物理学与人类文明教学设计

绪 言

▲教学目的：通过演示与讲解，让学生了解高中物理的主要内容与学习方法，理解为什么要学习高中物理以及怎样才能学好高中物理，为今后深入学习作好思想准备与方法准备. ▲教学过程：自我介绍.祝贺同学们升入高中阶段学习.我很高兴能教你们的物理课，我愿意和大家一起努力，为实现你们的理想目标而同甘共苦.（邢台名人：①扁鹊：前407-前310，沧州任丘人，战国名医，创“望、闻、问、切”中医诊断方法，晋国大夫赵简子经扁鹊治愈重病，赐地在邢台内丘县蓬山，死后葬于蓬山，人们建立鹊山祠怀念他.②郭守敬：1231-1316，邢台县人，中国元代天文学家、数学家、水利专家和仪器制造家.③张遂，又叫僧一行，一行和尚，公元683—727年，邢台巨鹿人，唐代著名天文学家和佛学家，制定《大衍历》我国历史上最为全面和详细的历法.）

在初中我们已经学过一些物理知识，但都比较浅显.我们先看几个有趣的实验.

★几个有趣的实验：

⑴蛋碎瓦全？瓦碎蛋全？

人们常用“以卵击石”来形容某些人不自量力的可笑行为，可是，鸡蛋真是那么不堪一击，石头真的是那么坚不可摧吗？那么就让我们观察下面的实验吧. 在重锤的打击下，是蛋碎瓦全，还是瓦碎蛋全呢？

⑵声能把酒杯震碎,信吗？

优美的音乐能使人心旷神怡，可谁能想到，有时候听起来很柔弱的声波居然能把玻璃杯振得粉碎. ⑶带电鸟笼里的鸟安然无恙

高压电对人和动物的生命有着极大威胁，这是我们知道的常识，可为什么停在高压电线上的鸟和带电笼中的人（或鸟）都能安然无恙呢？

⑷静电现象 ⑸动量小球 ⑹你敢做吗？

这些有趣而又怪异的物理现象仅用初中学过的前线的物理学知识来解释是

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无能为力的.随着高中物理的深入学习，在我们面前将展现比初中物理更精彩、更多姿的世界,我们眼前的许多问号都将迎刃而解. ★物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科

☆物理学的研究范围是非常广阔的. 物理学有许多分支，如力学、热学、电磁学、光学、统计物理学、量子力学、原子与原子核物理学、固体物理、粒子物理、凝聚态物理、陶瓷物理等等. 物理学的研究范围是非常广阔的，但无论是何种分支，要描述物质结构和运动规律都离不开时间尺度和空间尺度. ▽什么是数量级？

人有多少根头发？人类的头发依种族和发色的不同，数量也略有差异.黄种5人平均每人10万根(科学计数法表示为1.0×10)，金发色头发的白种人头发5较细，平均每人12万根(1.2×10)，红色头发略粗，平均每人8.5万根（8.54nn×10）.科学计数法：a×10,其中，10即数量级，（四舍五入）两种表达方式哪一个更准确呢？

18-25 ⑴从时间尺度来看：10s～10s 10 现代标准宇宙模型告诉我们，宇宙是在200亿年前，即2×10年前的一次18大爆炸中形成的.以秒为单位，宇宙的年龄约为10s的数量级，这是目前能测到的最长的时间.

研究质子、中子、电子、光子等微观粒子运动规律的物理学是粒子物理.在常见的粒子中，质子、光子、电子是稳定的，其余的都不稳定，即粒子经过一定时间就衰变为其它粒子.粒子从产生到衰变间存在的平均时间，叫粒子的寿命.-25有一种微观粒子，寿命很短，数量级为10s，这是目前能测到的最短的时间. 18-25 物理学研究的时间范围是如此之大，从10s～10s，竟然跨越了43～44个数量级. ⑵从空间尺度来看：

26 目前用哈勃太空望远镜可观察到的宇宙空间范围的数量级约为(10～2710)m，这是目前能测到的最大的空间范围. 在粒子物理学中，目前观察到的微观粒子的最小空间尺度的数量级约为-1510m. 物理学研究的空间范围也是如此之大，从宇宙空间到微观粒子空间，数量-152627级从从10m到（10～10）m共跨越了42～43个数量级. 由此可见，无论从时间尺度来看，还是从空间尺度来看，物理学的研究范围都是多么的广泛.

☆高中物理的主要内容

高中物理的主要内容可分为力学、热学、电学、光学、原子物理五个部分. 思路：先让学生阐述初中的，在叙述高中的，最后展望以后的. ①力学：主要研究力和运动的关系.重点学习牛顿运动定律和机械能. 演示：离心轨道上小球的运动.问：小球从多高处滚下恰能通过圆环最高

