時(shí)間:2023-07-19 09:29:38
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關(guān)鍵詞:是對(duì)物理規(guī)律的一種表達(dá)形式。通過大量的觀察、實(shí)驗(yàn)歸納而成的結(jié)論。反映物理現(xiàn)象在一定條件下發(fā)生變化過程的必然關(guān)系。物理定律的教學(xué)應(yīng)注意:首先要明確、掌握有關(guān)物理概念,再通過實(shí)驗(yàn)歸納出結(jié)論,或在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表式相同,就必須加以區(qū)別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關(guān)的物理定律之間的關(guān)系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實(shí)驗(yàn)的教法,回顧“運(yùn)動(dòng)和力”的歷史。消除學(xué)生對(duì)力的作用效果的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí);培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實(shí)驗(yàn)加外推法。教學(xué)時(shí)應(yīng)明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態(tài),不能簡(jiǎn)單地按字面意義用實(shí)驗(yàn)直接加以驗(yàn)證。但大量客觀事實(shí)證實(shí)了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個(gè)力學(xué)的出發(fā)點(diǎn),不能把它當(dāng)作第二定律的特例;慣性質(zhì)量不是狀態(tài)量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實(shí)際問題時(shí),應(yīng)使學(xué)生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以……”。教師還應(yīng)該明確,牛頓第一定律相對(duì)于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當(dāng)我們?cè)谝欢屋^短的時(shí)間內(nèi)研究力學(xué)問題時(shí),常常可以把地球看成近似程度相當(dāng)好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)系引入課題。然后用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法歸納出物體在單個(gè)力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結(jié)論推廣為一般的表達(dá):物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時(shí)還應(yīng)請(qǐng)注意:公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時(shí)關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、功和能等知識(shí)的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學(xué)時(shí)應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)萬有引力定律的過程,卡文迪許測(cè)定萬有引力恒量的實(shí)驗(yàn),海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬有引力跟質(zhì)點(diǎn)間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)生在解題中漏平方的錯(cuò)誤。③明確是萬有引力基本的、簡(jiǎn)單的表式,只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發(fā)現(xiàn)了它的局限性。
(4)機(jī)械能守恒定律這個(gè)定律一般不用實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差太大。實(shí)驗(yàn)可作為驗(yàn)證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不作功或所作的總功為零的條件下推導(dǎo)出來。高中教材是用實(shí)例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機(jī)械能守恒定律表式中各項(xiàng)都是狀態(tài)量,用它來解決問題時(shí),就可以不涉及狀態(tài)變化的復(fù)雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡(jiǎn)化。要特別注意定律的適用條件(只有系統(tǒng)內(nèi)部的重力和彈力做功)。這個(gè)定律不適用的問題,可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決。
(2)牛頓第二定律。在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)系引入課題。然后用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法歸納出物體在單個(gè)力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結(jié)論推廣為一般的表達(dá):物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時(shí)還應(yīng)請(qǐng)注意:公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時(shí)關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、功和能等知識(shí)的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律。教學(xué)時(shí)應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)萬有引力定律的過程,卡文迪許測(cè)定萬有引力恒量的實(shí)驗(yàn),海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬有引力跟質(zhì)點(diǎn)間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)生在解題中漏平方的錯(cuò)誤。③明確是萬有引力基本的、簡(jiǎn)單的表式,只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發(fā)現(xiàn)了它的局限性。
(4)機(jī)械能守恒定律。這個(gè)定律一般不用實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差太大。實(shí)驗(yàn)可作為驗(yàn)證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不做功或所做的總功為零的條件下推導(dǎo)出來。高中教材是用實(shí)例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機(jī)械能守恒定律表式中各項(xiàng)都是狀態(tài)量,用它來解決問題時(shí),就可以不涉及狀態(tài)變化的復(fù)雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡(jiǎn)化。要特別注意定律的適用條件(只有系統(tǒng)內(nèi)部的重力和彈力做功)。這個(gè)定律不適用的問題,可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決。
(5)動(dòng)量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認(rèn)為動(dòng)量守恒定律不能從牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出來,主張從實(shí)驗(yàn)直接總結(jié)。但是實(shí)驗(yàn)要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件來說,多數(shù)難以做到。即使做得到,要在課堂里準(zhǔn)確完成實(shí)驗(yàn)并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運(yùn)動(dòng)定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動(dòng)量和牛頓運(yùn)動(dòng)定律”。這樣既符合教學(xué)規(guī)律,也不違反科學(xué)規(guī)律。
《歐姆定律》一課,學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)過,高中必修本(下冊(cè))安排這節(jié)課的目的,主要是讓學(xué)生通過課堂演示實(shí)驗(yàn)再次增加感性認(rèn)識(shí);體會(huì)物理學(xué)的基本研究方法(即通過實(shí)驗(yàn)來探索物理規(guī)律);學(xué)習(xí)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的兩種常用方法——列表對(duì)比法和圖象法;再次領(lǐng)會(huì)定義物理量的一種常用方法——比值法.這就決定了本節(jié)課的教學(xué)目的和教學(xué)要求.這節(jié)課不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及定律的內(nèi)容,重點(diǎn)在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段;在實(shí)驗(yàn)過程中是如何控制實(shí)驗(yàn)條件和物理變量的,從而讓學(xué)生沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理定律的歷史足跡體會(huì)科學(xué)家的思維方法.
本節(jié)課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復(fù)習(xí)初中知識(shí)的作用,另一方面為學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律奠定基礎(chǔ).本節(jié)課分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法,也將在后續(xù)課程中多次應(yīng)用.因此也可以說,本節(jié)課是后續(xù)課程的知識(shí)準(zhǔn)備階段.
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要讓學(xué)生記住歐姆定律的內(nèi)容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運(yùn)用.
本節(jié)課的重點(diǎn)是成功進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.這是本節(jié)課的核心,是本節(jié)課成敗的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ).
本節(jié)課的難點(diǎn)是電阻的定義及其物理意義.盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場(chǎng)一章中已經(jīng)接觸過,但學(xué)生由于缺乏較多的感性認(rèn)識(shí),對(duì)此還是比較生疏.從數(shù)學(xué)上的恒定比值到理解其物理意義并進(jìn)而認(rèn)識(shí)其代表一個(gè)新的物理量,還是存在著不小的思維臺(tái)階和思維難度.對(duì)于電阻的定義式和歐姆定律表達(dá)式,從數(shù)學(xué)角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義.有些學(xué)生常將兩種表達(dá)式相混,對(duì)公式中哪個(gè)是常量哪個(gè)是變量分辨不清,要注意提醒和糾正.
二、關(guān)于教法和學(xué)法
根據(jù)本節(jié)課有演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),本節(jié)課采用以演示實(shí)驗(yàn)為主的啟發(fā)式綜合教學(xué)法.教師邊演示、邊提問,讓學(xué)生邊觀察、邊思考,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng).在教材難點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏,給學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行思考和討論,教師可給予恰當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥,必要時(shí)可進(jìn)行大面積課堂提問,讓學(xué)生充分發(fā)表意見.這樣既有利于化解難點(diǎn),也有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍.
