第一章走进物理世界本章概述1.1希望你喜爱物理1.了解一些有趣的物理现象,认识物理学是研究物理现象的规律和物质结构的科学.2.认识研究和学习物理学的方法:观察和实验、归纳和数学分析、建立概念和探究规律、理性思维等.3.初步体会实验对物理的重要性.4.了解物理学在社会发展和人类文明进程中所起的作用.【重点难点】重点:通过观察、实验、阅读、讨论交流等形式激发学生的学习兴趣.难点:认识研究问题运用科学方法.【新课导入】导入1:视频导入利用多媒体播放视频“自杀的三棱镜”“水煮金鱼”“瓶吞鸡蛋”“对对碰”,激发学习兴趣,导入新课.导入2:情境导入电闪雷鸣是常见的现象,是传说中“雷公”在发怒吗?是“电母”在施法吗?这只是一种物理现象,学习了物理学后,你的所有疑问都会迎刃而解了.那么请问你对物理学有兴趣吗?今天我们开始跨进物理世界的大门,到神奇的物理世界去探究一番,感受它带给我们的乐趣.导入3:图片导入利用多媒体展示几幅自然美景,引导学生对探究世界的奥妙产生兴趣,进而产生学习物理学的冲动和激情.【课堂探究】一、物理学就在你我身边阅读课本P2~3内容,回答下列问题.1.“幻日”奇景是在一定的自然条件下,由太阳光偏折形成的杰作.2.1752年,美国物理学家富兰克林做了一次著名的风筝实验,他不仅捕捉到了雷电,而且发现它与实验室中摩擦得到的电是一回事.3.物理学是研究声、光、热、力、电等各种物理现象的规律和物质结构的一门科学.4.联合国大会于2019年通过决议,宣布2019年为“世界物理年”,并举办了全球的光束传递活动.二、物理学推动了社会的发展阅读课本P4~6内容,完成下列问题.1.简单机械的发明和应用,使人类创造了许多巧夺天工的奇迹.2.17~18世纪,蒸汽机的发明和应用,标志着人类进入了“蒸汽时代”.3.到了19世纪,基于电磁学研究的巨大成就,人们成功地制造了各种电气设备,从此人类社会进入了“电气时代”.4.20世纪以来, 电子计算机的普及, 互联网等各种现代信息技术的不断改善, 原子能的利用,以及空间技术的发展等,使社会生产和人类生活面貌发生了翻天覆地的变化,人类开始步入了一个智能化、信息化的高科技新时代.5.2003年10月15日,我国自行研制的第一艘载人飞船“神舟五号”顺利升空,航天员杨利伟终于实现了中国人几千年来的飞天之梦.三、物理学的召唤认真阅读课本P6~7,了解物理学发展过程中三位里程碑式的巨人是如何研究物理学的.1.伽利略通过观察和实验发现了物理学中的一些规律.观察和实验是进行科学研究的基本方法,也是通向正确认识的重要途径.2.牛顿在伽利略等人研究成果的基础上,运用归纳和数学分析的方法总结出许多力学规律,构建了经典力学体系.3.物理学的框架是由物理概念、规律以及贯穿其中的科学方法构成的.4.爱因斯坦是理性思维的代表,他建立的相对论使人们对时空观有了全新的认识.学习物理学,既离不开观察和实验,也离不开理性思考.1.爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家,下面的物理学成果中,不属于爱因斯坦的贡献是( D)A.相对论的提出B.质能方程C.光电效应的发现D.万有引力的发现2.英国伟大的物理学家牛顿曾经说过一句话:“我之所以能够取得成就,是因为我站在巨人的肩膀上.”他说的这位“巨人”指的是( B)A.哥白尼B.伽利略C.布鲁诺D.爱因斯坦3.伽利略对物理学的贡献很多,其中最重要的两个是( B)A.构建经典物理学和把实验引入物理研究B.把实验引入物理研究和最先把望远镜瞄向天空C.把实验引入物理研究和发现万有引力定律D.最先把望远镜瞄向天空和发现万有引力定律4.请你判断下列各种现象属于何种现象.