大学物理教材习题选题的对比与思考
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大学基础物理课后答案主编:习岗高等教育出版社第一章 思考题:<1-4> 解:在上液面下取A 点,设该点压强为A p ,在下液面内取B 点,设该点压强为B p 。
对上液面应用拉普拉斯公式,得 A A R p p γ20=- 对下液面使用拉普拉斯公式,得 BB 02R p p γ=- 又因为 gh p p ρ+=A B 将三式联立求解可得 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=B A 112R R g h ργ<1-5> 答:根据对毛细现象的物理分析可知,由于水的表面张力系数与温度有关,毛细水上升的高度会随着温度的变化而变化,温度越低,毛细水上升的高度越高。
在白天,由于日照的原因,土壤表面的温度较高,土壤表面的水分一方面蒸发加快,另一方面土壤颗粒之间的毛细水会因温度升高而下降,这两方面的原因使土壤表层变得干燥。
相反,在夜间,土壤表面的温度较低,而土壤深层的温度变化不大,使得土壤颗粒间的毛细水上升;另一方面,空气中的水汽也会因为温度下降而凝结,从而使得清晨时土壤表层变得较为湿润。
<1-6> 答:连续性原理是根据质量守恒原理推出的,连续性原理要求流体的流动是定常流动,并且不可压缩。
伯努利方程是根据功能原理推出的,它的使用条件是不考虑流体的黏滞性和可压缩性,同时,还要求流动是定常流动。
如果流体具有黏滞性,伯努利方程不能使用,需要加以修正。
<1-8> 答:泊肃叶公式适用于圆形管道中的定常流动,并且流体具有黏滞性。
斯托克斯公式适用于球形物体在黏滞流体中运动速度不太大的情况。
练习题:<1-6> 解:设以水坝底部作为高度起点,水坝任一点至底部的距离为h 。
在h 基础上取微元d h ,与之对应的水坝侧面面积元d S (图中阴影面积)应为坡长d m 与坝长l 的乘积。
练习题1-6用图d h d F由图可知 osin60d sin d d hh m ==θ 水坝侧面的面积元d S 为 d d d sin 60hS l m l °== 该面积元上所受的水压力为 0d d d [(5)]sin 60hF p S p ρg h l°==+-水坝所受的总压力为 ()[]N)(103.760sin d 5d 855o0⨯=-+==⎰⎰h l h g p F F ρ(注:若以水坝的上顶点作为高度起点亦可,则新定义的高度5h h ¢=-,高度微元取法不变,即d d h h ¢=,将h ¢与d h ¢带入水坝压力积分公式,同样可解出水坝所受压力大小。
《大学物理》课程教学体会与思考摘要:本文通过结合作者几年来从事《大学物理》课程教学的切身体会,指出目前《大学物理》教学过程中存在的问题,提出转变教育理念,更新教育思想,建立科学、合理的教学内容体系,改革教学方法,实现培养高素质、创新型本科人才的需要。
关键词:大学物理课程体系教学改革《大学物理》课程是理工科各专业人才培养的重要基础课,对培养既有扎实的功底、又有较强的实践能力和创新精神的高素质科技人才具有重要的作用。
长期以来,传统的大学物理教学特别强调科学知识的系统性,注重打好基础,但不能完全适应培养高层次人才的科学素质和知识创新的要求。
因此,为了将以传授知识为主的课程教学向以培养学生科学素质为主,强调掌握知识和培养创新能力辩证统一的课程定位上转变,《大学物理》课程的改革势在必行。
1 分析和总结高校《大学物理》课程教学现状及存在的问题。
1.1 教材内容陈旧,缺少时代信息物理学科教材体系特别是工科大学物理课程体系从上个世纪50年代初的全盘“苏化”后,按力、热、电、光、原的内容构建起来的课程体系一直沿用至今,没有实质性的变化。
这一方面说明该课程体系具有较强的科学性与适用性,当然也与物理教育工作者长期使用形成的习惯有关;另一方面也说明教学改革的投入力度不够,物理课程改革的空间比较大[6]。
纵观各高校《大学物理》课程内容上经典物理在教学中比重过大,缺乏现代知识气息,经典物理与近现代物理及物理前沿也没有融会贯通,使得在物理教学中,如何把握经典物理与现代物理衔接,如何处理基础物理与物理前沿关系的问题变得越来越突出。