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要使學(xué)生領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的研究方法,領(lǐng)會(huì)怎樣提出研究課題,怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),怎樣合理選用實(shí)驗(yàn)器材,怎樣進(jìn)行實(shí)際操作,怎樣對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及通過分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論和總結(jié)出物理規(guī)律.同時(shí)要讓學(xué)生知道,物理規(guī)律必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),不能任意外推,從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的思維習(xí)慣.
三、對(duì)教學(xué)過程的構(gòu)想
為了達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo),充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性,對(duì)一些主要教學(xué)環(huán)節(jié),有以下構(gòu)想:1.在引入新課提出課題后,啟發(fā)學(xué)生思考:物理學(xué)的基本研究方法是什么(不一定讓學(xué)生回答)?這樣既對(duì)學(xué)生進(jìn)行了方法論教育,也為過渡到演示實(shí)驗(yàn)起承上啟下作用.2.對(duì)演示實(shí)驗(yàn)所需器材及電路的設(shè)計(jì)可先啟發(fā)學(xué)生思考回答.這樣使他們既鞏固了實(shí)驗(yàn)知識(shí),也調(diào)動(dòng)他們盡早投入積極參與.3.在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)可請(qǐng)兩位同學(xué)上臺(tái)協(xié)助,同時(shí)讓其余同學(xué)注意觀察,也可調(diào)動(dòng)全體學(xué)生都來參與,積極進(jìn)行觀察和思考.4.在用列表對(duì)比法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后,提出下面的問題讓學(xué)生思考回答:為了更直觀地顯示物理規(guī)律,還可以用什么方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?目的是更加突出方法教育,使學(xué)生對(duì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認(rèn)識(shí).到此應(yīng)該達(dá)到本節(jié)課的第一次,通過提問和畫圖象使學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒轉(zhuǎn)向高漲.5.在得出電阻概念時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生從分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)入手來理解電壓與電流比值的物理意義.此時(shí)不要急于告訴學(xué)生結(jié)論,而應(yīng)給予充分的時(shí)間,啟發(fā)學(xué)生積極思考,并給予適當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥.此處節(jié)奏應(yīng)放慢,可提請(qǐng)學(xué)生回答或展開討論,讓學(xué)生的主體作用得到充分發(fā)揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學(xué)生對(duì)電阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步總結(jié)出歐姆定律,這實(shí)際上是認(rèn)識(shí)上的又一次升華.要注意闡述實(shí)驗(yàn)結(jié)論的普遍性,在此基礎(chǔ)上可讓學(xué)生先行總結(jié),以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力.教師重申時(shí)語氣要加重,不能輕描淡寫.要隨即強(qiáng)調(diào)歐姆定律是實(shí)驗(yàn)定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推.7.為檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成,可自編若干概念題、辨析題進(jìn)行反饋練習(xí),達(dá)到鞏固之目的.然后結(jié)合課本練習(xí)題,熟悉歐姆定律的應(yīng)用,但占時(shí)不宜過長(zhǎng),以免沖淡前面主題.
四、授課過程中幾點(diǎn)注意事項(xiàng)
1.注意在實(shí)驗(yàn)演示前對(duì)儀表的量程、分度和讀數(shù)規(guī)則進(jìn)行介紹.
2.注意正確規(guī)范地進(jìn)行演示操作,數(shù)據(jù)不能虛假拼湊.
3.注意演示實(shí)驗(yàn)的可視度.可預(yù)先制作電路板,演示時(shí)注意位置要加高.有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學(xué)生都能清晰地看見.
物理規(guī)律是物理學(xué)知識(shí)體系的核心構(gòu)件,物理規(guī)律教學(xué)也是中學(xué)物理教學(xué)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1.物理規(guī)律是物理學(xué)知識(shí)體系的核心
物理學(xué)的知識(shí)體系是以一系列的物理規(guī)律凝聚而成的。在物理學(xué)發(fā)展史上,人們正是以一系列的物理規(guī)律為中心而建立了物理學(xué)的各個(gè)分支體系。例如光的反射定律和折射定律是光學(xué)知識(shí)的中心,歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律和焦耳定律是電學(xué)知識(shí)的中心等等。
2.使學(xué)生掌握物理規(guī)律是物理知識(shí)教學(xué)的中心任務(wù)
學(xué)習(xí)和研究自然科學(xué),中心任務(wù)是掌握自然規(guī)律并用來為人類服務(wù)。物理學(xué)是自然科學(xué)中的一門重要學(xué)科,學(xué)習(xí)物理知識(shí)的中心任務(wù)應(yīng)該是掌握物理規(guī)律并應(yīng)用于實(shí)際。
在物理教學(xué)中,要使學(xué)生建立概念和掌握規(guī)律之間存在著不可分割的、辯證的聯(lián)系。一方面,形成清晰、準(zhǔn)確的概念是掌握規(guī)律的基礎(chǔ),如果概念模糊不清,就談不上準(zhǔn)確地掌握規(guī)律;另一方面,掌握了物理規(guī)律又可以深刻而全面地理解概念。例如,只有理解力的三要素概念(大小、方向、作用點(diǎn)),才能理解同一直線上或互成角度的二力合成的規(guī)律(如圖1)和二力平衡條件(如2)等;反之,通過掌握力的合成規(guī)律和二力平衡條件,又能更深刻地理解力的三要素概念。所以,物理規(guī)律的應(yīng)用比物理概念的應(yīng)用更為廣泛,理解和掌握物理規(guī)律才能更有效地利用物理知識(shí)去解決實(shí)際問題。由此可見,使學(xué)生掌握好物理規(guī)律是物理知識(shí)教學(xué)的中心任務(wù)。