(1)彗星凌日是光的现象;(2)钻木取火是热的现象;(3)暗潮涌动是力的现象;(4)晴空霹雳是声的现象和电的现象;5.17~18世纪,由于力学和热学的发展,人类进入“蒸汽时代”;19世纪,基于电磁学的巨大成就,人类社会由“蒸汽时代”进入了“电气时代”;现在,人类已经进入了一个智能化、信息化的高科技时代,主要是以原子能的利用、电子计算机的普及、互联网等各种现代信息技术的不断完善和空间技术的发展为代表的.6.观察和实验是进行科学探究的基本方法,同时也是通向正确认识的重要途径;学习物理学还离不开理性思考.1.“世界物理年”1905年,爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义的论文,为相对论的建立奠定了基础,为量子理论的发展作出了重要贡献,这是物理学史上的一个重大事件.一百年来,以相对论和量子力学为代表的近代物理学,对人类文明和进步起到了前所未有的推动作用.为纪念这一奇迹年100周年,全球物理学界一致呼吁2019年为“世界物理年”.2.世界物理年徽标世界物理年徽标构图像一个光锥.红底代表过去.在物理学中,光谱发生“红移”是物体背离我们的方向运动的光谱特征;红色又有底部或基础的含义.蓝顶表示未来,天空是蓝色的;“蓝移”是面向我们方向运动物体的光谱特征.黄和绿表示联结过去到未来,体现出在过去的基础上建立未来的信心.其中,绿色又代表“绿灯可走”,即进步;黄色代表和平、合作.徽标主要表达的意义是:科技的进步和国际的合作可以帮助建设光明的未来.3.牛顿煮怀表牛顿从事科学研究时非常专心,时常忘却生活中的小事.有一次,给牛顿做饭的老保姆有事要出去,就把鸡蛋放在桌子上说:“先生!我出去买东西,请您自己煮个鸡蛋吃吧,水已经在烧了!”正在聚精会神地计算的牛顿,头也不抬地“嗯”了一声.老保姆回来以后问牛顿煮了鸡蛋没有,牛顿头也没抬地说:“煮了!”老太太掀开锅盖一看,惊呆了:锅里居然煮了一块怀表,鸡蛋却还在原地放着.原来牛顿忙于计算,把怀表扔到了锅里.1.2测量长度和时间1.了解国际单位制中长度和时间的基本单位,会进行有关单位的换算.2.会观察刻度尺的零刻度线、测量范围和分度值,明确分度值的含义.3.会使用刻度尺测量物体的长度,知道记录测量结果时,既要记录准确值,又要记录估读值,还要注明单位.会粗略估测常见物体的长度.4.会根据日常经验或自然现象粗略估测时间,会使用常见的工具测量时间.5.了解什么是误差,知道采用多次测量求平均值的方法可以减小误差.【重点难点】重点:长度和时间的单位和测量.难点:从理性的角度来认识单位;测量的规范要求.【新课导入】导入1:图片导入利用图片“视觉误差”的眼睛受骗,说明凭直觉判断物体的长度是不可靠的,要正确判断必须进行测量.导入2:问题导入提出问题:生活中常见长度和时间的测量,你在哪些地方见到过长度和时间的测量?请举例说明.引导学生对生活现象的关注,使学生感受到物理就在我们身边.指出:物理学是以实验为基础的科学,在研究和学习物理的过程中,常常需要进行测量.长度和时间的测量是物理学中最基本的测量.导入3:情境导入学校每年都举行田径运动会,田径赛分为田赛和径赛两类,在田赛中通常以距离的长短来论成绩,这就要进行长度的测量,如图(甲)所示;在径赛中通常以时间的长短来论成绩,这又要进行时间的测量,如图(乙)所示.请大家思考,时间和长度的测量用到哪些工具?这些工具如何使用呢?【课堂探究】一、用刻度尺测量长度阅读课本P8~11内容,熟悉刻度尺的使用.1.为了科学地进行测量,作为比较依据的公认标准量叫做单位.2.在国际单位制中,长度的基本单位是米(m) .在日常生活中,还常用到其他的长度单位: 千米( km)、分米(dm)、厘米( cm)、毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm) .