物理学作为自然科学的基础,也是现代高新技术的基础,原有的教材体系内容是19世纪及以前的物理知识,对于20世纪以来的近代物理学涉及极少。
对于纳米技术、激光、超导、空间技术、电子信息技术、新材料技术、新能源技术等现代科技的了解,有助于激发学生对于物理学习的兴趣,全面培养和提高学生的科学文化素质、科学思维方法和科学研究能力。
新课标下高考物理试题与新课标教材习题的对比分析摘要:从习题中了解题目的基本立意,就要我们多学习基础知识,在做题中发现问题,然后整理重点知识,回归课本,了解各种题目的主要题干,以争取在考试中如鱼得水。
关键词;回归教材,能力立意;从对称视角赏赐引言:学习是一个循序渐进的过程,而在这个过程中,老师和家长起到了非常重要的作用,自己本身的努力也是非常的重要,当然教材与习题也是重中之重,有了教材里简单明了的知识点,归纳总结的重难点,所以才让我们的学习能够容易接受,能够更快的将知识理解透彻,以达到学习知识的目的。
一、突出基础与主干重视过程与细节全国卷从试卷特点来看主要考察对基本概念,基本规律的理解和掌握,突出考察理解能力与推理能力然后我们来看一下[1] 2017年全国一卷理综卷子,发球机从同一高度向正前方,依次水平射出两个速度不同的乒乓球(忽略空气的影响)。
速度越大的球越过球网,速度越小的球没有越过球网,其原因是:A.速度较小的球下降相同距离所用的时间较多B.比速度较小的球在下降,相同距离时在竖直方向上的速度较大C.速度较大的球,通过同一水平距离所用的时间较少D.速度较大的球,在相同时间间隔内下降的距离较大从这一个选择题中,我们可以看出这个是对自由落体运动概念的理解,因为乒乓球做平抛运动,所以所有乒乓球在竖直方向上的运动均为自由落体运动,而水平方向上为初速度不同的匀速运动,因此,乒乓球在竖直方向上的运动完全相同,所以根据平抛运动的水平位移X=vt,得出速度大的乒乓球所用时间少。
这个问题曾在我们的教材习题里面出现过,习题中将一个大球和小球同时扔出问,那个球更快落地。
这两道题的根本立意便是相似的,都是抓住了文章中的平抛运动,从根本上了解平抛运动的定义,让我们从基础做起,对知识理解透彻。
让学生在做题的过程中,寻找题目中的基础知识,进而将题目融会贯通。
二、回归教材,能力立意从能力立意比较,全国卷试题突出,考查主干知识,对知识点布局你于覆盖面,坚持以能力立意命题,并把对能力考察宝的首要位置,试题情境自然贴近生活,关注物理生活的实际知识设计巧妙科学合理重视实验顺问题的探究,创新着重考察学生的物理学科素养从[2]2016年全国卷来看:现要组装- 一个由热敏电阻控制的报警系统,当要求热敏电阻的温度达到或超过60°C 时,系统报警。
⼤学物理教材习题答案第⼀章质点运动习题解答⼀、分析题1.⼀辆车沿直线⾏驶,习题图1-1给出了汽车车程随时间的变化,请问在图中标出的哪个阶段汽车具有的加速度最⼤。
答: E 。
位移-速度曲线斜率为速率,E 阶段斜率最⼤,速度最⼤。
2.有⼒P 与Q 同时作⽤于⼀个物体,由于摩擦⼒F 的存在⽽使物体处于平衡状态,请分析习题图1-2中哪个可以正确表⽰这三个⼒之间的关系。
答: C 。
三个⼒合⼒为零时,物体才可能处于平衡状态,只有(C )满⾜条件。
3.习题图1-3(a )为⼀个物体运动的速度与时间的关系,请问习题图1-3(b )中哪个图可以正确反映物体的位移与时间的关系。
答:C 。
由v-t 图可知,速度先增加,然后保持不变,再减少,但速度始终为正,位移⼀直在增加,且三段变化中位移增加快慢不同,根据v-t 图推知s-t 图为C 。
三、综合题:1.质量为的kg 50.0的物体在⽔平桌⾯上做直线运动,其速率随时间的变化如习题图1-4所⽰。
问:(1)设s 0=t 时,物体在cm 0.2=x 处,那么s 9=t 时物体在x ⽅向的位移是多少?(2)在某⼀时刻,物体刚好运动到桌⼦边缘,试分析物体之后的运动情况。
