八十年代 高级中学课本 物理 甲种本 第二册 介绍
本文对高级中学课本 物理 甲种本 第二册进行详细介绍。本文将物理甲种本与上一版全日制十年制学校高中物理课本(简称旧教材)对比,展示两版教材的差异,从而了解教学要求和教材编写方式和风格的改变。第二册开头是热学,下面先对比本册前两章与旧教材目录的差异。左边一列是旧教材,右边一列是甲种本。我们注意到,甲种本第一章在旧教材只有一节。甲种本第二章将旧教材第十章的小节拆得更细,内能的变化一节拆成了改变内能的两种方式和热功当量两节,还增加了能源的利用和开发一节。本章是典型的扩写了旧教材内容的案例,将旧教材的一节扩写成了一章。下面展示本章的除末尾练习和复习题的全部页面。第1页是一整页的引言。第一节页花了很大篇幅介绍分子运动论的建立,可以说展示了理论的发展史。下面是旧教材的分子运动论小节,内容非常精炼。相比甲种本,主要是少了分子运动论的发展史。甲种本的一个小节,在旧教材只是一个小标题。旧教材小标题 宏观物体是由大量分子组成的,在甲种本中是第二节 物体是由分子组成的。旧教材小标题 分子的无规则运动,在甲种本中是第三节 布朗运动。需要注意的是,分子的无规则运动不是布朗运动,布朗运动是微粒的无规则运动,可以证明分子的无规则运动。新旧教材的标题不同,但是介绍的内容的本质是相同的。甲种本单个小节的内容,要比旧教材对应小标题的内容要多。甲种本突出显示了改变物体内能的两种方式。将热功当量这个概念单独成节。甲种本上面两节的内容在旧教材中是一个小节。如下面的截图所示,旧教材中,改变物体内能的两种方式没有突出显示。也没有突出热功当量这个概念。就这部分内容而言,甲种本在突出教材关键内容方面做得更好一些。回到甲种本,第六节 能源的利用和开发,是新增内容。同时期的初中物理也有类似的内容。教材花了较大的篇幅介绍了核能和太阳能,这两种新能源在现在已经得到了非常广泛的应用。先来对比旧教材和甲种本气体性质的小节编排。甲种本没有给盖·吕萨克定律安排单独的小节,事实上甲种本没有专门介绍这个定律,而是在推出气态方程后简单介绍了这个定律。旧教材有单独的理想气体状态方程的应用小节,甲种本没有,甲种本把应用的例题都放在前面的小节了。旧教材第九节在甲种本中扩充了内容,变成第七和第八两节。甲种本第九和第十小节是新增的。先看甲种本第一节,气体的状态和状态参量。本节介绍体积、压强、温度这三种描述气体的状态参量。在介绍气体的压强时,教材给出了两个例子,对应的示意图是图3-1和图3-2。留意图3-2的例子,后面还会提到。再看旧教材。旧教材给三种气体状态参量安排了三个小标题,层次性比甲种本更好一些。但是旧教材没有像甲种本那样用例子说明气体的压强。旧教材的第一节只有两页半,而且后面没有配套的练习。所以本节的篇幅比较短。回到甲种本,看教材如何介绍气体实验定律。第二节介绍波意耳-马略特定律。教材通过定性试验展示温度不变时气体的压强和体积的关系,然后给出定律。下图第41页有个例题,我觉得这个例题不好。这道例题能这么做,需要假设开关打开后,只有容器内部的气体分子离开容器,而没有容器外的空气分子进入容器,太理想了。上图中,在讲完例题后,第42页末尾,教材介绍了温度不同,pV乘积恒量也不同,然后在下图第43页用不同温度下的p-V曲线进行解释。在本节末尾,教材给出了波意耳-马略特定律的适用范围。最后是练习。再看旧教材对玻意耳-马略特定律的介绍,甲种本几乎是照抄了本节开头部分。下图第297页的例题与甲种本不同,这里的例题在甲种本中被放到了第一节,对应图3-2,用于介绍气体的压强。个人认为旧教材这道例题更合理一些,不需要附加严格的条件。第五节介绍气态方程。教材通过初始状态的气体经过等温变化和等容变化,到达结束状态,得出气体的pV/T等于恒量。本节末尾,下图第52页红框的部分,教材介绍了盖·吕萨克定律。教材给出了pV=nRT的表达式,旧教材没给出这个式子。下面看旧教材。