新课标人教版高中物理选修3系列整体说明

课程教材研究所物理课程教材研发中心

高中物理课程的全部内容划分为12个模块，学生在学过2个共同必选模块后可以在选修1系列、选修2系列和选修3系列中任选一个模块。在完成3个模块的学习之后，就有可能取得毕业的资格。如果还想多学一些物理，可以继续学习三个系列中任意一个系列的其他模块。

选修1系列重点从文化价值的角度展示物理学，选修2系列则从技术应用的角度展示物理学；选修3系列是个综合性的系列，课时比较多，它比较全面地介绍物理学的实验基础、逻辑关系、文化价值、技术应用。

选修3系列是进入大学理科专业和工科专业继续学习的基础。它的知识内容与过去的“必修加选修”大致相同。

这个系列比较重视物理内容的系列性，5本书的章号是连续编排的。

理工科高考的要求，例如考哪些模块？哪些知识点？要求到什么程度？考试命题或学生选择考试内容方面有多大的选择性？……这些事情由考试主管部门在课程标准的基础上确定。

一、落实新课程的理念

（一）经历科学过程，学习科学方法

教材在介绍物理知识的同时，注意展示科学过程，使学生了解科学方法。

【例】电势能—电势—电势差的教学

这三个概念在过去的教材是依电势差—电势—电势能的顺序展开的。新教材则正好相反。

在3-1中，首先通过图1.4-1让学生体会到，从A到B移动电荷时，无论沿直线、沿着经M的折线、或沿经N的曲线，静电力对q做的功WAB都是相同的。然后确认，可以定义某点A的电势能E_pA（以B点的电势能为0）：

E_pA＝W_AB

即电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。

下一步再定义：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这点的电势：

φ_A=E_pA /q

最后才定义电势差：

U_AB＝φ_A－φ_B

这样做的出发点主要是要明确通过做功来研究能量这一科学方法。

在过去的学习中学生已经不止一次地接触“通过做功研究能量”的方法。例如，在学习重力势能时体验了“能→高度（地势）→高度差”这一方法；在学习动能时体验了“力对物体做功使速度增加→动能”的方法；在学习弹性势能时体验了“力对弹簧做功→弹性势能”的方法。这里实际是以上“通过做功研究能量”这一科学方法学习的延续。

【例】动量和动量守恒定律的教学

新教材关于动量和动量守恒定律的教学与过去有很大不同，它是依照以下思路展开的。

首先探究碰撞中的“不变量”。在必修2开始学习能量时已经讨论过前辈科学家对“不变量”的追寻，学到这里时要提及那时的讨论。

教材提供了研究碰撞可用的几套器材（选修3-5图16.1-2、16.1-3、16.1-4），各校可以因地制宜地选用。

碰撞前后的什么物理量是不变的？两物体的质量之和不变？这是当然的。那么，两物体的速度之和不变？两物体各自的质量与速度的乘积之和不变？质量与速度的二次方的乘积之和不变？速度与质量比值之和不变？……

教师已经知道碰撞可分为弹性碰撞和非弹性碰撞，非弹性碰撞还包括了完全非弹性碰撞。教学中要引导学生对每一类碰撞都进行以上讨论，对每一类碰撞都填写一张表格。在各类碰撞中都不变的量才算是我们寻找的不变量。

还要注意的一个问题是，由测量值计算得到的两物体mv之和不可能在碰撞前后完全“不变”，要与其他检测的物理量对比，这时才会发现，与其他物理量相比，两物体的mv之和“很可能”是不变的。要让学生知道，不能由这样几个实验得出确定的结论，但这样的实验又是非常重要的，它为我们的研究和思考确定了方向。

以下是这段教学的整体思路。

通过实验寻找碰撞过程中“保持不变的量”

