中图 3. 4- 2 就是对输电线的模型建构,在这个电路模型的基础上,我们可以对此进行理论推导. 任务是: 此输电线路上的电能损耗由哪些因素决定? 教师主要围绕“思考与讨论”栏目中的 5 个问题引导学生进行讨论. 可以得出结论: 减小输电线电阻 r 和提高输电线上的电压 U 可减少线r.

  电网供电这部分内容属于科学技术的应用性的介绍,学生只需要理解即可. 教师可以纲要性地出几个问题,让学生带着问题阅读课本,然后进行讨论. 教师也可结合本节的拓展学习栏目“输电技术的发展”进行综合讨论.

  本章是在电磁感应与交变电流的基础上,再来学习电磁场与电磁波的有关知识,落实了《普通高中物理课程标准( 2017 年版) 》中 2. 3. 1 -2. 3. 4 条内容标准的如下要求:

  2. 3. 1 初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想,初步了解场的统一性与多样性,体会物理学对统一性的追求.

  2. 3. 4 认识电磁波谱. 知道各个波段的电磁波的名称、特征和典型应用.

  学生在必修 3 的学习中,已经对电磁场与电磁波有所了解,因此本章侧重在电磁学物理知识的基础上,结合学生在选择性必修 1 中已经学习的机械波和光波的有关知识,对电磁振荡和电磁波的内容进行了较为深入的介绍.

  教材按照从电磁波的产生、发射和接收,到电磁波的应用的顺序展开教学内容. 在第 1 节通过电磁振荡为电磁场的引入做好铺垫. 在电磁振荡的基础上,第 2 节介绍了麦克斯韦关于电磁场理论的基本观点,及赫兹的实验验证. 第 3 节教科书具体讲解无线电波的发射和接收,然后以电视作为实例,简要介绍了电视信号发射和接收的过程. 第 4 节对电磁波谱的各个组成部分及其应用都做了具体的介绍.

  本章内容涉及到很多与电磁波相关技术的实现,既有电磁振荡的产生、无线电波的发射和接收等实验与技术内容,又包括各个波段电磁波的应用这样贴近学生生活的内容. 因此,在素材的选取上,注意在介绍清楚技术原理的基础上,与实际情况和最新的科学技术的发展相结合,增加学生的学习兴趣.

  教材注意通过对电磁场和电磁波的学习,深化对场的认识.“场”作为物理学中的一个重要并且深刻的概念,学生理解起来有相当的难度. 因此,教材从必修3 的电场、磁场的介绍开始就进行了逐步的铺垫,从法拉第提出电场的概念,到用磁感线描述磁场,再到对麦克斯韦两个假设的介绍,最后再结合本册书对磁场和电磁感应认识的学习,在本章将电磁场的概念进行了综合与深化,特别突出了场的统一性. 教材在本章对电磁场理论的介绍中,首先通过章首语杨振宁先生的话指出: “这一发现把物理学中关于电、磁、光之间的关系整个地改观了. ”然后在回顾“变化的磁场产生电场”和“变化的电场产生磁场”这两个基本假设之后,引出了电磁场和电磁波的概念,将电场与磁场统一起来.

  关于电磁场的物质性的介绍还渗透了理性思维的培养. 若认为电磁场是一种物质,就要有根据,要通过事实说明它们与水流、石块这样的实物具有某些共同的属性. 实物的根本属性之一是具有能量,因此本章对电磁场的研究始终与能量相结合. 在电磁振荡中,先专门讨论了电磁振荡电路的能量转化过程,进而在第 2 节提出问题: “电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去,那么,这些电磁波是怎样产生的?”从而引发对电磁波的思考,在分析电磁波的性质之后发现,电磁波也具有能量,这是电磁场的物质性的最有力的证据之一. 由此,人们认识到,实物和场是物质存在的两种形式.

  此外,还需要注意的是,教材在介绍电磁振荡和电磁波的过程中,特意增加了与机械振动和机械波的类比. 一方面,这种类比有助于学生通过已经学习过的力学知识理解相应的电学知识; 另一方面,通过类比机械波的传播过程,帮助学生认识到电磁场与万有引力这样的超距作用的不同. 最后还通过赫兹实验所揭示的电磁波的传播速度,说明了电磁现象通过场以有限的速度传播.