它们之间的换算关系是1 km=103m,1 dm=10-1m,1 cm=10-2m,1 mm=10-3m,1 μm=10-6m,1 nm=10-9m.3.测量长度的基本工具是刻度尺.常见的测量长度的工具有毫米刻度尺、三角板、皮尺、卷尺等, 游标卡尺和螺旋测微器是较为精密的两种测量长度的工具.4.观察如图刻度尺的外形回答下列问题.(1)它的单位是cm;(2)它的量程是0~8 cm.(3)它的分度值是 1 mm.5.正确使用刻度尺应该注意以下问题:(1)刻度尺要紧靠被测的物体,零刻度线要对准被测物体的起始端;(2)观察时,视线要正对刻度尺;(3)对测量结果,既要记录准确值,又要记录估读值,还要注明单位.6.物理学中,把测量值与真实值之间的差异叫做误差,误差是不可避免的.7.用图表来处理数据,具有形象直观的优点.二、测量时间展示实物,让学生对照实物,认识一些测量时间的工具,介绍停表的使用.1.在国际单位制中,时间的基本单位是秒(s) .在日常生活中,还常用到其他的时间单位: 时(h)、分( min)、毫秒(ms)、微秒(μs) .它们之间的换算关系是 1 h=60 min,1 min=60 s,1 s=103 ms,1 ms=103μs.2.测量时间的常用工具有摆钟、机械表、电子钟、电子停表等.1.在国际单位制中,长度的基本单位是m;学生测量长度的基本工具是毫米刻度尺.在国际单位制中,时间的基本单位是s;在实验室,常用停表测定时间.2.0.5 m=5×10-4 km=5dm;20 cm=200mm=0.2m;30 s=0.5 min;1 h= 3 600s;1 d=8.64×104 s;3 h 28 min=12 480s.3.在下列数据后填上合适的单位.(1)一名中学生的身高约为160cm;(2)教室的高度约为3m;(3)一枚硬币的厚度约为1.5mm;(4)一支粉笔的长度约为1dm;(5)课桌的高度约为80cm;(6)一般100 m赛跑所用的时间为11s.4.如图所示,用A,B两把刻度尺测量同一物体长度,放置正确的是A刻度尺,其分度值是 1 mm,该物体的长度为 2.20 cm.A,B两把刻度尺A精确度更高.5.如图所示,用最小刻度不同的刻度尺测量物体A的长度.(1)图(a)中,刻度尺的分度值是 1 cm,物体A长度为 2.4 cm;(2)图(b)中,刻度尺的分度值是 1 mm,物体A长度为 2.40 cm.6.下列有关误差的说法中,正确的是( C)A.只要认真测量,就可以避免误差B.误差就是测量中产生的错误C.多次测量取平均值可以减小误差D.选用精密的测量仪器可以消除误差1.游标卡尺游标卡尺,是一种测量长度、内外径、深度的量具.游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成.主尺一般以毫米为单位,而游标上则有10,20或50个分格,根据分格的不同,游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺和五十分度游标卡尺等.游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪,分别是内测量爪和外测量爪,内测量爪通常用来测量内径,外测量爪通常用来测量长度和外径.2.螺旋测微器螺旋测微器又称千分尺、螺旋测微仪、分厘卡,是比游标卡尺更精密的测量长度的工具,用它测长度可以准确到0.01 mm,测量范围为几个厘米.它的一部分加工成螺距为0.5 mm的螺纹,当它在固定套管B的螺套中转动时,将前进或后退,活动套管C和螺杆连成一体,其周边等分成50个分格.螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5 mm的刻线去测量,不足一圈的部分由活动套管周边的刻线去测量,最终测量结果需要估读一位小数.1.3长度和时间测量的应用1.会用累积法测算一张纸的厚度.2.会用以直代曲法、滚轮法测算曲线的长度.3.会用量筒或量杯测液体和固体的体积.4.了解自己身上的“尺”和“表”,练习用这些“尺和表”进行估测.【重点难点】重点:领会累积法和以直代曲等测量的技巧和转换的思想方法.难点:利用自己身上的“尺”和“表”粗略估测长度和时间.【新课导入】导入1:情境导入下面有四个特殊测量的例子,请同学们仔细思考和交流讨论,找出解决它们的方法,书写出思路和步骤.(必要时可以借助图形)(1)测量一张纸的厚度;(2)测量一段曲线的长度;(3)测量护套线细金属丝的直径;(4)测量一枚硬币的直径.导入2:问题导入(1)一张纸的厚度有多大?(2)如何测量出曲线的长度?(3)假如你身上什么工具都没有,你能否对长度、时间进行一些估计呢?导入3:复习导入(1)怎样正确使用刻度尺测量长度?(2)是否能用毫米刻度尺测量课本中一张纸的厚度和曲线的长度呢?【课堂探究】一、长度的“间接”测量1.活动:阅读课本,讨论、操作,交流测量的方法和测得的结果.测量一张纸的厚度(累积法):测量时取若干张纸(纸的张数要足够多),压紧后,用最小刻度为毫米的刻度尺量出其总厚度L,然后将总厚度除以纸的张数N,求出每张纸的厚度l=.2.活动:介绍“以直代曲法”“滚轮法”和“化曲为直法”.测量一曲线的长度:方法1:曲线可以看成是由许多小段线段组成的,用毫米刻度尺直接测出线段的长度.方法2(化曲为直法):用硬币紧贴着曲线,从一端滚动到另一端,记下滚动的圈数,在测出硬币的圆周长,然后用“圈数×圆周长”,算出曲线的长度.方法3(化曲为直法):用细线与曲线完全重合,在细线上标记出曲线的起点和终点,再拉直测量,即为曲线的长度.二、测形状不规则的物体的体积1.课本P15图125中量筒的测量范围是0~100 mL,分度值是 1 mL;图126中量杯的测量范围是0~100 mL,分度值是 5 mL.2.观察量筒和量杯,比较它们的刻度线的分布有什么不同?答: 量筒的刻度上下均匀,而量杯的刻度上密下疏;因为量筒的粗细是均匀的,量杯是上粗下细.3.使用量筒或量杯时应该注意:(1)观察量程、分度值、单位;(2)读数时视线要与液体凹液面最低处相平.4.测量不规则固体的体积的方法:在量筒或量杯中先注入一定量的水,记下此时液面的刻度值为V1,再将待测固体放入量筒或量杯中,此时水不溢出,记下液面的刻度值为V2,则该待测固体的体积为V2-V1.三、你身上的“尺”和“表”1.身上的“尺”:通过测量,一拃的长度约为18 cm;一步的距离约为 6 dm;指甲宽约 1 cm;拳头宽约 1 dm;中学生的身高约 1.6 m.2.身上的“表”:中学生的脉搏1 min约跳70次.1.如图所示,用刻度尺和三角板测量一个圆柱体直径,其中测量方法最佳的是( B)2.如图所示为观察量筒读数时的四种方法,其中正确的是( B)3.要求较准确地测出80 cm3的酒精,下列四种规格的量筒中,最合适的是( D)A.量程50 mL,最小刻度5 mLB.量程50 mL,最小刻度2 mLC.量程100 mL,最小刻度10 mLD.量程100 mL,最小刻度5 mL4.如图所示,在铅笔上整齐排绕20匝铁丝,则铁丝直径约 1.875mm.5.因矿石较大,放不进量筒,因此小芳利用一只烧杯,按如图所示方法来测量矿石体积,图中量筒内剩余水的体积是130mL,矿石体积为70cm3,用这种方法测出的矿石体积会偏大(填“偏大”“偏小”或“不变”).6.