二、物理規(guī)律的特點(diǎn)及其分類
1.物理規(guī)律的特點(diǎn)
物理規(guī)律反映了在一定條件下某些物理量之間內(nèi)在的必然聯(lián)系,它是客觀存在的,不以人的主觀意志而轉(zhuǎn)移。它具有以下特點(diǎn):
(1)物理規(guī)律只能發(fā)現(xiàn),不能創(chuàng)生。
任何客觀規(guī)律都只是被發(fā)現(xiàn),而不能被“創(chuàng)生”,但不同學(xué)科的規(guī)律被認(rèn)識(shí)與發(fā)現(xiàn)的途徑又是不盡相同的。物理學(xué)規(guī)律揭示的是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所遵循的規(guī)律,因此必然與人們認(rèn)識(shí)物理世界的途徑有關(guān),即都與觀察、實(shí)驗(yàn)、抽象、思維、數(shù)學(xué)推理等有著密不可分的聯(lián)系。
(2)物理規(guī)律反映了有關(guān)物理概念之間的必然聯(lián)系。
任何一個(gè)物理規(guī)律,都是由一些概念組成的,這些概念常常表現(xiàn)為物理量,可以用一些數(shù)字和測(cè)量聯(lián)系起來,物理規(guī)律則把概念之間的一定關(guān)系用語言邏輯或數(shù)學(xué)邏輯表達(dá)出來。
例如,歐姆定律是由導(dǎo)體、電流(I)、電壓(U)、電阻(R)等概念組成的,研究對(duì)象是導(dǎo)體,電流(I)、電壓(U)、電阻(R)是3個(gè)可測(cè)量的物理量。它表明了通過研究對(duì)象(導(dǎo)體)的電流與研究對(duì)象(導(dǎo)體)的電阻(R是反映研究對(duì)象本身的量)和加在研究對(duì)象(導(dǎo)體)兩端的電壓(U)之間的定量關(guān)系。
2.物理規(guī)律的分類
在大千世界里,物理現(xiàn)象千姿百態(tài),物理運(yùn)動(dòng)各有不同的形式,有宏觀的、微觀的,有機(jī)械運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象、熱現(xiàn)象、光現(xiàn)象、電磁現(xiàn)象等,所以物理規(guī)律就有多種多樣,物理規(guī)律也就有不同的表述形式。中學(xué)物理規(guī)律主要包括以下類型:
(1)物理定律
一般是直接從觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中概括總結(jié)出來的物理規(guī)律,如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律、歐姆定律、光的反射定律、焦耳定律等。
(2)定理、原理
定律和原理一般是從已知的物理規(guī)律或理論出發(fā),對(duì)某特定事物或現(xiàn)象進(jìn)行演繹、推理,從而得出在一定范圍內(nèi)有關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系或新的論斷,并經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的物理規(guī)律。
如阿基米德原理(F浮=G排=ρ液gV)、功的原理等。
(3)方程、公式
這是利用數(shù)學(xué)式子來描述物理量之間關(guān)系的物理規(guī)律。
如串聯(lián)和并聯(lián)電阻的計(jì)算公式:R=R1+R2+…+Rn;
1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn。
(4)法則、定則
即利用特定方法表示的物理規(guī)律,如矢量合成的平行四邊形法則、右手定則和左手定則等。
(5)其他
如力(包括二力、共點(diǎn)力)的平衡條件、串聯(lián)電路的分壓規(guī)律、并聯(lián)電路的分流規(guī)律、平面鏡和透鏡成像規(guī)律、晶體融化和凝固規(guī)律、液體壓強(qiáng)規(guī)律等。
三、物理規(guī)律教學(xué)的一般過程
人類在研究和探索物理規(guī)律的過程中逐步形成了物理學(xué)研究的基本方法。學(xué)生認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的過程也相當(dāng)于一個(gè)探索與研究的過程,因此,物理規(guī)律的教學(xué)方法與物理學(xué)的研究方法大體上是一致的。
1.提出問題,創(chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)規(guī)律的物理環(huán)境
作為新授課的物理規(guī)律的教學(xué),首先要按照導(dǎo)入新課的方法,以提出問題的形式導(dǎo)入學(xué)習(xí)物理規(guī)律的課題。教師要有意識(shí)地提供一個(gè)便于探索規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的物理環(huán)境。創(chuàng)設(shè)物理環(huán)境常用的方法有實(shí)驗(yàn)法和舉例法。
(1)實(shí)驗(yàn)法
教師借助于演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn),使物理現(xiàn)象或過程展示出來,讓學(xué)生觀察。例如講授牛頓第一定律時(shí)所做的小車分別通過毛巾、棉布、木板表面所滑動(dòng)距離大小的實(shí)驗(yàn)(圖3)。
(2)舉例法
即列舉出學(xué)生在日常生活中熟悉的、能引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的物理現(xiàn)象。例如,講授影響蒸發(fā)快慢的因素時(shí),舉出以下例子:“同樣濕的衣服,晾在樹蔭下干得慢”;“同樣多的水,倒在碟子里干得快,裝在瓶子里干得慢”。
2.探索物理事實(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,形成規(guī)律
這一教學(xué)過程主要是把第一步驟所擺出來的物理事實(shí)進(jìn)行抽象思維,探討物理規(guī)律現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系,提供建立規(guī)律的科學(xué)依據(jù)。根據(jù)不同的物理規(guī)律,可以采用下列具體方法:
(1)實(shí)驗(yàn)歸納法
例如,用一般水做實(shí)驗(yàn)得到“浮力等于物體所排開的水重”,再改用煤油或酒精做實(shí)驗(yàn)也得到了同樣的結(jié)果,而且把物體全部浸入水中或部分浸入水中做實(shí)驗(yàn)都得到了同樣的結(jié)論,最后歸納得到了阿基米德原理。
(2)單因子實(shí)驗(yàn)法
對(duì)于多因子的物理過程,可運(yùn)用單因子實(shí)驗(yàn),先分別固定幾個(gè)物理量而研究其中兩個(gè)量之間的關(guān)系,最后綜合為一個(gè)完整的物理規(guī)律。例如,研究電流與電壓、電阻之間的關(guān)系,可以先保持電阻不變而改變電壓,觀察分析電流隨電壓的改變情況,得到電流與電壓之間的關(guān)系;再保持電壓不變而改變電阻,觀察分析電流隨電阻的改變情況,得到電流與電阻之間的關(guān)系。最后綜合成為一條物理規(guī)律,即歐姆定律。
(3)先定性后定量推演法