  本章在介绍电磁场理论的过程中,介绍了麦克斯韦对电磁波的预言,并较为详细地介绍了赫兹对电磁波预言的证实. 其中不仅包括赫兹实验的实验器材和实验过程等描述,而且也介绍了赫兹检测到电磁波,并观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象,并测得电磁波在真空中的速度等于光速,从而从不同方面验证了麦克斯韦的电磁理论,这里就特别凸显了基于事实证据和科学推理进行检验的科学论证这种科学思维要素. 此外,这部分内容还通过展现假说、理论预言、实验证实等体现了科学思维在科学发现中的重要意义.

  现有的物理学知识都是人类在与物理世界的长期对话中,经过无数的曲折与反复,进行抽象概括而获得的. 对现有知识的历史考察,可以把发现过程放在更真实的背景下,让学生了解科学问题是如何提出的,问题是如何解决的,相应的概念和定律是如何萌生、提炼和发展的,从而达到对知识本质的深入理解.本章麦克斯韦电磁理论的提出过程,就是一个典型的科学家的探究过程. 因此,除了在教材正文中介绍了麦克斯韦提出的假设、通过理论推导得到电磁波及其传播速度和赫兹实验验证的过程,还特别安排了“科学漫步 麦克斯韦电磁场理论的建立”栏目. 首先,介绍麦克斯韦从小热爱科学,喜欢思考,对电磁学问题感兴趣; 然后,介绍麦克斯韦和法拉第的关系,特别突出法拉第和麦克斯韦的精彩对白. 法拉第说: “你不应停留在用数学解释我的观点,而应该突破它. ”麦克斯韦有天赋是事物发展的内因,受到激励是事物发展的外因. 麦克斯韦做出重大贡献的原因,既来源于前人工作的成果,又有他自己的创造性工作.

  科学技术的发展并不是孤立的,而是与社会其他系统( 比如政治、经济、文化、教育等等) 有一定的相互作用. 人类在这个世界上,主要是通过对自然的认识和利用,求得自身的生存和发展. 在科学技术高度发展的今天,科学技术影响到社会生活的方方面面. 我们的教育要使学生了解如何掌握科学技术的应用方向,以有益而非有害的方式使用这种力量. 例如,教科书先介绍麦克斯韦在理论上预言了电磁波,再介绍赫兹在实验上证实了电磁波的存在,然后介绍电磁波在现代社会生活中的应用,把学生的视野扩展到科学技术给社会生活带来的巨大变化上. 这样,以具体的历史发展为线索,展示科学带来的技术发展,促进社会生活的变化.

  除此以外,教材通过章首的“旅行者 1 号”拍摄地球照片的故事,不仅介绍了电磁波在空间旅行的巨大作用,而且展现了宇宙的宏大和地球的渺小,帮助学生建立完整的世界观,培养对宇宙的敬畏,同时珍惜地球这个人类唯一的家园. 与此对应,在章末的“STSE寻找地外文明”做出呼应: “时至今日,人们……还没有找到地外文明. 目前已知的文明星球只有一个———地球. 生活在地球上的人们应该更加爱护自己的地球母亲. ”

  由于学生在必修 3 中已经对电磁场与电磁波的概念有所了解,因此教材更加注重电磁波的物理本质,本节从电磁振荡出发,为后面通过变化的电磁场产生电磁波做好铺垫.

  教材首先通过与水波的类比,利用学生已经学习过的机械振动与机械波的相关知识,提出问题: 要产生电磁波,怎样才能产生持续变化的电流.然后,通过电磁振荡电路的演示实验,帮助学生获得电磁振荡电路的初步感性知识,认识到通过电感线圈和电容组成的 LC 振荡电路就可以产生持续变化的电流了. 需要注意的是,演示实验中用电压传感器或示波器取代了传统实验中的电压表或电流表,这是因为一方面当电感不够大的时候,电表表针的摆动有可能并没有显示出振荡电流,而只是表针的自由振动,另一方面电压传感器和示波器不仅可以显示出电流方向的变化,也可以记录电压大小的变化,从而为之后电路中能量的损失做好铺垫.