请你用一把量程为30 cm的刻度尺测出一层教学楼的高度,写出你的办法.答: 先测出一级台阶的高h,再数出一层教学楼的台阶的级数n,则一层教学楼的高度为H=nh. 7.给你一张纸、一只大头针和一把刻度尺,怎样测量一个圆柱体的周长?答: 用纸垂直圆柱体的轴包住圆柱体,然后用大头针在纸重叠的位置扎个孔,把纸展开用刻度尺测量两孔之间的距离,测得的结果就是圆柱体的周长.1.有趣的人体尺度一般来说,在正常情况下,—个人手腕的周长恰恰是他脖子周长的一半;两臂平伸的长度正好等于身高;大多数人的大腿正面厚度和他的脸宽差不多;大多数人肩膀最宽处等于他身高的;成年人的身高大约等于头长的8倍或7.5倍.2.辅助工具法物体表面凹凸不平或几何形状不规则时,采用平移的方法利用辅助工具来测量.适于测圆、圆柱体的直径和圆锥体的高等,如图所示.3.激光尺激光尺是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器.激光尺在工作时向目标射出一束很细的激光,由光电元件接收目标反射的激光束,计时器测定激光束从发射到接收的时间,计算出从观测者到目标的距离.1.4尝试科学探究1.了解科学探究的一般过程和步骤.2.练习熟练准确地测量长度、时间和组装简单器材,提高操作技能.3.初步体验科学猜想与假设、简化研究对象、控制变量等方法在科学探究中的作用和意义.【重点难点】重点:通过实验和体验来学习科学探究,了解科学探究的一般过程和要素.通过探究摆的奥秘,初步体验科学猜想与假设、简化研究对象、控制变量等科学方法.难点:运用简化研究对象、控制变量等方法.【新课导入】导入1:故事导入1665~1667年间,有一天,牛顿坐在苹果树下思考地球的引力问题,突然一个苹果从树上落下,激起牛顿思潮翻滚.他想:苹果在空间,哪一个方向都可以飞去,为什么偏偏要坠向地面?地球和苹果是互相吸引的?行星绕恒星运转,也是互相吸引的?苹果落向地面的力和使行星保持在它的轨道上的力是否有关呢?牛顿经过长期观察研究,产生了如下的假想:太阳、行星以及离我们很远的恒星,不管彼此相距多远,都是互相吸引着的,其引力随距离的增大而减小,地球和其他行星绕太阳运转,就是靠太阳的引力维持.同样,地球不仅吸引地面上和表面附近的物体,而且也可以吸引很远的物体(例如月球),其引力也是随着距离的增大而减弱.可见,提出问题是科学探究的第一步.导入2:谈话导入提出问题是进行科学探究的第一步,伟大的科学家爱因斯坦说过,提出问题有时比解决问题更重要.同学们要仔细观察平日周围的事物,善于思考,善于提出问题.【课堂探究】一、探究摆的奥秘1.提出问题阅读课本P17,思考:小慧从张师傅修理摆钟的过程中想到了哪些问题?答:张师傅拧钟摆下面的螺母对摆动的快慢会产生什么影响呢?钟摆来来回回摆动,摆动一次的时间由什么决定呢?2.猜想与假设演示实验建立情景,组织学生进行讨论交流,提出猜想与假设.猜想①:摆动的快慢,可能跟摆锤的轻重有关.猜想②:摆动的快慢,可能跟摆偏离的角度有关.猜想③:摆动的快慢,可能跟摆的长短有关.3.设计实验与制订计划阅读课本,分析、领悟课本上的设计.①钟摆的简化:钟摆绕一个固定点摆动,可以用细线悬挂小球代替钟摆.②实验方法: 简化法和控制变量法.4.进行实验与收集证据进行实验,并将测量的数据填入表格中.按设计的方案进行试验,并将相关的数据分别填入表一和表二中[若学生初次探究设计表格有一定困难,可由教师示范表格设计方法:控制变量→待研究变量(纵向列表)→实验次数/顺序(横向列表)→待测数据].表一表二5.分析与论证由第一组实验的数据可以得出结论:钟摆摆动的快慢与摆球的轻重无关(填“有关”或“无关”);由第二组实验的数据可以得出结论:钟摆摆动的快慢与摆线的长度有关(填“有关”或“无关”);综上分析:摆球摆动一次的时间只跟摆线的长度有关,摆线越长,摆球的摆动越慢.6.