解:(1)由v-t 可知,0~9秒内物体作匀减速直线运动,且加速度为:220.8cm/s 0.2cm/s 4a == 由图可得:0 2.0cm s =,00.8cm/s v =, 1.0cm/s t v =-,则由匀减速直线运动的位移与速度关系可得:22002() t a s s v v -=- 2200()/2t s v v a s =-+ 22[0.8( 1.0)]/20.2 2.0cm =--?+1.1c m =(2)当物体运动到桌⼦边缘后,物体将以⼀定的初速度作平抛运动。
2.设计师正在设计⼀种新型的过⼭车,习题图1- 5为过⼭车的模型,车的质量为0.50kg ,它将沿着图⽰轨迹运动,忽略过⼭车与轨道之间的摩擦⼒。
《大学物理实验》第一册习题与思考题第一章 实验测量不确定度与数据处理习题1. 指出下列各项各项哪些属于系统误差,哪些属于偶然误差: a.米尺刻度不均匀 b.实验者的偏见c.刻度因温度改变而伸缩d.最小分度后一位的雇计 c.游标卡尺零点不为零 f.电表指针的磨擦 g.视差2. 下列数值改用有效数字的标准式来表示 (1) 光速=299792458±100米/秒(2) 热功当量=41830000±40000尔格/卡 (3) 比热=C 0.001730±0.0005卡/克度(4) 电子的电荷=4.8030⨯10-10静库。
准确到0.1% (5) 9876.52准确到0.2%3.请把下列各数值正确的有效数字表示于括号内: (1) 3.467±0.2 ( ) (2) 746.000±2 ( ) (3) 0.002654±0.0008 ( ) (4) 6523.587±0.3 ( )4.下列各式的算术运算都是正确的,就是没有考虑到有效数字的问题。
假设下列各数值的最后一位都是估计(可疑)的,请在括号内以有效数字表示其正确答案。
(1)(1.732)(1.74)=3.01368 ( ) (2)(10.22)(0.0832)(0.41)=0.34862464 ( ) (3)4.20419.30034.6038.60421.8=+-=y ( )(4) 628.7/7.8=80.6026 ( ) (5) (17.34-17.13)(14.28)=2.9988 ( )5.计算下式结果及其不确定度的表示式。
N=A+2B+C-5D设:A=38.206±0.001cm B=13.2487±0.0001cm C=161.25±0.01cm D=1.3242±0.0001cm6.一圆柱体的直径为(2.14±0.02)厘米,求其横截面积。
大学物理教材习题选题的对比与思考马书云 解希顺(东南大学物理系 江苏南京 211189)摘要:针对目前我国大学物理教材中习题选题的现状提出几点看法,并对比中外多版大学物理教材提出一些建议.关键词:工科物理 教材 习题物理学是自然科学得以发展的基础,也是高新技术发展的主要源泉.大学物理教学对于培养高素质的、参与国际竞争的高级工程技术人才,起着至关重要的作用.教材作为教学内容的主要载体,学生学习的重要依据,在教与学中具有重要的指导意义.其中教材中的习题,更是学生巩固旧知、加强实践、拓展视野、应用理论解决实际问题的重要途径.目前,工科物理教材种类较多,但习题的配置特点大略相似,甚至有不少雷同.本文就此方面提出几点看法.1 目前我国大学物理教材课后习题选题的特点随着我国大学物理课程教学改革的逐步推进,教材的更新和发展有目共睹,各种形式多样的教材满足不同专业方向的学生,语言越来越生动,可读性逐渐加强,难度系数也更贴近学生实际,然而对比国外,目前我国大多教材习题的选题,在某些方面仍存在一些不足.1.1 习题取材涉及到的生活实例较少教材中的习题大多已被抽象为理想模型,以致有人说,力学就是关于 小木块的研究,热学就是关于 理想气体的研究.限于知识体系在短时期内无法也不必涉及太深,可能在理论讲授时,需要将问题模型化;但是在习题中,如果完全不给学生提供一个真实的环境,就会限制学生抽象思维能力的发展,不能很好的引导学生将物理知识应用于实践,进而使学生提出 学物理有什么用的疑问.1.2 习题对于定性和半定量分析的问题涉及不够我国物理教学的优良传统是,课程内在联系紧密,论述条理清晰,逻辑严密,这样可使学生的知识结构不出现零散现象的罗列和定律的堆砌,而是一个有层次有组织的整体.因此,教材中的大多题目要求对给出的具体问题进行定量计算,这对学生数量级估算、量纲分析、极限情况分析等能力的培养不利.