物质科学的教法研究疑难问题的破解
省特级教师协会名誉会长 徐承楠
一 、物质科学的研究对象
1 .物质科学研究的内容——物质
物质存在的基本形式，以及它们的性质和运动、变化规律。还研究物质的内部不同层次的结构，各种组成部分运动及相互作用的规律。
2.物质科学研究对象
物质的哲学定义：不依赖于意识而又能为人的意识所反映的客现实在。
马克思主义哲学的物质概念是世界上一切现象(自然现象和社会现象)的根本特性的最高概括 。而自然科学中对物质的特殊属性、结构和形态的具体认识，……。 《辞海》理科分册第70页
自然科学中的“物质”是一种客观存在的具体形态。
(1)物质存在两种形式
“实物”─ 具有静止质量、由基本粒子组成，最小单位为分子。
场─ 无静止质量，有运动质量，如电场、磁场等。
(2)物质的分类 ─ 化合物和单质
化合物：由两种或两种以上的原子或离子所组成的物质。
单质：由同一种化学元素所组成的均匀物质。
混合物和纯净物
混合物：可以没有一定此例而掺和在一起的，彼此保留着原有化学性质的多种物质。
(3)物质的属性
物质属性
物理性质─ 物理变化时所显示的性质，如聚集状态、密度、沸点、熔点、电导率、导热性等。
化学性质─ 化学变化时所显示的性质，如氧化性质、还原性质、酸性、碱性、化学隐定性。
空气、电、火、声音也是物质吗？
其实，我们能直接或间接观察到的实际存在的东西都是物质，整个世界都是由物质构成的。物质会发生变化吗？ 《六年级下册》p26
空气：弥漫于地球周围的混合气体。
电：实物的一种属性。
火焰：可燃物质(如柴、炭、油类、煤气等)燃烧时，所产生成的发光、发热的气体区域。
声音：一般指入耳能够感觉到的空气振动。
关予客体(物质、物体)的术语
关于客体属性的术语
关于客体存在方式(变化、发展)的术语
(4)物质的变化
物理变化：普通指物质仅改变其物理性质(如聚集状态、密度、溶解度、电导率、导热性)，而不改变其分子化学组成和化学性质的变化。 《辞海》P1805
化学变化：有新物质形成的一种变化类型。变化时，物质的化学组成、性质、特征均改变。 《辞海》P698
区别三个概念：变化—物质变化—物理变化和化学变化
“物质的变化有快有慢。有些变化只改变了物质的状态、形状、大小等，没有产生新的不同于原来的物质，我们把这类变化称为物理变化；有些变化产生了新的物质，我们把有新物质生成的变化称为化学变化。”
物质和物体
物体：由物质构成的，占有一定空间的个体。
物体的属性：大小，形状，质量。
空气有重量吗？
物质和材料
材料：原料，可以直接造成成品的东西，如建筑用的砖瓦、纺织用的棉纱等。
“材料”为技术用语。
“我们周围的材料”、“水和空气”
5.物质运动的量度
能量：物质运动的一种量度，简称能。对应于物质的各种运动形式，能量也有各种形式，它们可以通过一定的方式互相转换。
机械运动的量度
直接量度：位移、速度、加速度……
用能量量度：动能、势能……
“电是能量的一种形式”
火力发电站是把似乎们能转化为什么能量？
有这几种答案：
1、把化学能转化为电能
2、把机械能转化为电能
3、把热能转化为电能
你会选择哪一种？学生可能会选择3，但是1、2错吗？也没有错误。
正确：化学能——（通过锅炉）——热能——（通过汽轮机）——机械能——（通过发电机）——电能
再如：空调是把什么能转化为什么能？（在举例中学生会说到）
二、物质科学的分科
物质科学的分科（由宏观到微观）
力学
热学
化学
原子物理学
原子核物理学
粒子物理学
电磁学
光学
1.力学
研究宏观物体低速机械运动的现象和规律。
力学的知织结构
机械运动
能是描述机械运动状态的量 力 力是改变运动状态的原因，功是能量变化的量度
机械能
教材中有关内容
“声音”、“运动和力”、“沉与浮”、“时间的测量”、“工具和机械”、“形状与结构”。
(1)物体机械运动
机械运动的分类
①按运动轨迹来分，可分成直线运动和曲线运动
②按运动状态是否变化来分，可分成匀速运动和变速运动
③按物体运动形态来分，可分成平动和转动
关于声音
振动
物体沿直线或曲线并经过其平衡位置所作的往复运动。
振动的描述—周期(频率)和振幅
乐音三要素比较
乐音要素 |
声属性(客观机械振动属性) |
音属性(主观感觉属性) |
音调 |
振动快慢，用频率来量度 |
音调高低 |
响度 |
振动的幅度，用声强来量度 |
声音的强弱 |
音色 |
声音所含谐音(为某振动频率整倍数的振动产生的音)多少和强弱 |
主观感受到不同发声体发出的声音在相同音调和响度下的差异 |