限于中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件,精確測(cè)定數(shù)據(jù)有困難,有些定量的實(shí)驗(yàn)不易成功,因此,可以在觀察定性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量推演或分析介紹,最后形成規(guī)律。例如焦耳定律,實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察通電后煤油溫度的高低來定性說明電流產(chǎn)生熱量的多少。實(shí)驗(yàn)表明,電阻越大,電流強(qiáng)度越大,通電時(shí)間越長(zhǎng),電流產(chǎn)生的熱量越多。然后介紹科學(xué)家焦耳的研究成果,進(jìn)而得出定量描述,形成焦耳定律:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流強(qiáng)度的平方成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電時(shí)間成正比,Q=I2Rt。
3.下定論并對(duì)規(guī)律進(jìn)行討論,加深理解規(guī)律
經(jīng)過第二步的探討和思維加工,初步形成規(guī)律后,要整理成文,用科學(xué)而又簡(jiǎn)明的語言文字或數(shù)學(xué)工具來表述物理規(guī)律。
(1)規(guī)律的物理意義
解釋規(guī)律的內(nèi)容,說明它表示什么樣的物理含義,必要時(shí)還要與相近規(guī)律進(jìn)行比較。用數(shù)學(xué)公式或圖像表述規(guī)律的,在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生討論如何根據(jù)規(guī)律的內(nèi)容得出公式或圖像;反之,又如何從公式或圖像來理解其物理意義。例如焦耳定律,其內(nèi)容是電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間有關(guān),這個(gè)關(guān)系是正比關(guān)系,由此得到焦耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為Q=I2Rt。
(2)規(guī)律表述中的關(guān)鍵詞語和公式中各字母的意義
例如,阿基米德原理的公式F浮=G排=ρ液gV,公式中字母F浮代表物體所受的浮力,G排表示排開液體的重力,ρ液是液體的密度,g是重力加速度,V表示排開液體的體積。這個(gè)公式中各字母代表的物理意義,學(xué)生必須十分清楚,運(yùn)用過程中才不至于出現(xiàn)差錯(cuò)。
(3)公式中各物理量的單位
中學(xué)階段,物理單位的教學(xué)也不容忽視。
例如公式Q=I2Rt,式中I、R、t的單位分別是安培、歐姆、秒,Q的單位必須是焦耳。
物理規(guī)律的公式中各物理量的單位都是確定的,不能隨便亂用。
(4)規(guī)律的成立條件和適用范圍
物理規(guī)律本身是反映在一定條件下物理事物內(nèi)在的必然聯(lián)系,并且物理規(guī)律是在一定條件下和一定范圍內(nèi)總結(jié)出來的,因此,也只能在這個(gè)條件下、這個(gè)范圍內(nèi)才成立。學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律時(shí),往往只知道死背條文而忽視了成立條件和適用范圍,在實(shí)際應(yīng)用中亂套,在遇到情況變化時(shí)就難以下手,所以,在教學(xué)中要重視講清規(guī)律的成立條件和適用范圍。
在一般物理規(guī)律的表述中,前語是成立條件或適用范圍,后語是結(jié)果,即因果關(guān)系基本連結(jié)成一個(gè)完整的句子。通過分析規(guī)律的語句結(jié)構(gòu),從字里行間就可以知道規(guī)律的成立條件和適用范圍。例如牛頓第一定律,它的適用范圍是“一切物體”,條件是“沒有受到外力作用”(原因),結(jié)果是“保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”。
有些規(guī)律在敘述中只提出成立條件,必要時(shí)可以補(bǔ)充說明適用范圍。例如阿基米德原理,要指出也適用于氣體。有些規(guī)律限于學(xué)生的基礎(chǔ)和認(rèn)識(shí)水平,只強(qiáng)調(diào)成立條件,而暫不提適用范圍。例如,歐姆定律、焦耳定律,不提及只適用于純電阻電路。
四、學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律中的常見問題
為了有效地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理規(guī)律,我們還必須研究和認(rèn)清學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律中的常見問題和心理障礙。在中學(xué)階段,主要存在以下幾個(gè)方面的問題:
1.感性知識(shí)不足
中學(xué)物理規(guī)律的教學(xué),許多是從事實(shí)出發(fā)經(jīng)過分析歸納總結(jié)出來的。中學(xué)生抽象思維能力不強(qiáng),他們理解物理規(guī)律特別需要有充分的感性材料作基礎(chǔ)。如果沒有足夠的、能夠把有關(guān)的現(xiàn)象與現(xiàn)象之間的聯(lián)系鮮明地展示出來的實(shí)驗(yàn)或?qū)W生日常生活中所熟悉的曾親身感受過的事例作基礎(chǔ),勢(shì)必造成學(xué)生學(xué)習(xí)上的困難。
例如,研究電磁感應(yīng)和自感的有關(guān)規(guī)律,如果沒有足夠的、能夠逐步揭示現(xiàn)象間本質(zhì)聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)作基礎(chǔ),學(xué)生對(duì)這些規(guī)律就很難理解。
2.學(xué)生在日常生活中形成的錯(cuò)誤觀念的干擾
學(xué)生在日常生活中積累了一定的生活經(jīng)驗(yàn),對(duì)一些問題形成了某些觀念。這些觀念中,有的比較正確,但往往有一定的表面性和片面性,甚至是錯(cuò)誤的觀念。這些先入為主的錯(cuò)誤觀念對(duì)學(xué)生正確理解物理規(guī)律往往起著嚴(yán)重的干擾作用。如:學(xué)生在運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系上往往有“物體受力才能運(yùn)動(dòng),不受外力,物體根本不會(huì)運(yùn)動(dòng)”的觀念,這就給學(xué)生正確理解運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系帶來了很大的困難。
3.抽象邏輯思維能力不強(qiáng)
在物理規(guī)律的研究和運(yùn)用中,有時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)格的邏輯推理和科學(xué)的想象等抽象思維活動(dòng);在運(yùn)用物理規(guī)律解決某些問題時(shí),要想取得正確而全面的解答,學(xué)生要具有較高水平的思維品質(zhì)。然而,中學(xué)生在心理發(fā)展上正處在思維發(fā)展過渡期,對(duì)于不同年級(jí)的學(xué)生和不同的學(xué)生個(gè)體,這個(gè)發(fā)展在遲早快慢上有差異,有些學(xué)生由于沒有形成邏輯思維的習(xí)慣,抽象思維能力不強(qiáng),這就使他們?cè)趯W(xué)習(xí)和運(yùn)用物理規(guī)律時(shí)遇到了較大的困難。
4.不會(huì)運(yùn)用物理規(guī)律說明、解釋現(xiàn)象和分析解決實(shí)際問題