与甲种本不同,在介绍完波意耳-马略特定律后,旧教材介绍盖·吕萨克定律。教材通过初始状态的气体经历等温变化,再经历等压变化,达到结束状态,推导出气体的pV/T等于恒量。得到的结论与甲种本是相同的,但是第二阶段的变化不是甲种本的等容变化。本节末尾推导克拉珀龙方程。本节内容包含了甲种本两节的内容。甲种本先后介绍等温和等容变化实验定律,然后推导出气态方程。旧教材依次介绍等温、等压和等容变化实定律,利用等温和等压变化过程推导出气态方程。两个版本内容编排是有差别的。值得注意的是,验证等压变化的盖·吕萨克定律的实验的操作和观察比较简单,验证等容变化的查理定律的实验需要调节容器密闭区域的体积保持不变去观察温度对压强的影响,操作和观察复杂一些。所以我不理解在只保留两个实验定律的情况下,为什么甲种本选择保留查理定律的验证,而不是盖·吕萨克定律的验证。在我看来,像旧教材那样,保留三个实验定律的验证更好一些,甲种本先推出气态方程,再介绍盖·吕萨克定律的做法有偷工减料的嫌疑。甲种本的篇幅比较大,不少内容都在旧教材的基础上做了扩写,气体实验定律不是明显比较难的内容,不应该略写,反而应该扩写。接下来回到甲种本,看第七节 气体分子运动的特点。标红的三个小标题,旧教材仅做了简短介绍,甲种本做了扩写。甲种本气体这一章相比旧教材增加了内容,做了扩写,但是少了直接介绍盖·吕萨克定律的内容,比较怪异。本章是甲种本新增内容。本章的一些概念在初中物理学习过,甲种本做了加深扩展。先对比旧教材和甲种本电场一章的目录。甲种本增加了 两种电荷 电荷守恒定律、基本电荷册测定:密立根实验、静电的防止和应用。甲种本删去了旧教材的示波管、电场中的电介质,前者调整到后面的章,后者精简了内容合并到甲种本其他小节。甲种本还拆分了旧教材的不少小节。本章第一节中的两种电荷是对初中物理知识的回顾,也增加了一些实验,加深读者对电的认识。第一节末尾还介绍了电荷守恒定律。接下来第二节介绍库仑定律。下图第120页给出真空中的库仑定律,后面介绍电介质中的库仑定律,顺带介绍了介电常数。如下图第3页,有一个小标题介绍电量的单位。这个小标题还介绍了库仑定律中系数k的来历。接下来又用一个小标题介绍基本电荷。甲种本在库仑定律这一节没有着重介绍基本电荷,而是放在后面的小节里。下图中的例2非常重要,它说明在研究带电粒子的相互作用时可以忽略万有引力。如下图所示,旧教材中有一节专门介绍电场中的电介质。先介绍电介质的极化,这项内容在甲种本中被删除了。然后介绍介电常数,还介绍了电介质空间中的库仑定律。下面看回到甲种本,看第三节 电场 电场强度。下图第123页红框这段文字是甲种本新增的。这段话的本意是让学生对场的概念有更多的认识,但是太发散了,提到了不少还没有学习过的内容,可能会让学生更困惑,我感觉加得不好。下图中第125页的红框给出了电场强度的标量定义式。下图第126页末尾红框段落,教材用文字描述电场叠加的情况。第127页有阅读材料,介绍用比值定义物理量。这个阅读材料回顾了从初中开始到目前为止一些重要的用比值定义的物理量,解释了比值如何体现客观世界中物质的基本性质。这是一个非常好的阅读材料。上图第129页的电力线小节正文没有太多需要介绍的,这一节末尾有个阅读材料,如下图所示,介绍场的概念的历史。教材给出的电场强度定义式是矢量形式的。教材对于电场强度的叠加,不仅有文字,还有示意图和矢量形式的表达式。如下图所示。下面是甲种本的第六节 电势能,这节全程只有文字说明。如下图所示,旧教材在介绍电势能前,还介绍了在电场中移动电荷做功,通过数学运算得出电场力做功只与电荷的起始和终止位置有关。甲种本没有这项内容。下面看甲种本如何介绍电势。教材用文字描述辅以简单的运算引出电势的概念。再看下图,旧教材结合示意图和运算,引出电势的概念。可见甲种本简化了引出电势概念的说明。回到甲种本。密立根试验是新增内容,本节也正式介绍电子和质子的电量。先比较旧教材和甲种本的本章小节。