KPK介绍

什么是重力？什么是失重？
重力=万有引力——重力=流入物体的（引力）动量流
g=重力加速度——g=引力场强度 失重=视重为零——失重=物体内没有（引力）动量流
重力的概念不等同于万有引力的概念。引入重力的 概念是由于，对于在同一引力场强度下的不同物体，虽 然流进物体的引力动量流（gravitational momentum current）相同，但流出物体的引力动量流却可能不同。
先引入波前，再引入一维波、二维波、三维波，再引 入波阵面
在介绍波阵面之前，《物理》选修3-4一 直在介绍绳子上的一维波。这一节突然出现波 阵面，使学生很难将这一概念与一维波或二维 波去对照。《物理》选修3-4还以水面波为例 引入了波阵面的概念： 假设水面O点有一个波源，水波向四周传 开。由于向各个方向的波速都一样，所以向四 面八方的波峰组成了一个个圆，波谷也组成了 一个个圆；实际上，任何振动状态相同的点都 组成了一个个圆。我们把这些圆叫做一个个波 阵面或波面，而与波面垂直的那些线代表了波 的传播方向，叫做波线。
文5篇，省优秀结题课题1
个。
我国以KPK为研究对象的硕士论文
王光宇.高中物理动量相关知识的教学研究[D].苏州
大学，2008.（导师：陶洪）
涂秀静.中，2009.（导师：郭长江） 刘杨.德国卡尔斯鲁厄物理课程与我国现行教材习题 比照[D].沈阳师大,2011.(导师:梁树森) 刘伟.德国KPK物理课程体系结构和教学探究[D].浙 阳师大,2011.(导师:梁树森)
KPK的实施
1.渗透在我国的必修课中。 2.选择某一单元作为讲座的内容。 3.选择某一内容作为研究性学习的课题。 4.整体引进，作为选修课使用。 5.经过二次开发，作为选修课使用。 现有课程资源： 初中版翻译本四册、高中版改编本五册、网站、论文、 系统软件（场实验室、光实验室、氢原子实验室、分子 实验室、热学实验室）
原子大小变化的周期性原子大小变化的周期性氢原子在定态210时的电素分布氢原子在定态300时的电素分布氢原子在定态310时的电素分布氢原子在定态740时的电素分布kpk的电磁学特点强调磁场线h线引入磁荷将电和磁类比kpk的电磁学特点强调磁场线h线引入磁荷将电和磁类比kpk的电磁学特点强调磁场线h线引入磁荷将电和磁类比我的第一篇论文
强调磁场线（H线）、引入磁荷、将电和磁类比
KPK的电磁学特点
强调磁场线（H线）、引入磁荷、将电和磁类比
我的第一篇论文： Minghua Chen. An electrical model of a Carnot[J]. The Phys.
Teach. 1989(4):272-273.
在核心期刊发表KPK论
• 例2：两块长木板A和B，质量相等，长度都是
l=1.0m，紧贴在一起，静置于光滑水平的地面
上。另一小物块C，质量与长木板相等，可视
作质点，位于木板A的左端，如图所示。现给
物块C一向右的初速度，速度大小v0=2.0m/s。
已知物块与木板之间的滑动摩擦因数μ=0.10。
问木板A最终运动的速度为多少？
1 1 2 2 mg ( s x) mv0 mv , 2 2 1 mgs (2m)v 2 . 2
mv0 3mv.
4 x m. 3
mg ( s1 l ) mv0 2 mu 2 ,
1 mgs1 (2m)V 2 , 2 mv0 mu 2mV .
功是能量传递的量度。“做功”这一动作的 主体不是力，而是物体。 在KPK中，没有功这个概念（也没有热量的 概念）。物理学中除了功和热量外，其他所有物 理量都是状态量。
力能改变物体的动量，但不一定能改变物体 的能量。
人教社2006版《物理》必修2 P52：如果物体在力的作用下能量发生了变 化，那么这个力一定对物体做了功。
1 2
1 2
u 2V 2, 2V 2 u 2 2 0.
1 4 V m / s, u m / s; 3 3
V 1m / s, u 0.