  在此基础上,再结合教材中的图 4. 1 - 2,运用电容器充电放电现象与电感线圈的自感现象的有关知识,对电磁振荡产生振荡电流的物理原因作了定性的分析. 需要注意,要建立起较完整的电磁振荡概念,就要明确“电”不仅指电容器两极板上的电荷,也指该电荷产生的电场; “磁”指电感线圈中的电流产生的磁场. 电磁振荡是指这些电荷、电场、电流、磁场都随时间做周期性的正弦变化的现象. 在图中还特别通过竖排的方式,将电路的充放电过程与电流和电荷量的变化图像对应,为学生理解振荡电流产生的原理提供形象化的帮助.

  之后,通过与机械振动的对比,进一步从能量转化的角度突出电磁振荡电路产生振荡电流的实质. 教学时可引导学生通过逐步分析电磁振荡过程,明确何时电场能转化为磁场能,何时磁场能转化为电场能;何时电场能最大,何时磁场能最大. 电场能与磁场能间的转化条件是电感线圈的自感作用和电容器的充放电作用. 可以启发学生从电磁感应的角度思考以下问题: 为什么充好电的电容器开始放电时电路里的电流不能立刻达到最大值? 电场能为什么不能立刻全部转化成磁场能? 为什么电容器放电完毕时电路里的电流还要继续流动? 通过对这些问题的讨论,学生可以加深对电磁振荡中能量转化过程的认识,并进而思考转化中能量的损失,从而联想到产生电磁波的能量来源.

  最后,明确周期和频率等描述振荡电流的物理量,同时明确: LC 回路的周期、频率由电路本身的特性决定,所以把电路的周期、频率叫作固有周期、固有频率. 教科书没有做进一步的分析和证明,而是让学生做定性的思考后直接给出了周期公式和频率公式,并通过例题的形式体会公式的应用. 这两个公式的证明在中学不易讲清楚,我们的目的是让学生通过实验现象的观察了解公式内容,能应用公式对有关问题进行简单的分析、计算. 此外,还要注意,振荡电流是一种频率很高的交变电流,很难用交流发电机产生,一般用 LC 回路产生. 而在演示实验中是有意加大电感线圈的电感 L 和电容器的电容 C 使振荡电流周期变大( 频率减小) 以便观察,而在实际使用的无线电技术中所应用的振荡电流频率要高得多,可以使用晶体振荡器作为振荡器.

  本节在电磁振荡的基础上,从电磁振荡中能量转化的角度提出能量有一部分会以电磁波的形式辐射出去,进而引出电磁波产生的问题.然后,回顾了必修 3 中学过的麦克斯韦关于电磁场和电磁波的基本观点,从理论上说,电磁学的核心内容就是电磁场的概念和麦克斯韦的电磁场方程,但这些内容非常抽象,在中学阶段还没有很好的办法让学生接受,只能要求学生对电磁场的理论有一个初步的、定性的了解. 教科书突出了电磁场理论中最核心的内容: 变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场;变化的电场和磁场交替产生传播出去形成电磁波.

  需要注意的是,教科书中还特别强调了“变化的磁场产生电场”和“变化的电场产生磁场”均是麦克斯韦的假设. 并通过旁批指出“这个假设没有直接的实验做基础,它出于对自然规律的洞察力,是很大胆的,但却更具有创造性”. 从而突出了麦克斯韦电磁场理论建立的过程中的创新科学思维.

  在电磁场的基础上,教科书又介绍了电磁波的概念. 通过与机械波的类比,介绍了电磁波可以在真空中传播; 电磁波传播的波速是光速; 光是以波动形式传播的一种电磁振动,即光是电磁波. 教材中图 4. 2 -3 展示的正是电磁波传播的图像,由此可以获得对电磁波性质的一些认识: ( 1) 电磁波在空间传播时,在任一位置上( 或任意时刻) 电场强度方向、磁感应强度方向和传播方向三者互相垂直,即 E、B、v 矢量在空间中互相垂直; ( 2) 在电场强度为最大值的空间某一位置上,相应地磁感应强度也为最大值( 关于这一点的理由不必作解释,只告诉学生是被理论和实验所证实的) ; ( 3) 电磁波波速与光速相同,这是麦克斯韦在电磁场理论中所预言的.