学生应当不仅懂得精确计算,而且具有物理常识的概念.1.3 选题涉及知识面较窄,对科技动态涉及较少在科技迅猛发展的今天,物理教材除了传承经典的物理定律、定理,还需要与现代科技紧密相连,才能使它的可读性更强,调动学生浓厚的学习、探索科学的兴趣,使物理知识不仅写在书上,而且 活在社会生活中.当前的物理教材,带给学生的新鲜科技信息还不够多.2 几本大学物理教材习题的对比及几点改进建议习题的设置对教学有着十分重要的导向作用,尤其在大学物理课时少的情况下,教师在教学中以理论知识的讲授为主,较少涉及实际应用的讲解,这就需要学生培养良好的自学能力.对于刚从中学进入大学学习的新生,对知识的巩固和理解以及自我检测,做习题仍是主要手段之一.因此,教材中习题的设计对学生的引导作用不可忽视.!重点高等学校工科大学物理课程教学改革指南∀中指出: 为了培养高级工程技术人才,适应经济发展与社会进步要求,充分发挥物理课程在培养和提高学生的能力和素质方面的优势,必须对学生应具备的物理知识、能力和素质进行总体优化设计.对教材习题的优化设计,也应遵循这一原则.在此,分析结合国内外的几本常用教材的习题设计,对习题的选题提出几点建议.#16 #2.1 用实例创设物理情境,提出问题(1)真实的物理情境,能够迅速吸引读者的注意力,调动解决问题的兴趣.教育心理学研究表明,宽松愉快的学习氛围对提高学习效率有很大帮助.在国外的一些教材中,这方面做得就能符合年轻读者的心理.例如,有一道关于力学的习题,在题目的下面还附有一幅生动的简图:一位妈妈正向前用力斜拉着一个淘气的小孩,隐约看得出妈妈生气的样子.题目要求用牛顿第二定律分析小孩的受力情况,计算地面对小孩的摩擦力[1]等.在这样一个简单的生活场景中,赋予它几个问题,使学生在解决问题时感受宽松有趣的氛围,减轻了学生认为物理高深莫测的畏惧心理,使他们体会到物理在生活中无处不在.(2)在实例中提出问题,还能够提高学生的建模能力.物理学与生活息息相关,它不断解决生活的种种问题,但是物理规律一般都有应用的特殊条件,比如自由落体运动要求只受重力等,这需要学生能够对一个复杂繁琐系统进行抽象提炼,建立物理模型,并将所学理论正确的应用到模型上,解决需要解决的问题.在解决问题的过程中,对物理规律的适用条件也有了更深刻的理解.如果学生长期面对的是抽象模型,就很难培养这种独立建立物理模型的能力.因此,在习题中加入一些实例计算很有必要.例如,在学习了静电场知识后,对雷暴的电荷与电场提供资料,并估算雷暴云泡中的电荷在大气中产生的电场[2].这就需要根据实际情况,建立模型,这种计算在避雷等方面具有重要的现实意义.(3)在实例中提出问题,能够引导学生理论联系实际,让他们体会到学有所用.物理学是当今众多高新技术发展的基础,只有将物理知识转化为科技,才能使人类生活发生变化,使知识造福于人类.因此对于工科学生,这一点尤其重要.例如,在学习了波的干涉后,!物理学∀中有这样一道习题[3]:图1为干涉型消声器结构的原理图(原图请参阅原书),利用这一结构可以消除噪声.当发动机排气噪声声波经管道到达点A时,分成两路而在B点相遇,声波因干涉而相消.如果要消除频率为300Hz的发动机排气噪声,求图中弯道与直管长度差 r=r2-r1至少应为多少?(设声波速度为340m/s)图1把科技实例作为题目的载体,既使学生巩固了所学知识,又加强了理论与实践结合的意识,对于工科院校培养高级工程技术人才,充分发挥物理课程在培养学生能力和素质方面的优势,体现得更为明显.2.2 在习题中增加一些推测估算的问题定量的方法在物理学中获得了巨大的成功.有些人认为,定性的分析是出于不得已,只有高度定量化才是最重要的.事实上,这种认识是片面的,并非所有的场合都需要繁杂的计算,有时候定性的分析更便捷有效.在解决实际问题时,懂得抓住需要解决的主要问题,忽略那些不必严格追究的细枝末节,才能使物理更好的服务于生活.在物理教学中,注重对定性与半定量问题的分析[4],安排一些习题,适当简化数学运算,增加定性和半定量的思考题或练习题,加强数量级估计、量纲分析、极限情况和对称性等的训练,有利于培养学生的科学思维和综合分析能力.