(2)关于力
①力的定义：物体对物体的相互作用
“磁铁什么一地方的磁力大”
“我们提水，感到水桶对手有向下的拉力；我们背书包，感到书包对肩部有向下的压力。物体都有一个向下的力，这就是重力。”
②力的作用效果
1.改变物体的运动状态；
2.使物体产生形变。
③关于力的命名
按力的本质分：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作业力
按力的宏观性质命名：重力、摩擦力、弹力、电场力、磁场力
按力的作用效果命名：拉力、压力、推力、阻力、浮力
按力的来源命名：风力、水力
④重力、弹力、摩擦力
重力：物体由于地球的吸引而受到的力
弹力：物体由于弹性形变而产生的力
摩擦力：两个相互接触的物体，当它们做相对运动时，在接触面上产生的阻碍相对运动的力。
⑤浮力
沉和浮
让一个物体浸没在液体中，从静止释放，若物体向下运动，则我们说这物体是沉的；若物体向上运动，则我们说这物体是浮的。
沉浮与什么因素有关？
(3)力和运动
牛顿运动三大定律
牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律：物体加速度的大小跟作用力大小成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一直线上。
“研究大小不同的力怎样影响小车的运动，为什么要多个多个地增加垫圈？
是什么力拉动小车？拉力大小与小车运动有什么关系？”
“橡皮筋在车轴上缠绕的圈数与小车行驶的距离有什么关系？为什么会有这样的关系？”
2.热学和分子物理学
研究热的产生和传导，以及物体处于热状态下的性质和性质变化的规律。
热学和分子物理学的知识结构
教材中有关内容
“热”、“温度与水的变化”
“怎样给身体增加热量”
“对一个物体来说，温度下降，说明物体的热量减少，温度上升，说明物体的热量增加”
(1)热现象和温度
热现象是与温度有关的现象。
热运动：物质的一种运动形式，是指构成物质的分子、原子和电子等所进行的无规则运动。
温度是反映热运动激烈程度的宏观物理量。
(2)分子运动论
1.物质是由大量分子组成；
2.分子在做永不停息的无规则运动；
3.分子之间存在相互作用力。
(3)内能、热传递和功
内能：物体里所有分子的动能和势能的总和。
分子运动激烈程度—分子平均动能—温度
分子距离—分子势能—物体的体积
改变内能的两个途径：做功和热传递
做功实现其他形式转化为内能的过程(能的转化多少用功来量度)：
热传递(热传导、对流、热辐射)实现内能转移的过程(内能转移的多少用热量来量度)：
3.化学
研究物质的组成、结构、性质、化学变化规律及其应用。
教材中有关内容
“溶解”、“物质的变化”
溶解：一种物质(溶质)分散于另一种物质(溶剂)中，形成形成两种(或两种以上)不同物质所组成均匀溶液。
4.电磁学
研究宏观的电磁现象和客观物体的电磁性质。
电磁学的知识结构
教材中有关内容
“磁铁”、“电”“能量”
(1)电学
①电荷和电相互作用
电荷
“起电”的三种方式
电场
②电流和电路
电流是怎样形成的
电路的作用
(2)磁学
①磁体和磁场
②磁现象的电本质
磁场是由电流产生的
磁场力实质是电流相互作用
③安培的分子电流假说
用安培分子电流假说解释现象
5.光学
研究光的性质及其和物质的各种相互作用。
光学的知识结构
教材中有关内容
“光”“微小世界”
(1)光传播的基本定律
直线传播定律：光在同一均匀物质中是沿直线传播。
反射定律：光反射时，入射光线、反射光线、法线在同一平面内；反射光线和入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。
折射定律：光折射时，入射光线、折射光线、法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角正弦与折射角正弦之比为一个常数
(2)光具和光学仪器
光具：用以改变光路，形成一种光学作用的器具。如平面镜、凹面镜、凸面镜、三棱镜、凸透镜、凹透镜。
光学仪器：由光具组合而成，完成一项光学任务的仪器。如放大镜、照相机、显微镜、望远镜、眼镜、眼球。
(3)光具成像作用
①像：由物发出的光线经过光具后所形成的与原物相似的图景。由光线实际会聚而成的像称为“实像”；由虚光线(即光线的反向延长线)会聚而成的称“虚像”。
能成一个清晰像的必要条件：像点和物点一一对应
②凸透镜
凸透镜的会聚作用
凸透镜成像
物体的放大
凸透镜的放大作用
