《大气层》中模糊概念的澄清和疑难问题的解决

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  1平流层的起始高度为什么赤道和两极不同
  关于平流层的高度,有的教师认为是8~55千米,有教師认为是12~55千米,还有的认为是17~55千米.图1是与教材完全类似的图片,从图1可以看出,平流层的高度是12~55千米.平流层的起始高度到底是多少?
  对流层在两极的厚度约为8千米,到赤道增大到17~18千米,所以平流层的起始高度是有差异的.教材中的12千米取的是平流层起始高度的平均值.
  平流层的起始高度为什么在赤道和两极不同呢?
  原因有二:一是赤道附近受太阳辐射热较多,温度较高,水汽可上升到较高的高度,两极反之;二是赤道附近的物体(大气和水汽也一样)受到的重力较小,所以水汽能上升到的高度较高.具体解析:如图2所示,在惯性系中,(万有)引力=向心力(提供物体随着地球转动) 重力,即重力是万有引力的一个分力.地球上的物体(如图3中假设是m1)受到的引力大小如图3中公式所示,地球是赤道略扁的球体,所以物体在赤道时r最大,引力最小.向心力的大小为f=m1Rω2(R是物体m1距地轴的距离,ω是地球自转的角速度),在赤道R最大,ω最大,m1是一个定值,所以f最大.根据三力的关系,能判断赤道上的物体受到的重力是最小的.当物体在两级时(地轴上相当于静止),向心力为0,引力=重力.此时重力最大,它的方向与引力相同,指向地心.
  链接1重力的方向是否指向地心
  重力的方向指向地心,严格的说是不正确的.
  万有引力的方向“指向地心”;向心力的方向“垂直指向地轴”.重力=万有引力-向心力(矢量减,平行四边形法则,如图2所示).“平”的方向是指平静水
  [JZ][CDH01147]
  [FL(K2](4) 测量小灯泡的电功率.
  探究性实验9个:
  (1)探究浮力大小与哪些因素有关;
  (2)探究杠杆的平衡条件;
  (3)探究水沸腾时温度变化的特点;
  (4)探究光的反射规律;
  (5)探究平面镜成像时像与物的关系;
  (6)探究凸透镜成像的规律;
  (7)探究电流与电压、电阻的关系;
  (8)探究通电螺线管外部磁场的方向;
  (9)探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件.
  以上20个学生实验是修订版课程标准首次以“学生必做实验”的要求列出,这说明这些实验的重要性,学生实验是落实课程标准的重要载体,课余时间开放实验室是解决少数民族地区农村初中实验器材不足,实验课时少,课时分散的有效途径,鼓励学生自己动手多做课外实验.
  3.4指导学生课外小制作、小实验
  利用日常生活中的材料,如废牙刷、牙膏皮、一次性输液管、小药瓶、矿泉水瓶、塑料吸盘、易拉罐等,根据所学过的原理、方法,设计与制作同学们熟悉的有关物理仪器,完成一些简单有趣的物理实验,如用小药瓶、矿泉水瓶制作简易的浮沉子;用两个塑料吸盘做“模拟马德堡半球实验”等.
  总之,《物理课程标准》对初中物理教学中的实验教学提出了更高的要求,少数民族地区物理教育工作者,都面临着新的挑战和机遇,教师要积极投身于物理课程改革中,关注民族教育,关注物理实验教学研究,充分发挥物理实验教学的作用,为提高少数民族地区教育教学质量尽一份力.
  面的方向,而竖直向下的方向就是和水平面垂直向下的方向,不是和地球切面垂直向下的方向.所以说重力的方向是竖直向下,而不是指向地心.
  随着地球纬度的变化,重力的大小和方向都有一定的变化.
  但因为向心力远小于万有引力(由公式可知),重力的大小变化不明显,方向的变化也不明显,一般近似地认为重力方向指向地心;近似地认为重力是万有引力.
  链接2飞机的飞行高度
  中型以上长航线(短航线的飞机一般在6000米至9600米飞行)的民航飞机都在海拔7000千米~12000千米的给定的高空飞行.飞机飞行共分为6个高度层,第1~6层依次是:7000千米、8000千米、9000千米、10000米、11000千米、12000千米.
  飞行时,以正南正北方向为零度界限,凡航向偏右(偏东)的飞机飞偶数高层,即8000千米、10000米、12000千米高度层;凡航向偏左(偏西)的飞机飞奇数高度层,即7000千米、9000千米、11000千米高度层. 如从北京飞往杭州,杭州位于北京南面偏东方向,飞机飞偶数高度层,回程则飞奇数高度层.这样,相向飞行的飞机不在同一高度,可以避免相撞.
  2温度随高度变化图为何一反常态,教学怎样设计效果会更好
  图4是与教材完全类似的图片,按常规的说法应该是“高度随温度的变化图”,因横坐标常为自变量,纵坐标常为因变量.但描述的却是“温度随高度的变化图”,有的教师上课时,将图4翻转后变成图5,目的是“纠偏”,使之走上“常规”.教材中的画法却一反常态?这部分内容怎样设计教学效果才会更好呢?
  人们对大气层高度理解的习惯认知是上、下方位的,高度作为纵坐标非常自然和贴切,与生活习惯完全相符,如图4看起来也特别顺眼.尽管与常规的自变量和因变量的位置反了,但并不碍事.其实没有特别规定横坐标、纵坐标所对应的是自变量还是因变量,只是习惯成自然而已.前述,教师将图进行翻转,“纠偏”走上“正规”,是一种可行的方法,使之与习惯对接.但整个教学需要十分重视暴露转换的思想和过程,使学生明确其目的和意义.