国外一些教材中的估算题目较多,如在介绍了数量级、物理单位后,就会安排很多有趣的实例请学生估算.2.3 加入科技信息和交叉学科知识,拓宽学生的知识面我国重点高等学校工科大学物理课程教学改革要求,教学内容的重点是要实现物理课程内容的现代化,为学生进一步接受工程教育,学习新技术、新工艺、新知识打下良好的物理基础;要在教学中反映现代工程技术和现代物理的新进展及重大科技成果.因此,工科物理教材习题配置应充分重视反映物理知识在科学技术及实际生活中的应用,在大量的工程技术应用和日常生活中提炼出各种物理模型后,充以真实的数据,将物理学的基本原理与科技或生活中的原型挂钩,使学生在做习题的同时,了解了科技信息.#17#例如,在文献[5]中,在关于简谐运动的内容后,有一道关于空间轨道飞行器中宇航员在失重条件下测量自己质量的装置(BMMD)介绍的题目. BMMD 是一把装有弹簧的椅子,宇航员测量他或她坐在该椅子上时的周期,由振动的物块#弹簧系统振动的周期公式可求出质量∃∃习题既达到了复习巩固知识的目标,又传递给学生更多的科技信息.另外,对于教材中反映现代技术和科学发现的内容(如物理学的两个前沿学科高能物理和天体物理等),尤其是物理学与交叉学科、边缘学科、新兴学科的关系等内容,可以辅以一定的背景知识后在习题中加以反映,以扩大工科学生的知识面,同时将这样的一些实际问题的范例加工编入习题中,培养学生的发散性思维和逆向思维.比如在文献[5]中,在一道关于质心的题目中,先介绍氨分子(NH3)的结构,给出氮原子与氢原子的质量及原子间距离,求相对氮原子确定氨分子的质心位置.题目中提供了氨分子的结构图.教材建设作为保证和提高教学质量的重要支柱和基础,作为体现教学内容和教学方法的知识载体,在当前培养应用型人才中的作用是显而易见的.探索、建设适应新世纪我国高校应用型人才培养体系需要的教材体系已经成为当前我国高校教学改革和教材建设工作面临的十分重要的任务.以上只是对教材中的习题提出一些简单看法,真正符合时代要求并受学生欢迎的教材,会在不断的教学探索中逐步调整和不断发展.参考文献1 Ronald Lane Reese.University Physics.北京:机械工业出版社2 张三慧.电磁学第二版.北京:清华大学出版社,19993 马文蔚,等.物理学第五版.北京:高等教育出版社,20064 赵凯华.定性与半定量物理学.北京:高等教育出版社5 David Halliday,Robert Resnic,Jearl Walker.物理学基础第6版.张三慧,等译.北京:机械工业出版社,2005IBM瞄向单原子存贮器IBM公司的物理学家发明了一种方法可以在单个磁性原子中存贮计算机比特.这个方法是用隧穿扫描显微镜将一个磁性原子精确定位于非磁性材料薄膜的表面,然后在磁性原子和周围膜原子的相互作用下,可将磁性原子的磁矩固定地指向某个特定方向.这个技术可以使计算机磁性存贮器的存贮密度提高一千倍.硬盘在将信息(比特)存贮于磁性薄膜表面的微小磁畴中,数据存贮的密度取决于磁畴能做得多小.然而当磁畴的直径小于几十个纳米的时候,磁性原子的热运动将使磁畴的磁场方向发生随机变化,使磁畴失去存贮信息的能力.这就是所谓的 超顺磁性.一些物理学家认为,超顺磁性极限可以克服,他们的设想是构造由一个磁性原子和包围它的非磁性原子构成的纳米结构.在磁性原子和非磁性原子的相互作用下,磁性原子的随机热运动被控制,就可以固定地指向特定的方向.IBM研究中心的Andreas Heinrich和同伴在这个方向上迈出了至关重要的一步,他们将单个磁性原子固定于铜氮化合物薄膜的表面得到了固定的磁场方向.按照Heinrich的说法,这是首次在单个磁性原子上观察到磁各向异性.在用STM仔细研究了这个磁性原子及其四周的非磁性原子之后,该小组得出结论,这个单个原子的磁各向异性应归结为磁性原子和它邻近原子之间的相互作用.Heinrich小组乐观地认为这项技术将可以产生比目前硬盘存贮密度提高一千倍的设备,然而他们同时还说在这个超高密度存贮器诞生之前需要有更多的人力物力投入研究工作.单个原子的磁各向异性只是提供了一个必要条件,其他的例如如何可靠地将数据从单个磁原子中存入和读取,仍需要进行大量的研究.目前这项工作是在超低温(0.5K)下进行的,以后再作改进.参考文献:Science3171199(吴江滨编译) #18#。