  之后,教科书详细介绍了赫兹实验对电磁波预言的验证,并从能量的角度再次明确了场的物质性. 赫兹实验是验证电磁波是否存在的实验,它是检验麦克斯韦理论是否正确的试金石,因此也是物理学史上起奠基作用的经典实验. 这个实验对学生认识物理世界来说,同样会起到重要作用. 赫兹对于物理现象的敏锐洞察力来自对基本理论的深入理解,当他在实验室里检查仪器时偶然观察到感应线圈放电时发生的电火花,联想到电火花的跳跃实质是电荷在做间断快速振动引起的. 根据麦克斯韦的理论,快速振动的电荷必定在周围空间激起电磁波. 在这个思想引导下,赫兹设计了如教科书图 4. 2 - 4 所示的实验装置,其中圆形开口状接收器显然是根据电磁感应现象设计出来的,导线环成了电磁波的检验器. 正如赫兹设想的那样,实验获得了成功. 电磁波从感应圈通过空间传到导线环,总需要一定的时间,因此第二个火花比第一个火花必定有一点延迟,即检测器的火花和感应圈的火花不可能同时出现. 在 1886 年第一次观察到感应火花两年之后,到 1888 年赫兹以一系列实验证明电磁波与光波相同,电磁波的传播速度就是光速. 这是科学史中一箭双雕的事件,既证实了电磁波的存在,又证实了光是电磁波.

  本节的最后还通过“科学漫步”栏目介绍了麦克斯韦电磁场理论的建立过程. 电磁场理论建立的历史过程是对我们有极大启发的激动人心的过程,适当介绍这一历史过程对学生有教育作用,在思想方法上也会受益. 学生不仅可以体会麦克斯韦电磁场理论的基本思想在物理学发展中的理论意义,而且还可以体会科学家研究物理问题的思想方法,例如联想、推理、类比、对称等方法.

  本节在电磁波的基础上,具体讲解了无线电波的发射和接收过程,希望学生通过对无线电波发射和吸收原理的了解,能体会科学知识是如何在技术中实现,并进而应用于社会生活中的. 其中出现了一些专业技术名词,例如“调制”“调幅”“调频”“调谐”“解调”,这对初学者来说容易造成混乱,需要在理解的基础上区分和识别. 然后作为实际应用,以电视作为实例,简要介绍了电视广播信号的发射和接收过程. 考虑到目前广泛使用的液晶电视显示的原理并不属于本章内容,同时在生活中电视信号的传播越来越依靠卫星传输和有线网络传输,因此没有再详细介绍电视显示原理和地面无线电电视信号传播的详细过程,而只是从整体上进行简单介绍.

  本节要使学生理解不同频率范围的电磁波服从电磁波的共同规律,但因为频率的不同又各自具有某些特性. 根据课程标准的要求,教科书对电磁波谱的各个组成部分及其应用都做了具体的介绍. 特别是通过生产和生活中的实际例子的介绍内容和活动安排,体现了物理知识与实际生活的紧密结合. 例如,教材提供了雷达、射电望远镜、美洲豹、彩虹等大量涉及生产和生活中的技术与现象的图片; 本节节首的“问题”更是从学生没有接触过的紫外波段拍摄到的太阳引入,激发学生的学习兴趣; 在“做一做”栏目中,让学生了解手机中经常使用的 Wi-Fi 和蓝牙功能,并通过调查它们所使用的电磁波的频率及相互影响,体会物理知识对认识生活中实际问题的帮助.

  在高中物理电磁学内容即将结束时,传感器作为电磁学研究的重要技术应用,本章的主要目的是使学生对传感器知识有一个初步的了解,体会物理知识在技术中的应用.