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点？这就是一个力和运动关系的问题.游乐场中的“翻滚过山车”的原理以此为基础. 再问：要用多大速度把一个物体抛出地球去，能成为一颗人造卫星？卫星要达到这么大的速度，需要用运载火箭发射.我国已发射37颗人造卫星，其中有5颗是同步卫星.同步卫星实现了全球异地通讯，世界变成了一个“地球村”.世界能看到中国的发展、听到北京的声音；同样我们也能看到与听到世界的动态与信息. ②热学：主要研究分子动理论和气体的热学性质. ③电学：主要研究电场、电路、磁场和电磁感应.重点学习闭合电路欧姆定律和电磁感应定律. 演示：电源外电压的变化.把直流电压表并接在干电池组的两极上，电源的外电路由四个并联的小灯泡组成.问：当小灯泡逐个点亮时，电压表的示数如何变化？实验结果表明，电源的外电压随外电阻的变化而变化.初中电学假定电源两极电压是不变的；高中电学认为电源电极电压是变化的.这说明高中物理比初中物理内容加深加宽，由定性分析变为更多的定量分析，学习迈上一个新的台阶，同学们要有克服困难的思想准备. ④光学：主要研究光的传播规律和光的本性. 演示：光导纤维传递光能的实验.由于光导纤维结构简单、可以弯曲，20世纪50年代用光导纤维传输光能的技术得到迅速发展.光导纤维和激光技术相结合可以发展光缆通讯，传递声音和图像的讯号.光缆的直径不到0．1mm，然而在这种小小的信息通道上，从理论上讲，同时能传送100亿路的电话，100万路高质量的电视节目，且不受电磁干扰，信息损失也极小.而且目前一对直径为0．65mm的铜线仅能同时提供24路，一条直径为76．2mm包括22个铜轴管的铜轴电缆，也只能同时传送4万路电话或23个电视频道的节目，同时利用铜或其他金属导线，将会占据很大的空间，而且价格高，还会受电磁的干扰.光缆电视进入千家万户，节目增至40多套，干扰问题彻底解决，图像清晰，声音悦耳. ⑤原子物理：主要研究原子和原子核的组成与变化. 1911年以前，人们对原子的组成仍然是一个未解的谜.是谁首先解开这个谜的？是英国科学家卢瑟福.他和他的同事们做了用α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现.卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，提出了原子的核式结构模型.此后，科学家又深入核的内部，发现核的组成与变化. 我们要学习原子弹与氢弹的基本原理，了解我国关于核武器的方针政策. 现在，我们可以精确的知道，太阳这颗价值非凡的发光体非常的巨大，它的直径相当于110个地球，它的表面是6000度的高温，经过一亿五千万千米空间的传输，地球只得到它的光辉的5亿分之一，但这已经足够了.它的质量相当于33万个地球，但尽管这么大，如果全部是煤，发出同样的光和热只

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能烧几千年.然而，它稳定的烧了50亿年，是什么东西这么经烧呢？人类的燃烧概念是火，用一堆树枝燃烧几个小时，这就是我们的获取能量的概念，而太阳的燃烧和篝火原理完全不同，它在让原子核燃烧，一节只能烧几分钟的树枝，如果让原子核燃烧，放出的能量，足以把一盏一百瓦的灯泡点亮一百万年.那么，原子核燃烧遵循什么规律呢？

太阳不是永恒的能源，在大约40亿年之后，在太阳的核心，又诞生了一个新太阳，而这个温度更高的太阳会把外面温度低的太阳推出去，它的体积将会因此而膨胀一百万倍以上，宇宙中恒星在衰老的时候将会显得非常辉煌，但这种辉煌将毁灭地球，恒星的临近熄灭不仅不会减少热能，恰恰相反，一个100亿岁的太阳将会把几亿千米的范围都变成火海，地球的一切生态构成都将崩溃，并最终被它吞噬.幸运的是，人类有至少40亿年的时间来做准备.死亡太阳，最终会成为一颗和地球直径差不多但比地球重几十万倍的白矮星.尽管它模样改变了，但它的引力仍然能够控制太阳系剩下的天体. 在宇宙中，恒星是按照它们的死亡的方式分类的，一类像我们太阳这种，最终安静的成为白矮星，另一类是质量比太阳大8倍以上的恒星，它们的死亡是爆炸.恒星越大，寿命就急剧的缩短，质量差3倍，寿命就差750倍，也就是说，一个比我们的太阳大３倍的恒星，它的寿命就只有1300万年，所以，生命的进化是不可能托付给大恒星的.但是，宇宙的物质的丰富和流动，却全靠它们. 质量比太阳大8倍以上恒星粉碎性的爆炸，能量的狂飙扫荡天庭，这就是超新星爆发.此刻它的能量相当于正常恒星的100亿倍，在这个超能量的瞬间，宇宙中所有的元素都被聚变出来了.像金银首饰这种重元素，就是在超新星的爆炸中诞生的，当我们佩戴它们时，要记住宇宙制造高档产品确实是造价很高，它需要报废一颗至少比太阳大8倍以上的恒星，才能使我们披金戴银. 超新星爆炸的最终结果，是形成最致密的物质——中子星，它一立方厘米的质量能达到十亿吨，而它引力强大到让光都要成抛物线才能挣脱.把地球压缩成教室这么大，就是中子星. 一些较大的超新星爆炸之后，将会产生引力的奇迹——黑洞，巨大的引力把物质化为无形，因为连光都要被吸回它的表面，如果把地球压缩成一个核桃，就是黑洞. 恒星演化的结果，有的成为白矮星，有的成为中子星，有的成为黑洞.同样是恒星，为什么会有不同的命运呢？

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