中學(xué)階段,學(xué)生在理解物理規(guī)律上,經(jīng)過努力并不會(huì)感到很困難,但是運(yùn)用起來常常會(huì)束手無策。形成的原因,除了知識(shí)上的欠缺和思維習(xí)慣、思維定勢(shì)的干擾等因素外,最主要的是學(xué)生還未掌握運(yùn)用物理知識(shí)去分析、處理、解決問題的思路和方法,因此,學(xué)生在完成認(rèn)識(shí)的第二個(gè)“飛躍”上困難較大。
物理規(guī)律的教學(xué)要有階段性,要有一個(gè)逐步深化、提高的過程。對(duì)于同一物理規(guī)律,初中、高中有不同層次的要求,因此,我們應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,由淺入深,一步步地通過一系列的教學(xué)活動(dòng),來提高物理規(guī)律的教學(xué)水平。
參考文獻(xiàn)
[1]閻金鋒 田世昆 中學(xué)物理教學(xué)概論[M]。
在物理復(fù)習(xí)的整個(gè)知識(shí)體系中,電學(xué)知識(shí)板塊兒尤為重要。一是:它占整個(gè)三式合一理化試題物理部分的40%左右,即70分中的近30分屬于物理電學(xué)試題。二是:電學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中的重要作用已凸顯出來。而要學(xué)生全面掌握、領(lǐng)會(huì)初中階段電學(xué)知識(shí),對(duì)于相當(dāng)一部分初中生來說具有較大的難度。從教以來我聽過一些初中電學(xué)復(fù)習(xí)課:有的先把所要用到的電學(xué)公式板書在黑板上,再講典型例題,接著練習(xí);有的則通過學(xué)生作題中所反饋的問題對(duì)知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充強(qiáng)調(diào),再練習(xí);有的直接強(qiáng)調(diào)萬變不離其宗,讓學(xué)生多看教材,然后講例題等。復(fù)習(xí)中講例題沒錯(cuò),但選擇的例題過多,又無代表性,既延長(zhǎng)了復(fù)習(xí)時(shí)間,又不能使學(xué)生的知識(shí)得到升華。久而久之,學(xué)生疲勞,老師厭煩。要使復(fù)習(xí)課在短時(shí)間內(nèi)生動(dòng)、奏效,應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)睦},在講例題的基礎(chǔ)上,對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納和升華。
復(fù)習(xí)課,一要體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”,教學(xué)方式多樣化等新課程理念;二要體現(xiàn)“知識(shí)與技能、過程與方法以及情感態(tài)度和價(jià)值觀”三維目標(biāo)的培養(yǎng);三要優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu),讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)、幫助下,把學(xué)到的知識(shí)歸納起來,從而便于提練和記憶。所以對(duì)電學(xué)的復(fù)習(xí)要從學(xué)生喜聞樂見的小電器起步,從典型例題入手進(jìn)行歸納總結(jié)。
例1:如圖-1是一個(gè)玩具汽車上的控制電路。小明對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和研究發(fā)現(xiàn):電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為1Ω,保護(hù)電阻R為4Ω。當(dāng)閉合S后,兩電壓表的示數(shù)分別為6V和2V,則電路中的電流為?搖 ?搖?搖?搖A,電動(dòng)機(jī)的功率為?搖?搖 ?搖?搖W。(這是陜西師范大學(xué)出版社出版,經(jīng)陜西省中小學(xué)教材審定委員會(huì)2008年審定通過的《物理課堂練習(xí)冊(cè)》中的一道題)
學(xué)生通常按下列方法計(jì)算電路中的電流:
R中的電流:I=U/R=2V/4Ω=0.5A,
電動(dòng)機(jī)中的電流:I=U/R=4V/1Ω=4A,
由此得第一空電路中的電流就有兩個(gè)值0.5A和4A。
于是第二空的對(duì)應(yīng)值為:P=UI=4V×0.5A=2W與P=UI=4V×4A=16W。這就存在兩個(gè)問題:
1.根據(jù)歐姆定律計(jì)算出兩個(gè)串聯(lián)元件中的電流不相等,與串聯(lián)電路中電流的特點(diǎn)相矛盾。
2.由串聯(lián)分壓原理得:U:U=R∶R=1∶4,得:
①當(dāng)U=2V時(shí),U=8V,得到U+U=2V+8V=10V≠U源;
②當(dāng)UM′=4V時(shí),U′=1V。U′+U=1V+4V=5V≠U,這與串聯(lián)電路中的電壓關(guān)系相矛盾。
對(duì)此,應(yīng)找出題中所涉及的知識(shí)點(diǎn),分析這些知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系,那上面的矛盾就迎刃而解了。
首先,應(yīng)對(duì)歐姆定律有深入的理解。
例2:如圖2所示電路(R≠R≠R)。引導(dǎo)學(xué)生分析如下:
1.對(duì)電路狀態(tài)的分析。
(1)當(dāng)S、S、S都閉合時(shí),R與R并聯(lián),并聯(lián)后作為一個(gè)整體再與R串聯(lián)。A測(cè)R中的電流,V測(cè)R或R兩端電壓。
(2)當(dāng)S、S閉合S斷開時(shí),則由圖-2演變?yōu)閳D-2(a)到(b)。
R與R串聯(lián),R處于斷開狀態(tài),A測(cè)整個(gè)電路中的電流。
(3)當(dāng)S、S閉合S斷開時(shí),則由圖2演變?yōu)閳D-2(c)到(d)。
R與R串聯(lián),R處于斷開狀態(tài),V測(cè)R兩端電壓。
2.歐姆定律中涉及I、U、R三個(gè)量間的關(guān)系。
(1)歐姆定律中的I、U、R三個(gè)量是針對(duì)同一個(gè)用電器或者同一部分電路而言的,即必須滿足“同一性”。
當(dāng)圖-2中的S、S、S都閉合時(shí),A測(cè)R中的電流為I,V測(cè)R兩端電壓為U。此時(shí)能否用U與I的比值來計(jì)算R或R阻值呢?(即R=U/I)。
如果R=R時(shí),由于R與R并聯(lián),所以R兩端電壓U等于R兩端電壓U,即U=U=U。根據(jù)R=U/I得R=U/I,R=U/I。這樣計(jì)算出的R2的值雖然是正確的,但屬于不正確的方法得出了正確的結(jié)果,實(shí)屬偶然巧合。
若R≠R時(shí),那么R=U/I,若再按R=U/I來計(jì)算R的電阻值就沒有上述的巧合了。因?yàn)殡妷合嗟仁遣⒙?lián)電路電壓的特點(diǎn),R、R中的電流是不相等的。上述中錯(cuò)誤地認(rèn)為R、R中電流相等。這里的電壓是R兩端電壓,而電流是R中的電流,電壓與電流是兩個(gè)不同電阻(或用電器,或電路)的對(duì)應(yīng)量,也就違背了“同一性”。
這就告訴我們,在應(yīng)用歐姆定律解題時(shí),一定要遵循“同一性”原則,切忌“張冠李戴”,電學(xué)中的所有公式都不能違背“同一性”原則。如:W=UIt、Q=IRt、P=UI等。
(2)歐姆定律中的I、U、R三個(gè)量必須是同一狀態(tài)、同一時(shí)刻存在的三個(gè)物理量,即必須滿足“同時(shí)性”。
在圖-2中,當(dāng)S、S閉合時(shí),R中的電流大小與S、S閉合時(shí)R中的電流大小是否相等?