  传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一. 实际上,在我们身边就大量地使用各种各样的传感器,例如,电视机、空调的遥控装置中使用着光学传感器; 唱卡拉“OK”时使用的话筒是一种将声音信号转换为电信号的传感器; 电饭锅、电熨斗、电冰箱中使用着温度传感器,等等. 将传感器纳入课程标准要求,是强调课程的基础性、选择性与时代性的一个标志. 相关课程标准的要求如下.

  2. 4. 2 通过实验,了解常见传感器的工作原理.会利用传感器制作简单的自动控制装置.

  新课标中对传感器的要求,较大的变化是: 降低了对传感器工作原理的要求,由“知道”降为“了解”;但增加了利用传感器动手制作简单的自动控制装置的要求,并且将“利用传感器制作简单的自动控制装置”定位于学生必做实验.

  围绕以上变化,与以往教材相比较,本次修订本章最主要的变化是针对原教材第 1 节介绍原理的传感器与第2 节介绍应用的传感器不对应的问题,在充分尊重课标要求的前提下,重新拆分了原教材结构( 图1) .

  修订后的第 1 节定位在让学生初步了解什么是传感器,对传感器知识有一个整体、系统的初步认识,整合了原第 1 节和第 2 节相关部分的内容,让学生体会物理知识在技术中的应用以及物理对技术的影响.

  修订后的第2 节是在原教材第1 节和第2 节内容的基础上,将常见传感器原理与其应用合并为一节,重新组织了知识脉络. 围绕光、热、力、磁的编写线索,分别以光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻、电阻应变片、霍尔元件等传感器元件为代表,介绍常见传感器的工作原理,适当降低部分传感器原理解释的难度,同时为所介绍的传感器配备了相应的应用实例,使学生同时从原理和应用两个层面认识传感器. 其中“霍尔元件”作为“拓展学习”栏目的内容,供学有余力的学生掌握,弹性兼顾学生掌握的范围.

  修订后的第 3 节学生实验,鉴于新课标还删除了对逻辑电路的要求,以及原教材的实验电路电流流向复杂等问题,修订后的教材按难易程度呈现了两个不同梯度的实验,即门窗防盗报警装置和光控开关,教师和学生可按实际教学条件进行选择.

  修订后的本章知识脉络更为清晰,能够让学生比较容易地掌握每节所要传达的知识体系,方便学生阅读和学习. 行文风格也更加贴近学生生活,以活泼可爱的语言特色拉近与学生的距离,引起学生的学习兴趣.

  根据上一轮教材的使用情况,传感器的教学内容一直被看作物理学科的边缘化知识. 长期以来,物理教学中非常重视基础的理论知识,研究许多理想的物理模型,这是完全必要的. 但是,学生的技术知识甚至于技术常识却十分贫乏. 即使安排了数量有限的物理实验和有关高新技术发展的阅读材料,在实际教学中往往也难以落实. 而实际上,充分利用好教材,传感器的内容也是落实好物理学科核心素养的重要抓手. 目前,对如何落实核心素养的基本思路所达成的共识是: 需要学生在真实的情境中提出问题、分析问题、解决问题. 对传感器的教学,教材中的每个应用案例都是面向真实情境的,可以从实际应用的需求出发提出问题,分析传感器检测与转换信号的工作过程,综合运用所学的知识来解决所面向的需求问题.

  通过对传感器的学习,应使学生知道非电学量转换成电学量的技术意义,深入认识物理学的发展为科学技术的发展提供了有力的基础支撑. 在认识传感器的过程中,运用物理学思维构建概念、提炼和升华; 在常见传感器的原理中,进一步体会物理学中的物质观、运动和相互作用观和能量观; 在传感器的应用与制作中,学习如何从物理学视角解释现象和解决实际问题.

  本章在科学思维培养方面是很好的素材,教学中不应忽视任何科学思维训练的机会. 本章主要突出了科学推理和质疑创新的科学思维培养. 在科学推理方面,渗透了演绎推理( 例如分析话筒的工作原理) 、归纳推理( 例如电阻式传感器的工作原理) 和类比推理( 例如电容式传感器的工作原理) 等科学思维; 在质疑创新方面,其核心是培养学生的科学创造力,通过面向各个常见传感器的应用实例、学生实验以及课题研究等案例,可以让学生在解决实际需求问题的过程中,运用并加工一切已知信息与知识,锻炼质疑创新的品质和能力.