  有的教师使用了表1所示的高度和温度对应的一些数据,让学生在坐标上描点,明白图4是怎样描绘出来的,来呈现认知的过程.
  表1
  高度/km
  0
  5
  9   12
  20
  30
  50
  60
  70
  86
  97
  106
  温度/℃
  19
  9
  37
  65
  57
  48
  13
  25
  49
  81
  63
  75
  教学效果更好的是有的教师先出示一张照片(图6),提出思考和讨论:
  (1)富士山的山顶冰天雪地,山脚却郁郁葱葱,这说明了什么?——高度越高,温度越低.
  (2)如果山的高度能达到10千米、100千米,温度变化情况还是这样吗?
  其实温度的变化并非如此简单.若有一支温度计,它能测出极大范围内的温度.当将它的位置在大气层中逐渐升高时,温度计内的液面位置将会呈现十分复杂的变化,如图7所示.请学生说说温度随高度变化的规律.如果建立一个坐标系,请用一条图线来表示温度随高度变化的规律.然后教师直接将温度计内的液面连接起来,动态地描绘出温度变化的光滑曲线,如图8所示.在温度随高度的变化图像中,自变量是高度,因变量是温度.我们通常习惯于将自变量设为横坐标,将因变量设为纵坐标.按照习惯的做法,请将温度随高度变化的图像进行转化,如图8所示.
  这样的教学设计,我们感受到了两个量之间的变化关系,很是生动.所以帮助学生建构图形、概念等的形成过程,动态、生动的感知过程的发展变化,非常有利于学生高阶思维的培养.
  3为什么温度随着高度的增加呈现出4种不同的变化曲线
  (1) 对流层(0~12 km):地面低层大气主要的热源是地面辐射,大气离地面越远,地面辐射越少,温度会越低.
  (2)平流层(12~55 km):在平流层的大气中有臭氧(层),能够吸收紫外线,紫外线就是平流层的主要热源.所以这一层大气的温度会随高度增加而升高.
  (3)中间层(55~85 km):中间层的热源源于平流层,因此离平流层越远的部位温度越低,温度随高度增加而降低.
  (4)暖层和外层(85 km以上): 地面辐射几乎为零,臭氧几乎没有,大气受太阳辐射和宇宙物质等影响,逐渐升温.
  这部分内容是教材中基本没有的,在教学中教师是否需要涉及,一看教师对课程和教材的理解;二看所在学校的学生程度如何;三看教学时间是否足够.但作为教师必须对此有所了解,包括看任何一册教材产生的所有疑惑,需要逐个加以解决.
  4大气层的厚度与地球的比例用苹果皮与苹果类比是否恰当
  有的教师对大气层的厚度作了一个类比:地球像一个苹果(或橘子),大气层就是苹果皮(或橘子皮),如图9所示(很漂亮、很精致).这样的类比恰当吗?
  地球的直径为12756千米.大气层的厚度一般取1000千米.它们之间相差约13倍.我们用刀一层一层地削苹果,一般大小的苹果可以削30来层,由此看来这个比例不是太恰当.
  再者,苹果的果实由子房和花托等发育而成.削掉的最外一层皮是花萼外层形成的,果肉是由花萼内层、花冠、雄蕊基部和子房壁外中部形成的.子房壁内层形成木质化不可食用的內果皮.再往内就是胚珠形成的种子如图10所示.
  像苹果果实由子房及其它的部分参与发育而成,属于假果.真果的果实仅由子房发育而成,如图11所示.真果和假果的可食用部分主要是果皮中的部分,如桃子,可食用的部分主要是果皮中的“中果皮”,外果皮就是削掉的最外一层皮,内果皮(核)是不能吃的.生活中果皮的概念与科学中的果皮的概念是完全不同的.故从科学角度分析,用苹果皮和苹果的比例类比大气层和地球是不恰当、不科学的.这里的科学概念和生活形象存在着较大的差异.
  子房
  子房壁发育成果皮
  胚珠珠被发育成种皮
  卵细胞(1个) 精子(1个)融合受精卵发育成胚
  极核(2个) 精子(1个)融合受精极核发育成胚乳
  种子果实
  在教学设计或教学时,教师需要对自己所下的结论等事先作一个十分细致的学习、咨询、查询和分析等,让我们的教学即生动活泼又科学严谨.
  苹果、梨、草莓、无花果、桑葚、菠萝(凤梨)
  像桃子是真果,真果的果皮是由子房壁发育成的,明显地分为外、中、内三层:外果皮由一层表皮和数层厚角细胞形成,表皮外面有很多柔毛;中果皮由大型的薄壁细胞和维管束形成,是食用的主要部分;内果皮坚硬,由许多木质化的石细胞形成,成为坚硬的核,里面含有种子.真果中除了种子以外,其它部分都是果皮.所以像桃子这样的真果,可食用的部分主要是果皮中的“中果皮”.
  像苹果是假果,假果的结构比较复杂,详见上文.所以像苹果这样的假果,可食用的部分主要是“外果皮、中果皮等”.
  综上所述,水果可食用的部分不能说是果皮,应该是果皮中的部分.
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