在圖-2中,當(dāng)S、S閉合S斷開時(shí),不難看出,R與R串聯(lián):I=I=I則I=U源/(R+R);當(dāng)S、S閉合S斷開時(shí),R與R串聯(lián):I=I=I,則I=U/(R+R)。因?yàn)镽+R≠R+R所以U源/(R+R)≠U源/(R+R),即兩次電流不相等。S、S閉合時(shí),R中的電流大小與S、S閉合時(shí)R中的電流大小不相等,這是因?yàn)镾、S閉合時(shí)與S、S閉合時(shí)電路狀態(tài)不同,R是在不同的狀態(tài)下工作,不是同一時(shí)間內(nèi)電流的大小,電流不相等。
在利用公式計(jì)算的過程中,不能用第一狀態(tài)下的量值與第二狀態(tài)下的量值代入關(guān)系式計(jì)算。如:要計(jì)算R的電阻值,就不能用第一狀態(tài)下R兩端的電壓值與第二狀態(tài)下R中的電流的比值來計(jì)算R的電阻值。在計(jì)算電流、電壓時(shí),也不能這樣處理。
因此在利用公式計(jì)算時(shí),帶值入式的物理量必須是同一狀態(tài)下的物理量,必須滿足“同時(shí)性”。
(3)歐姆定律中的I、U、R三個(gè)量的單位必須同一到國(guó)際單位制,即I―A、U―V、R―Ω。即應(yīng)滿足“統(tǒng)一性”。
除各物理量的主單位外,還應(yīng)記住常用單位及其單位換算關(guān)系,將常用單位換算為國(guó)際單位制單位,在利用其它電學(xué)公式計(jì)算時(shí)也要統(tǒng)一單位。
如:電功的公式W=UIt中,各物理量的對(duì)應(yīng)單位:U-V、I-A、t-S;這樣W的單位才是J。電熱的公式Q=IRt中:I―A、R―Ω、t―S;這樣Q的單位才是J。電功率的公式P=UI中:U-V、I-A,這樣P的單位才是W。
我們要確定歐姆定律的適用條件。
1.歐姆定律只對(duì)一段不含電源的導(dǎo)體成立,即只適用于純電阻電路。因此,歐姆定律又稱為一段不含源電路的歐姆定律。
例1中涉及到電磁轉(zhuǎn)換的知識(shí),電動(dòng)機(jī)工作時(shí)實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí),其閉合線圈切割磁感線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,所產(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)流過電動(dòng)機(jī)線圈中的電流有一定影響。
實(shí)際上圖1相當(dāng)于一個(gè)“RL”串聯(lián)電路,總電壓的有效值不等于各分電壓有效值的代數(shù)和,即U≠U+U。但得到的電流有效值的關(guān)系I=U/Z與直流(或部分)電路的歐姆定律相似,各元件上的分電壓與該元件的阻抗(Z)成正比。
雖然電動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的阻抗目前初中階段無法計(jì)算出來,但無論電動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的阻抗為多少,電路中的電流都等于電阻R中的電流,即I=U/R=2V/4Ω=0.5A。電動(dòng)機(jī)兩端的實(shí)加電壓等于總電壓(電源電壓)減去電阻R兩端的電壓,即U=U-U=6V-2V=4V。則電動(dòng)機(jī)的功率為:P=UI=4V×0.5A=2W。
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上述分析說明,電阻R所在的這部分電路與電動(dòng)機(jī)所在的這部分電路有著本質(zhì)的不同。從能量轉(zhuǎn)化的角度看:電阻R所在的這部分電路是將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能;而電動(dòng)機(jī)所在的這部分電路電能只有少部分轉(zhuǎn)化為熱能,大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。前者屬于純電阻電路,后者屬于非純電阻電路。
歐姆定律只適用于純電阻電路,即用電器工作的時(shí)候電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路。例如電熨斗、電暖氣、電熱毯、電飯鍋、熱得快等。而電動(dòng)機(jī)、電風(fēng)扇,等等,除了發(fā)熱外,還對(duì)外做功,所以這些是非純電阻電路,歐姆定律不再適用。由歐姆定律導(dǎo)出的公式也只適用于純電阻電路(如:W=IRt W=U/Rt Q=UIt Q=U/Rt P=IR P=U/R等。)
2.歐姆定律適用于金屬導(dǎo)體和通常狀態(tài)下的電解質(zhì)溶液;但是對(duì)于氣態(tài)導(dǎo)體(如日光燈管中的汞蒸氣)和其它一些導(dǎo)電元器件,歐姆定律不成立。歐姆定律對(duì)某一導(dǎo)體是否適用,關(guān)鍵是看該導(dǎo)體的電阻是否為常數(shù)。當(dāng)導(dǎo)體的電阻是不隨電壓、電流變化的常數(shù)時(shí),其電阻叫線性電阻或歐姆電阻,歐姆定律對(duì)它成立;當(dāng)導(dǎo)體的電阻隨電壓、電流變化時(shí),其電阻叫非線性電阻,如:電子管、晶體管、熱敏電阻等,歐姆定律對(duì)它不成立。
3.歐姆定律只有在等溫條件下,即導(dǎo)體溫度保持恒定時(shí)才能成立。當(dāng)導(dǎo)體溫度變化時(shí),歐姆定律對(duì)該導(dǎo)體不成立,因?yàn)殡娮枋菧囟鹊暮瘮?shù)。
在講解歐姆定律的應(yīng)用時(shí),常舉白熾燈的例子,實(shí)際上白熾燈的鎢絲在溫度變化很大時(shí)電阻具有非線性,隨著電流的增大,鎢絲的溫度升高很多,其電阻也隨著變化。對(duì)非線性電阻,歐姆定律不成立,但是作為電阻定義的關(guān)系式R=U/I仍然成立,只不過對(duì)非線性電阻,R不再是常量。
綜上所述,例1中第一空電路中的電流有兩個(gè)值0.5A和4A,一個(gè)是在純電阻電路(電阻R)中用歐姆定律算出的電流0.5A。另一個(gè)是用歐姆定律計(jì)算在非純電阻電路(含電動(dòng)機(jī)的電路)中的電流為4A,顯然不對(duì)。
通過對(duì)例1的全面、透徹的分析,我們對(duì)電學(xué)知識(shí)得到了進(jìn)一步升華:(1)判斷電路的連接方式;(2)判斷電表的作用;(3)利用歐姆定律解決實(shí)際問題時(shí)必須注意“三性”;(4)復(fù)習(xí)了電功率、焦耳定律等相關(guān)電學(xué)公式;(5)歐姆定律的適用范圍。
學(xué)生能夠領(lǐng)悟到,復(fù)習(xí)不是為了解題,而是要掌握知識(shí)的前后聯(lián)系,優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu);仔細(xì)觀察,認(rèn)真分析;發(fā)散思維,以點(diǎn)帶面;舉一反三,融會(huì)貫通。這樣,從而體現(xiàn)出知識(shí)與技能、過程與方法,以及情感態(tài)度和價(jià)值觀的培養(yǎng)。
參考文獻(xiàn):
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[3]梁紹榮等.普通物理學(xué)―電磁學(xué)高等教育出版社,1988.