KPK的力学特点：动量流图像
我们能感觉到力吗？ “张力”和“应力”是力吗？ 牵引力的施力物体是什么？ 什么是重力？失重的本质是什么？
流出物体的引力动量流就是物体的重力。
物体处于失重状态时，流出的引力动量流小于流入 的引力动量流。物体处于完全失重状态时，流出的引力 动量流等于零，物体内部没有应力。
落塔(Drop Tower)
潮汐
动量流图
机械振动系统的组成
单摆由什么组成？回复力是单摆的内力还是外力？
弹簧振子的组成：弹簧、摆球(振子)、地球、重力
场
单摆的组成：摆线、摆球、 地球、重力场 回复力是外力还是内力？
机械振动：
（1）固有振动：振动系统没有受到外力的振动
（2）阻尼振动：振动系统在阻力作用下的振动
（3）受迫振动：振动系统在周期性驱动力作用下的
振动 （4）自激振动：振动系统在恒力作用下的振动
KPK中没有功的概念
人走路时，人是靠地面对人的 摩擦力推动的吗？ 人起跳时，人是靠地面对人的 支持力推动的吗？ 老师说汽车是靠地面对主动轮（ 后轮）受到的摩擦力前进的。要让 汽车开得快，这个摩擦力越大越好 。那么，我们为什么还要给轮胎充 气呢？（柯中高一（3）班学生於 露梦，2007.10.24）
原子核被激发时，它变得更重了还是更轻了？ 原子核被激发时，它变得更重了。
KPK的原子物理学特点：用电素解释量子原子模型
汤姆逊的原子模型
卢瑟福的原子模型 玻尔的原子模型 量子原子模型
2 2 i U (r , t ). t 2m
2 2 U (r ) E ; 2m
• 例2：两块长木板A和B，质量相等，长度都是
l=1.0m，紧贴在一起，静置于光滑水平的地面
上。另一小物块C，质量与长木板相等，可视
作质点，位于木板A的左端，如图所示。现给
物块C一向右的初速度，速度大小v0=2.0m/s。
已知物块与木板之间的滑动摩擦因数μ=0.10。
问木板A最终运动的速度为多少？
KPK的光学特点：多种模型并存 光子、光线（光的波动性）、光的能量线（直觉）
物理系统和物理量
在传统课程中物理系统和物理量有时混为一谈，在KPK
中这两个概念是严格分离的。
《物理》选修3-5，P35：光本身就是由一个个不可分
割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为h ν。 这些能量子后来被称为光子。
德国卡尔斯鲁厄物理课程（KPK）介绍
陈敏华
williammhchen@ 2012.6
KPK的课程结构
自 发 的 过 程
需 要 泵 的 过 程
KPK的热学特点：以熵为核心概念
传统物理课程中的热力学第二定律的表述
• （1）热量不能自发地（spontaneously ）从低温物
体传到高温物体（克劳修斯表述）
• （2）不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，
而不产生其他影响。（开尔文表述） • （3）在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵 （entropy）不会减小。（熵增加原理） • ……
P30：这个不可再分的最小能量值叫做能量子 ε=hν
光子不仅具有能量，还具有动量、熵、化学 势、温度。光子是物理系统，是物质。
结合能和分离能
在传统课程中只有结合能的概念，在KPK中既有结合能，
又有分离能。
将一个原子核分裂为 质子和中子需要能量。 这部分能量叫做分离能。 因此，原子核的各个组 成部分的质量的总和比 原子核的质量要大。
(r, t ) (r ) f (t ) (r )e

iE t
.
ω=E/ћ E=hν= ћω
电素：对量子原子模型的新解释 对量子原子模型的解释： 玻恩的概率模型： 赫尔曼的电素（electronium） 模型：电素图像 电子云图像
原子大小变化的周期性
H
氦离子比氢原子要小。
氦原子比氦离子要大。
我国实施KPK的学校
浙江省：柯岩中学、马山中学、柯桥中学、豫才中
学
（“KPK的引进和应用”获省人民政府教学成果一等奖，
《波动与信息》获省普高百门精品选修课程） 上海市：华师大二附中、上海中学、金山中学、延 安中学、吴淞中学、建平中学、同济附中……
我国使用KPK的学校
KPK作者来中国
KPK作者来中国
P61：严格说来，重力势能是地球与物体所 组成的物体“系统”所共有的，而不是地球上的 物体单独具有的。 柯桥中学高一（3）班傅鹏程：当我们用力将 一个物体竖直地匀速向上拉时，合外力对它没有 做功，但为什么它的势能会增加？（2011.4.1)
在不介绍波前的情况下可以引入波阵面吗？
学生问：我们在练习中所看到的波都是等幅的？ 为何声音和光传播越远强度越弱？如何找到图中 所示的波的波阵面？如何找到水波的波阵面？
锂离子比氦原子要小。 锂原子比锂离子要大。 ......
原子大小变化的周期性
氢原子在定态（2，1，0）时的电素分布
氢原子在定态（3，0，0）时的电素分布
氢原子在定态（3，1，0）时的电素分布
氢原子在定态（7，4，0）时的电素分布
KPK的电磁学特点
强调磁场线（H线）、引入磁荷、将电和磁类比
KPK的电磁学特点
德国卡尔斯鲁厄物理课程（KPK）介绍
陈敏华
williammhchen@ 2012.7
KPK的发源地：卡尔斯鲁厄大学物理教育研究所
G.福克
F.赫尔曼
赫兹1888年在卡尔斯鲁厄大学发现电磁波
2007年KPK被引进到中国
中文初中版、高中版和 大学教材 http://www.physikdidak tik.uni-karlsruhe.de/
KPK中的热力学第二定律的表述
• （1）熵不能自发地（spontaneously ）从低
温物体传到高温物体（克劳修斯表述）
• （2）动量不能自发地从低速物体传到高速物 体。 • （3）电荷量不能自发地从低电势处流到高电 势处。 • ……
• 例1：2009年普通高等学校招生全国统一考试（辽宁、 宁夏理综卷）第20题 • 如图所示，一足够长的木板静止在光滑水平面上。 一物块静止在木板上。木板和物块间有摩擦。现用水 平力向右拉木板。当物块相对木板滑动了一段距离但 仍有相对运动时，撤掉拉力。此后木板和物块相对于 水平面的运动情况为： BC • A.物块先向左运动，再向右运动 • B.物块向右运动，速度逐渐增大，直到做匀速运动 • C.木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动 • D.木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零