  本章在科学探究方面的培养,体现在行文中的一些启发性语言和问题,引导学生思考,激发学生的科学探究意识. 需要指出的是: 科学探究是物理学习的一种方式,本章所涉及的传感器应用的学习,在教学中都可以尝试从科学探究的角度去挖掘和利用. 特别是在利用传感器制作简单的自动控制装置的实验中,需要学生经历对装置进行功能分析,确定电路控制逻辑,设计并制作实验电路等过程,这是培养学生科学探究和实验意识的良好契机.

  本章内容与学生实际生活的联系是很紧密的,从联系实际角度更易落实科学态度与责任的培养. 例如,在认识传感器中,教材设置了关于传感器使用场合等问题的思考与讨论,教学中在让学生列举传感器的各种应用实例的同时,还要让学生认识传感器的应用对社会发展所起到的重要作用. 这方面的内容所涉及的范围相当广泛,如经济、文化、人际关系、社会结构等,讨论中可注意展现科学的人文价值,还要鼓励学生发表不同的意见和设想,既要肯定正面的作用,又要关注如何防止负面的影响.

  另外,在“科学漫步 机器人”栏目中教材还新增了有关科学伦理方面的讨论———面对科技进步应如何正确认识与利用,引导学生在认识科学本质的过程中,形成对科学和技术的正确态度及责任感.

  此外,本章章首图由原教材的美国“勇气号”火星探测器更换为我国探月工程中的“玉兔号”巡视器. 这一改变彰显了我国近年来在航天等领域的科技进步和不断突破,突出时代特色,是树立学生民族自豪感和文化自信的优秀素材.

  传感器在现代生活和科技活动中的应用已经非常普遍. 本章编写特点之一是重视联系实际,突出科学、技术与社会的密切关系. 因此,在第 1 节引入传感器概念之前,教材列举了声控—光控开关、自动门、酒精检测仪等生活实例; 通过增设“思考与讨论”栏目,探讨生活中使用传感器的场合等问题; 此外,还有丰富的联系实际的习题,让学生感受科学、技术与社会的密切关系.

  ( 1) 传感器位于外界研究对象与测控系统之间的信息接口位置,它是被测量信号输入的第一道关口,教材将传感器的功能作用与人的五官做类比,突出传感器的作用. 同时,可作为类比思维的训练素材.

  ( 2) 对传感器的定义进行了优化调整,强调传感器是能感受被测量并将其按一定规律转换成便于传送和处理的可用信号,而该可用信号通常是电压、电流等电学量,或电路的通断. 以此让学生初步体会到非电学量转换成电学量的技术意义.

  ( 3) 外界信号通过传感器由非电学量转化为电学量后,通常需要进行信号调整及放大等处理. 教材从传感器的组成和应用出发,强化传感器的系统性. 针对原教材中关于传感器的介绍割裂了其自身技术的系统性,在第 1 节认识传感器中,增加了传感器组成的内容,并与原教材中传感器应用的一般模式相结合,从系统上阐述传感器工作的共有特征. 同时,利用新增的电容式话筒内容,以“思考与讨论”栏目形式,巩固理解传感器的组成与应用模式,可锻炼学生演绎推理的思维能力. 以上内容的修改和调整,能够使学生在初步了解传感器作用后,从系统的层面,进阶提升对传感器的认识.

  ( 4) 在第1 节认识传感器中,还增加了传感器种类的介绍. 分类思想是一种重要的科学思维. 根据不同的分类角度与依据,传感器分类问题实际很复杂,也很不统一. 教材根据不同学科领域,分别列举了一些物理传感器、化学传感器、生物传感器的例子. 增加分类内容并不是要求增加学生对内容理解的负担,其目的是让学生体会物理学科对技术的贡献. 同时,该部分内容能对培养学生的归纳能力起到一定的示范作用. 教学中鼓励学生广泛阅读传感器资料,从不同方面重新划分传感器分类,可以以教材中新增的手机中的传感器为例组织教学,不仅与学生实际生活联系紧密,在某种意义上,也是对学生科研能力的一种培养.