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)過,高中選修教材安排這節(jié)課的目的,主要是讓學(xué)生通過課堂演示實(shí)驗(yàn)再次增加感性認(rèn)識(shí);體會(huì)物理學(xué)的基礎(chǔ)研究方法(即通過實(shí)驗(yàn)來探索物理規(guī)律);學(xué)習(xí)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的兩種常用方法——列表對(duì)比法和圖像法;再次領(lǐng)會(huì)定義物理量的一種常用方法——比值法。這就決定了本節(jié)課的教學(xué)目的和教學(xué)要求。這節(jié)課不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及定律的內(nèi)容,重點(diǎn)在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段;在實(shí)驗(yàn)過程中是如何控制實(shí)驗(yàn)條件和物理變量的,從而讓學(xué)生沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理定律的歷史足跡體會(huì)科學(xué)家的思維方法。
本節(jié)課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復(fù)習(xí)初中知識(shí)的作用,另一方面為學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律奠定基礎(chǔ)。本節(jié)課分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法,也將在后續(xù)課程中多次應(yīng)用。因此也可以說,本節(jié)課是后續(xù)課程的知識(shí)準(zhǔn)備階段。
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要讓學(xué)生記住歐姆定律的內(nèi)容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運(yùn)用。本節(jié)課的重點(diǎn)是成功進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,這是本節(jié)課的核心,是本節(jié)課成敗的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)。
本節(jié)課的難點(diǎn)是電阻的定義及其物理意義。盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場(chǎng)一章中已經(jīng)接觸過,但學(xué)生由于缺乏較多的感性認(rèn)識(shí),對(duì)此還是比較生疏。從教學(xué)上的恒定比值到理解其物理意義并進(jìn)而認(rèn)識(shí)其代表一個(gè)新的物理量,還是存在著不小的思維臺(tái)階和思維難度。對(duì)于電阻的定義式和歐姆定律表達(dá)式,從教學(xué)角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。
二、關(guān)于教法和學(xué)法
根據(jù)本節(jié)課有演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),本節(jié)課采用以演示實(shí)驗(yàn)為主的啟發(fā)式教學(xué)法。教師邊演示、邊提問,讓學(xué)生邊觀察、邊思考,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)。在教材難點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏,給學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行思考和討論,教師可給予恰當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥,必要時(shí)可進(jìn)行課堂提問,讓學(xué)生充分發(fā)表意見。這樣既有利于化解難點(diǎn),又有利于發(fā)揮學(xué)生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要使學(xué)生領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的研究方法,領(lǐng)會(huì)怎樣提出研究課題,怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),怎樣合理選用實(shí)驗(yàn)器材,怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,怎樣對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及通過分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論和總結(jié)出物理規(guī)律。同時(shí)要讓學(xué)生知道,物理規(guī)律必須通過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的思維習(xí)慣。
三、對(duì)教學(xué)過程的構(gòu)想
為了達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo),充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性,對(duì)一些主要教學(xué)環(huán)節(jié),有以下構(gòu)想:
1. 在引入新課提出課題前,啟發(fā)學(xué)生思考:物理學(xué)的基本研究方法是什么?這樣既對(duì)學(xué)生進(jìn)行了方法論教育,也為過渡到演示實(shí)驗(yàn)起承上啟下作用。
2. 對(duì)演示實(shí)驗(yàn)所需器材及電路的設(shè)計(jì)可先啟發(fā)學(xué)生思考回答,這樣使學(xué)生既鞏固實(shí)驗(yàn)知識(shí),又調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與。
3. 在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)可請(qǐng)兩位學(xué)生上臺(tái)協(xié)助,同時(shí)讓其余學(xué)生注意觀察,也可調(diào)動(dòng)全體學(xué)生都來參與,積極進(jìn)行觀察和思考。
4. 用列表對(duì)比法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后,提出問題讓學(xué)生思考回答:為了更直觀地顯示物理規(guī)律,還可以用什么方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?目的是更加突出方法教育,使學(xué)生對(duì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種最常用的基本方法有更深刻的認(rèn)識(shí)。到此應(yīng)該達(dá)到本節(jié)課的第一次,通過提問和畫圖像使學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒轉(zhuǎn)向高漲。
5. 在得出電阻概念時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生從分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時(shí)不要急于告訴學(xué)生結(jié)論,而應(yīng)給予充分的時(shí)間,啟發(fā)學(xué)生積極思考,并給予適當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥。此處節(jié)奏應(yīng)放慢,可提請(qǐng)學(xué)生展開討論,讓學(xué)生的主體作用得到充分發(fā)揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學(xué)生對(duì)電阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步總結(jié)歐姆定律,這實(shí)際是認(rèn)識(shí)上的又一次升華。要注意闡述實(shí)驗(yàn)結(jié)論的普遍性,在此基礎(chǔ)上可讓學(xué)生先行總結(jié),以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力。
7. 為檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成,可自編若干概念題進(jìn)行反饋練習(xí),達(dá)到鞏固之目的。然后結(jié)合教材練習(xí)題,熟悉歐姆定律的應(yīng)用,時(shí)間不宜過長(zhǎng),以免沖淡主題。
四、授課過程中注意事項(xiàng)
1.注意在實(shí)驗(yàn)演示前對(duì)儀表的量程、分度和讀數(shù)規(guī)則進(jìn)行介紹。
2.注意正確規(guī)范地進(jìn)行演示操作。
3.注意湊示實(shí)驗(yàn)的可視度。
4. 定義電阻及總結(jié)歐姆定律時(shí),要注意層次清楚,避免節(jié)奏混亂。
所謂“串反”就是與變化電阻直接或間接串聯(lián)的電表和用電器的電流、電壓及電功率各物理量與變化電阻變化相反,也就是變化電阻阻值變大時(shí),電流、電壓、電功率均變?。环粗兓娮枳柚底冃r(shí),各量均變大。
所謂“并同”,就是與變化電阻直接或間接并聯(lián)的電表和用電器的電流、電壓及電功率各物理量與變化電阻變化相同,也就是變化電阻阻值變大時(shí),電流、電壓、電功率各量均變大;反之變化電阻阻值變小時(shí),各量均變小。
二、“串反并同”規(guī)律的適用范圍和條件
1.如果電源沒有內(nèi)阻或不計(jì)內(nèi)阻,則和電源并聯(lián)的電壓表示數(shù)將不變化,顯然不能用“串反并同”。除此之外的其他電表和用電器的電流、電壓、電功率等物理量的變化還可以應(yīng)用“串反并同”的規(guī)律解題。
2.如果電路中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻阻值同時(shí)變化,就不能用“串反并同”規(guī)律了。
3.電路必須是閉合的。若在直流電路中有電容器,而此時(shí)電容器所在電路相當(dāng)于斷路,在電路里不會(huì)有恒定的電流,這時(shí)就不能用“串反并同”規(guī)律。
三、“串反并同”規(guī)律的應(yīng)用
對(duì)于涉及電阻變化的問題,運(yùn)用上述“串反并同”規(guī)律都能夠迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行解答。下面以幾道習(xí)題為例,說明“串反并同”規(guī)律的應(yīng)用。
例1 (2002年上海高考題) 在如圖1所示電路中,當(dāng)變阻器R2的滑動(dòng)頭P向b端移動(dòng)時(shí),( )。
A.電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變?。?/p>
B.電壓表示數(shù)變小,電流表示數(shù)變大;
C.電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變大;
D.電壓表示數(shù)變小,電流表示數(shù)變小。
解析:可變電阻R2、電源、R1與電流表A構(gòu)成串聯(lián)電路,可變電阻R2、R3與電壓表V構(gòu)成并聯(lián)電路。當(dāng)滑片向b點(diǎn)移動(dòng)時(shí),電阻R2減小。根據(jù)電流隨電阻變化的“串反并同”規(guī)律可知,電流表的示數(shù)變大,電壓表的示數(shù)變小。故選項(xiàng)B正確。
例2(2007年寧夏理綜)在如圖所示的電路中,E為電源電動(dòng)勢(shì),r為電源內(nèi)阻,R1和R3均為定值電阻,R2為滑動(dòng)變阻器。當(dāng)R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)在a端時(shí)合上開關(guān)S,此時(shí)三個(gè)電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U?,F(xiàn)將R2的滑動(dòng)觸點(diǎn)向b端移動(dòng),則三個(gè)電表示數(shù)的變化情況是( )。
A.I1增大,I2不變,U增大;
B.I1減小,I2增大,U減??;
C.I1增大,I2減小,U增大;
D.I1減小,I2不變,U減小。
例根據(jù)歐姆定律公式I=,可變形得到R=。對(duì)此,下列說法中正確的是()
A. 導(dǎo)體電阻的大小跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比
B. 導(dǎo)體電阻的大小跟導(dǎo)體中的電流成反比
C. 當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓為零時(shí),導(dǎo)體的電阻也為零
D. 導(dǎo)體電阻的大小跟導(dǎo)體兩端的電壓和通過導(dǎo)體的電流無關(guān)
典型錯(cuò)誤一根據(jù)R=,認(rèn)為導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,因此選擇A。
典型錯(cuò)誤二根據(jù)R=,認(rèn)為導(dǎo)體的電阻與通過導(dǎo)體的電流成反比。因此選擇B。
錯(cuò)因分析歐姆定律研究的是電流與電壓和電阻的關(guān)系,其變形式R=只是提供了計(jì)算電阻的一種方法,并不能理解為導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,與通過導(dǎo)體的電流成反比。
正確答案因?yàn)閷?dǎo)體的電阻是由導(dǎo)體自身因素(材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度等)來決定的,而不受外因(導(dǎo)體兩端電壓和通過導(dǎo)體的電流)影響,所以應(yīng)選D。
易錯(cuò)點(diǎn)二:對(duì)歐姆定律同一性和同時(shí)性的忽視
例有一個(gè)電鈴,它的電阻是10 Ω,在正常工作時(shí),它兩端的電壓應(yīng)該是6 V。但我們手邊現(xiàn)有的電源電壓是8 V,要把這個(gè)電鈴接在這個(gè)電源上,并使它正常工作,應(yīng)怎么辦?