甲种本的第三节在上一版中学物理教材中是放在初中的。后面的第五节、第八节、第十一节和第十四节都是从旧教材的其他小节拆分出来的。旧教材中有一节欧姆定律的应用,在新教材中被删除了。甲种本有一节电路的分析和计算,是新增内容。表面上看,这两节的内容应该基本相同,实际上大相径庭。旧教材中的电势差计被删除。事实上,十年制初中物理介绍得比甲种本更详细,如下面5张截图所示。教材先通过实验让学生认识到导体的电阻由哪些因素决定,再给出公式。回到甲种本,看第五节 焦耳定律。本节内容单独成节,旧教材是放在电功和电功率小节的。注意本节中电功和电热的关系这个小标题。这节内容说明了非纯电阻电路中电功和电热不相等。在介绍旧教材的文章中,我没有提到这一个小标题的内容,忽略了其重要性。下面是甲种本介绍伏特表和安培表的小节,是从旧教材的串联电路和并联电路两个小节中拆分出来组合形成的。七八十年代的教材中,电流表特指直接测量电流的仪表,量程较小,用电流表改装的量程较大的测量电流和电压的仪表分别叫做安培表和伏特表。下图第202页的例2需要结合伏特表的工作原理进行求解。对比旧教材欧姆定律的应用一节,与前面电路的分析和计算一节内容完全不同。甲种本也删除了闭合电路电源输出功率最大值这项内容。事实上,甲种本电路的分析与计算小节是在介绍闭合电路欧姆定律之前的,旧教材欧姆定律的应用小节是在介绍闭合电路欧姆定律之后的,两个小节所处的位置,也在一定程度上表示两节内容很可能不相同。甲种本闭合电路欧姆定律小节正文就不展示了,本节末尾增加了一个阅读材料介绍欧姆如何根据实验得出闭合电路欧姆定律。本章内容融合了上一版初中物理第二册第四章 液体、气体、真空中的电流,高中物理下册第一章 电场中的示波管,第七章 电子技术基础。甲种本把旧教材电场一章中的示波管放到了本章第九节。通过对比高中物理甲种本第二册,以及全日制十年制高中物理对应的内容,我同样得出了十年制高中物理干货更多、难度更大,甲种本水分更多、难度降低这一结论。甲种本在气体一章没有单独介绍盖·吕萨克定律。该定律是三大气体实验定律之一,学习难度并不比其他两个定律大。在甲种本增大篇幅的总体风格下,删除单独介绍这一定律的内容,是非常难以理解的。甲种本使用标量语言介绍电场强度定义式,对电场强度的合成仅做文字性介绍。旧教材都给出了矢量语言的表达式。甲种本删去了电场中移动电荷做功,电场力做功与路径无关这些内容。甲种本仅用文字和简单的表达式引出电势的概念,旧教材通过详细的推导和计算引出电势的概念。甲种本删除了电源输出功率最大值和取得最大值的条件的例题,也删除了反电动势电路的计算。甲种本增加了能源的利用和开发、密立根实验、静电的防止和应用。甲种本大幅度增加的,是固体和液体的性质、物态变化、物质的导电性这三章内容。这些内容大多是概念性的内容,几乎不涉及计算,或者教材不强调计算,在考试中不方便出题,不是考察的重点。在现行高中物理教材中这些内容篇幅也相对较少,甚至没有。所以高中物理甲种本第二册是“虚胖”的,再考虑到第二册本身相对其他两册更薄,更显得这一册书干货少了。直到现在我都难以相信,自从对比了全日制十年制高中物理和高中物理甲种本,后者在我心中的地位下降了。不是说后者不好,而是说还有明显比它更强的前者存在。全日制十年制高中物理确实很难,但是它并非项武义的中学数学实验教材那种内容多,难度大,编排又比较另类的难,它是往后直至今日高中物理教材内容的自然拓展和延伸。十年制高中物理这样一般学生不能承受的教材,在使用过程中可能会出现和不少大学课程类似的情况——课本内容多,教学范围略小,考试范围更小。在八十年代 高级中学课本 物理 甲种本 第一册 介绍一文末尾,我遗漏了一句话,在此进行补充:高中物理甲种本和全日制十年制高中物理结合起来,内容会更全面,更完整。甲种本可以补充全日制十年制高中物理的内容,补充的内容可以放在正文里,也可以放在阅读材料里,教材可以在适当的地方同时介绍物理概念和定律的矢量表达式和标量表达式。