  第 2 节的编写脉络十分明晰,教学中可依次围绕光、热、力、磁的编写线索组织传感器工作原理及其应用的教学,让学生从原理和应用层面深入体会到非电学量转换成电学量的技术意义. 需要注意的是: 教材在介绍了常见的光、热、力敏元件后,总结归纳了电阻式传感器的工作共性,并由此借助“思考与讨论”栏目,让学生利用已有的知识图景,迁移分析电容式传感器的工作过程,这部分内容渗透了归纳推理、演绎推理和类比推理等科学思维的培养.

  由于教材结构和难度的调整,教学中还需注意本节栏目编排的变化. 在保证知识脉络与呈现系统性的前提下,将原教材一部分正文内容调整到习题栏目当

  中,例如电饭锅、烟雾报警器等传感器应用实例,这些都是很好的联系生活实际的素材. 在掌握正文内容的基础上,习题中适当利用这些成熟的联系实际的例子,可作为本章课外开放学习的重要入口,引起学生联系实际的学习兴趣. 本章中的习题情境也是对认识传感器的重要补充,教学中应注意加以利用,有效发挥其功用.

  传感器的内容虽然对理论知识要求不高,且有关技术的内容十分丰富,但是在教学要求上不同于技术课程. 它侧重于物理原理在传感技术中的应用,让学生通过观察,了解运用传感器解决生活和生产中的某些需求的过程,体会到应用技术的重要性,了解和学习一些比较简单的技术知识.

  教学中应注意创造条件和教学环境,让学生主动参与,多观察、多动手、多思考. 学生在开始时可能不适应这部分学习内容,教师要先引导他们突破某个事例,领会研究方法,形成自信心,然后就可以放手学习其余的内容,把传感器的学习变成兴趣盎然、没有负担的物理课.

  传感器是构成自动控制系统的必要环节. 通常一个简单的自动控制电路由传感器、放大电路和动作执行电路等构成. 如果所选用的传感器转换成的电信号非常微弱,就需要对该信号进行放大,从而驱动动作执行电路的工作. 本节提供了两个不同难度的实验方案: 难度稍低的门窗防盗报警装置实验方案,是利用干簧管作为传感器完成自动控制的,该实验情境源自原教材的习题,它是中学阶段较为简单且易于实现的一种方案,能够满足普遍的需求; 难度稍高的光电开关实验方案,是把原教材利用施密特触发器实现的光控开关修改为利用最简单的三极管控制的开关电路.虽然三极管对学生而言也是一种新的元器件,但它已是最为基础的控制元件.由该实验方案还可以扩展为利用三极管制作其他的简单的自动控制装置,例如温控系统等,真正为学有余力的学生留出创造和制作的窗口.

  实际上,两个实验方案的设计思想是一致的,都符合和满足自动控制电路的构成要求,门窗防盗报警装置中的干簧管兼具传感器和控制执行的任务; 而光电开关中三极管兼具放大电流和电子开关的作用,来控制继电器执行动作. 教学中应注意引导学生分析电路原理,鼓励学生动手探索和尝试新的研究.

  由于学生必做实验中不再需要使用逻辑电路,相应地,删除了原教材中关于一些元器件的原理和使用要点的附录. 电路的制作可以不局限于面包板等实验器材,实际教学中教师可以灵活掌握制作和调试电路的方式. 例如,可以利用硬纸板来制作电路板,在纸板上合理布局电路位置,将元器件插戳和固定在纸板上,并用导线连接好,进行组装和调试.

  应该看到,教师对本节教材内容一般不是很熟悉,感到它的技术性太强,往往有一种神秘和畏惧心理. 其实,这部分内容并不难,要求也是很基本的. 只要下功夫学习,认真备课,亲自动手去做每一个实验,完全可以理解相关的技术知识,掌握基本的操作技能,把握住教学的要求. 这也体现了知识更新和教学能力的与时俱进.

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