↓

得到“很可能不变”的量mv

↓

前辈们在寻找不变量的过程中逐渐认识了动量

↓

经过几个世纪的探索与争论──动量守恒定律

↓

动量守恒定律与牛顿运动定律的关系

这样处理的目的是让学生体会到：科学定律不是通过有限次实验“归纳”出来的！

【例】热力学第一定律和能量守恒定律的建立

教材在简要地展示了这段历史后写道：我国物理学家冯端教授指出：除了要为焦耳、亥姆霍兹和迈耶这些做出杰出贡献的科学家树碑立传外，还应建立一个无名英雄纪念碑，其上最合适的铭文将是“纪念为实现永动机的奋斗而失败的人们”，这是因为人类在探索自然规律的过程中必然有各种假设，虽然后来发现某些假设是错误的，但正是前人的失败才使后人的思考走上了正路。

这段教材的处理也是出于对科学过程、科学方法及情感态度与价值观教育方面的考虑。

（二）鼓励理性思维和质疑的精神

我们经常说的科学素质，一个基本的表现就是：“说话要有根据，说话要合乎逻辑。”这也是思维能力的最基本表现之一。

在鼓励学生的理性思维方面，教材在可能的条件下鼓励学生“问个究竟”。

【例】导线内的电场

学生学过了静电场之后再学习稳恒电流，一个普遍的疑问是：“不是刚刚学过，导体内的电场是零吗？导线内的自由电荷为什么会不停地运动，而不在与原子核的碰撞过程中最终停下来？”这本是可以向学生做出解释的。教材在这里没有回避，而是明确地让学生知道，在有电流时导线内的电场不是零，而是沿着导线的方向的。教材还定性地向学生介绍了导体中电场建立的过程。

除了要“鼓励学生问个究竟”这样在情感态度价值观方面教育因素的考虑外，通过两个场力相互平衡来研究粒子的运动，这也是物理学中经常用到的方法，例如研究霍尔效应，研究带电粒子束在电磁场中的运动时，都会用到。让学生早一点、定性地接触这个方法有好处。

这样的具体要求在课标中没有写出，但对了解物理图景却是有益的。这样的内容要让学生明白，但不要求学生复述，更不必出题考学生。

“鼓励学生问个究竟”，这样做的目的是“播种一种行为，收获一种习惯”。

教材在语言、行文等多方面的处理，也尽力体现对学生的理性思维和质疑习惯的鼓励。

（三）改变学习方式

过去的课程不涉及学生的学习方式，在实践中多是老师讲、学生听、学生练。

新课程中，在老师讲、学生听、学生练的同时，我们鼓励独立思考、同伴交流、师生互动。

【例】电能的输送

过去处理这段教学时大致是这样的思路：指出输电导线上的功率损失、输电线路上的电压损失，陈述解决的办法，即教材陈述→教师讲解→学生记忆。

新教材则通过以下“思考与讨论”引导学生的独立思考。

（1）怎样计算输电线路损失的功率？

（2）在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原来的一半……在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半……

（3）通过前面的计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？

（4）怎样计算用户消耗的功率P？

（5）在保证用户的电功率的前提下，怎样才能减小输电电流？

在这种学习方式中，学生在教材（教师）的引导下自己寻找解决问题的途径。这样学生获得的不仅是高压输电的知识，还熟悉了解决问题的方法，学习了思维方法。

【例】交变电流的有效值

选修3-2中图5.2-2，电流i通过一个R＝1 Ω的电阻。它不是恒定电流。

（1）怎样计算通电1 s内电阻R中产生的热量？

（2）如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也能在1 s内产生同样的热，这个电流是多大？

在教材（教师）的引导下，使学生通过自己的思考认识到：

●有效值指热效应方面的等效

●I=0.707 Um不适用于非正弦式电流

（四）加强实践意识、STS的意识等

【例】摇绳发电（选修3-2图4.2-7）

放在“做一做”栏目中，学生可以根据自已的情况，可以做，也可以不做。它与“实验”或“演示”不同，不做后者叙述的实验会影响后面的教学，而“做一做”中的实验对后面的学习没有直接的影响。但是，教师应该创造条件让学生多做一些这样的实验；如果所有这样的小实验学生都不做，三年下来学生的实践意识、解题时物理图景的建立等，肯定会受到影响。