评估探究结论是否可靠,要进行反思.反思主要从以下几个方面来开展: 方案是否得当, 过程是否合理, 方法是否正确, 结论是否能得到实验数据的支持,有没有需要进一步探究的问题.7.交流与合作二、科学探究的过程科学探究的过程有: 提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七部分组成.1.在进行科学探究的过程中,下列做法中错误的是( B)A.不断地发现并提出问题B.任何实验资料都要保密不宜交流C.制订尽可能详细的实验方案D.大胆地猜想和假设2.下列有关摆摆动的说法中,正确的是( B)A.摆的快慢与摆锤有关B.摆的快慢与摆长有关C.摆的快慢与摆动的角度有关D.以上说法都不对3.小慧等同学在探究摆的奥秘,他们从实验中收集到的数据经过对比分析,得出一个结论:物体摆动一次的时间跟摆长有关,而跟摆重和摆角无关.摆的这个运动特性,叫做摆的等时性原理.4.在科学探究中,猜测与假设是以自己的经验和知识为基础做出的一种试探性解释.5.科学探究的过程是由提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估和交流七个要素组成,其中交流与合作是贯穿整个过程不可缺少的重要因素.6.小玲、小红和小丽在操场上玩荡秋千.小丽把小红、小玲分别轻轻推一下,细心的小丽发现,她俩往返摆动一次的时间几乎一样.那么,秋千往返摆动一次的时间与哪些因素有关呢?三人对此问题进行了研究,提出如下猜想:猜想1:秋千往返摆动一次所用的时间可能与人的质量有关.猜想2:秋千往返摆动一次所用的时间可能与秋千的绳长有关.猜想3:秋千往返摆动一次所用的时间可能与秋千摆动时离开中心线最大距离有关.为了验证上述猜想,她们来到实验室,找来刻度尺、细线、秒表、小球,依照物理学习中的科学方法,按图进行实验,得到下表中数据.请你通过分析回答下列问题:(1)为验证猜想1,应选用序号为2和4两组实验进行对比分析;(2)为验证猜想2,应选用序号为1和3两组实验进行对比分析;(3)为验证猜想3,应选用序号为4和5两组实验进行对比分析;(4)实验结论:小球往返一次所用的时间与摆长有关,与摆重和摆角无关.1.伽利略与摆著名物理学家伽利略在比萨大学读书时,对摆动规律的探究是他第一个重要的科学发现.有一次,他发现教堂上的吊灯因为风吹而不停地摆动,尽管吊灯的摆动幅度越来越小,但每一次摆动的时间似乎相等.通过进一步的观察,伽利略发现,不论摆动的幅度大些还是小些,完成一次摆动的时间(即摆动周期)是一样的.这在物理学中叫做“摆的等时性原理”,各种机械摆钟都是根据这个原理制作的.后来,伽利略又把不同质量的铁块系在绳端作摆锤进行实验.他发现只要用同一条摆绳,摆动周期并不受摆锤质量的影响.随后,伽利略用相同的摆锤,用不同长的绳做实验,最后得出结论:摆绳越长,往复摆动一次的时间(即摆动周期)就越长.2.摆钟的工作原理摆钟是利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间.一般来说,摆的重量是确定的,调节摆的引用长度(l)即可调整摆的振动周期.摆的引用长度减短,时钟变快;反之则变慢.对精密摆钟,也有用附加重物法来微调摆的振动周期.摆钟放置在不同的地理位置(不同的地球纬度和海拔高度)中,摆锤的重力加速度会发生变化从而影响其振动周期.摆钟放置在不同温度和气压的环境中,也会引起振动周期的变化.温度变化会引起摆的各部分尺寸包括摆的引用长度的变化.一般是温度升高,摆胀长而钟变慢;反之则摆缩短而钟变快.因此,精密摆钟常用不同的线胀系数的材料制成温度补偿管,以补偿温度影响.。