教材还提供了许多激发学生思考科学技术与社会关系的材料。

【例】“STS”大面积停电引发的思考（选修3-2第52页）

8月14日，美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电事件……

在提供了一篇阅读材料后，又提出了两个问题，其中的一个是：

通过以上事例，以及你对科学技术与社会关系的体会，你认为人类有必要在这样大的程度上依赖技术吗？

这类问题是没有唯一正确答案的，它的目的是激发学生思考科学技术与社会的关系。

二、体现科学探究的精神

（一）处处都能体现探究精神

《普通高中物理课程标准（实验）》指出了教学中的科学探究的以下几个要素：提出问题、猜想与假设、设计实验和进行实验（收集证据）、分析论证、评估、交流与合作。一个教学片断只有包含一两个这样的要素，这段教学就有了科学探究的精神。

【例】测量小灯泡的伏安特性曲线（选修31第48页）

这不是探究性实验，但教学中照下面这样做同样可以体现探究精神。

实验之前思考：灯丝有电阻，电流随电压变化的曲线可能是什么样的？……

实验之后思考：你在自己作出的伏安特性曲线中有什么新的发现？你怎样解释这个发现？

教师和教材中这样做，就是在鼓励学生提出问题，作出猜想假设，进行简单的分析推理，这就是探究精神。

（二）教学中的科学探究不一定都要做实验

教学中的科学探究大多不具备课标中指出的所有要素，不一定都包括实验。

【例】探究导体电阻与其影响因素的定量关系

（1）分析导体电阻与它的长度的关系

教材介绍了实验探究的方法，但同时又介绍了下述不用实验而通过逻辑分析认识导体电阻与它的长度、横截面积的关系的方法。

一条长度为l、电阻为R的导体，我们可以把它看成是由n段长度同为l₁、电阻同为 R₁的导体串联而成的，这n段导体的材料、横截面积都相同。总长度l与每段长度l₁的关系为

另一方面，由串联电路的性质可知R＝nR1

即                      

对比两式，可知

即在横截面积、材料相同的条件下，导体的电阻与长度成正比。

总之，探究的形式是多种多样的，我们反对形式主义的“科学探究”。

（三）通过前人的工作学习科学探究

科学探究不仅是一种教学方式，它还是一种教学内容，也就是说，在物理课程中学生要学习怎样进行科学探究。学生除了在探究中学习怎样进行探究外，还可以通过科学前辈们的工作学习科学探究。

【例】热辐射和量子论（选修3-5第28页）

教材在这一节中简要回顾了历史上最早提出量子论的以下过程：

黑体辐射→经典电磁学→矛盾→普朗克假设→推理（数学）→验证

学生可以从中体会科学探究的要素、科学探究的精神。这也是科学过程与科学方法的教育。这类教学内容主要是让学生了解、体会前辈的探究过程，并不要求学生复述，也没有必要考查。

三、做教师的好帮手

泰山高1 524 m，但一般人都能攀登；但是一个5 m高的峭壁，没有专用的工具，没有经过训练就很难上去。可以说：没有不能攀登的高山，只有上不去的台阶。教学也是如此，有些内容学生学不会，很可能是难度的梯度太大，要设法给学生搭好台阶，循序渐进。教材在这方面做了努力。

【例】示波管的原理（选修31第35页）

学生常常感觉很难想到，在偏转板上加了电压之后，电子束在管中的运动情况。为此，教材层层递进地设计了下面几个问题。

（1）在两个Y 电极之间和两个X 电极之间都不加电压，电子打在荧光屏上的什么位置？

（2）在X 电极之间不加电压，在Y电极之间加正弦电压，电子打在荧光屏上的什么位置？

（3）仍在Y 电极之间加正弦电压，但在X电极之间加图示的“按直线规律变化”的电压，电子打在荧光屏上的什么位置？

教材这样做是个示范，教学中可以根据学生的不同情况再细分几个台阶，例如第3步还可再细分。

教材还尽量为教师提供教学资料。例如选修34第11页“用计算机观察声音的波形，并测量它们频率的比值”；第65页“光经过大头针的针尖和针帽时的衍射”；选修3-5第98页“石墨堆、重水堆、轻水堆、压水堆、沸水堆”和“快中子增殖反应堆”等。