典型錯(cuò)誤要把這個(gè)電鈴接在這個(gè)電源上,并使它正常工作,應(yīng)給它串聯(lián)一個(gè)電阻。
因?yàn)橥ㄟ^電鈴的電流I== A=0.6 A,
又因?yàn)殡娮韪娾彺?lián),
所以通過電阻的電流I=I=0.6 A,
因此,串聯(lián)一個(gè)電阻為R== Ω=13.3 Ω。
錯(cuò)因分析造成錯(cuò)解的原因是在應(yīng)用歐姆定律時(shí),沒有注意同一性和同時(shí)性。錯(cuò)解中的最后一步:R=中,U、I代入的數(shù)值是總電壓和總電流,求出的電阻R應(yīng)該是總電阻。
正確答案根據(jù)歐姆定律有:通過電鈴的電流I== A=0.6 A,
又因?yàn)殡娮韪娾彺?lián),
所以通過串聯(lián)電路的電流I=I=0.6 A,
因此,總電阻R== Ω=13.3 Ω。
又因?yàn)镽=R+R,
所以串聯(lián)一個(gè)電阻為R=R-R=(13.3-10) Ω=3.3 Ω。
易錯(cuò)點(diǎn)三:對(duì)控制變量法的誤解
例小剛用圖1所示電路探究“一段電路中電流跟電阻的關(guān)系”。在此實(shí)驗(yàn)過程中,當(dāng)A、B兩點(diǎn)間的電阻由5 Ω更換為10 Ω后,為了探究上述問題,他應(yīng)該采取的唯一操作是()
A. 記錄電流表和電壓表的示數(shù)
B. 將變阻器滑片適當(dāng)向左移動(dòng)
C. 將變阻器滑片適當(dāng)向右移動(dòng)
D. 適當(dāng)增加電池的節(jié)數(shù)
典型錯(cuò)誤電源電壓不變,改變電阻,記錄電流大小,從而找出電流跟電阻的關(guān)系,選A。
錯(cuò)因分析沒有正確理解控制變量法。
正確答案在此實(shí)驗(yàn)過程中,當(dāng)A、B兩點(diǎn)間的電阻由5 Ω更換為10 Ω后,為了探究“一段電路中電流跟電阻的關(guān)系”,必須保持A、B兩點(diǎn)間的電壓不變。此時(shí)由于總電阻變大,總電流變小,因此滑動(dòng)變阻器兩端的電壓變小,由串聯(lián)電路電壓關(guān)系可知A、B兩點(diǎn)間(一段電路)的電壓變大。要想繼續(xù)實(shí)驗(yàn),接下來應(yīng)該使A、B兩點(diǎn)間的電壓減小到原來的值。將變阻器滑片適當(dāng)向右移動(dòng),使變阻器阻值增大,使電路電流減小。由U=IR可知,A、B兩點(diǎn)間的電壓才會(huì)變小,當(dāng)達(dá)到原來的電壓值時(shí),停止移動(dòng)滑片,記錄此時(shí)的電流值。應(yīng)選C。
易錯(cuò)點(diǎn)四:對(duì)電路連接關(guān)系不清
例1如圖2所示,電路中的電源電壓保持不變。閉合開關(guān)后,將滑動(dòng)變阻器的滑片P由圖中位置向a點(diǎn)移動(dòng)的過程中,電表、、的示數(shù)變化正確的是()
A. 的示數(shù)減小,的示數(shù)減小,的示數(shù)增大
B. 的示數(shù)增大,的示數(shù)減小,的示數(shù)增大
C. 的示數(shù)增大,的示數(shù)減小,的示數(shù)減小
D. 的示數(shù)減小,的示數(shù)增大,的示數(shù)減小
典型錯(cuò)誤滑動(dòng)變阻器的滑片P由圖中位置向a點(diǎn)移動(dòng)的過程中,滑動(dòng)變阻器的阻值變大,根據(jù)歐姆定律公式I=,電路中的電流減小。根據(jù)U=IR可知,滑動(dòng)變阻器兩端電壓減小,因此的示數(shù)減小,燈泡兩端的電壓增大。選擇D。
錯(cuò)因分析電壓表測(cè)量的是滑動(dòng)變阻器兩端電壓U。滑動(dòng)變阻器的滑片P由圖中位置向a點(diǎn)移動(dòng)的過程中,滑動(dòng)變阻器的阻值R變大,但同時(shí)電流I變小,根據(jù)U=IR無法判斷滑動(dòng)變阻器兩端電壓大小的變化。
正確答案由圖2可知這是一個(gè)串聯(lián)電路,電壓表測(cè)量滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U,測(cè)量燈泡兩端的電壓U?;瑒?dòng)變阻器的滑片P由圖中位置向a點(diǎn)移動(dòng)的過程中,滑動(dòng)變阻器的阻值變大,根據(jù)歐姆定律公式I=,電路中的電流減小,因此的示數(shù)減小。再根據(jù)串聯(lián)電路中電流處處相等,通過燈泡的電流I=I,又燈泡的電阻R不變,根據(jù)U=IR可知,電壓U減小,因此的示數(shù)減小。由串聯(lián)電路電壓的關(guān)系,可知滑動(dòng)變阻器兩端電壓U=U-U,因此的示數(shù)增大。應(yīng)選C。
例2如圖3所示電路中,閉合開關(guān)后,將滑動(dòng)變阻器滑片P由a端向b端滑動(dòng)過程中,圖3中電壓表和電流表的示數(shù)變化正確的是()
A. 電壓表示數(shù)不變,電流表示數(shù)變大
B. 電壓表示數(shù)變小,電流表示數(shù)變大
C. 電壓表示數(shù)不變,電流表示數(shù)變小
D. 電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變小
典型錯(cuò)誤滑動(dòng)變阻器滑片P由a端向b端滑動(dòng)過程中,電阻變大。根據(jù)U=IR可知,電壓變大,因此電壓表示數(shù)變大。再根據(jù)歐姆定律公式I=,電路中的電流減小,選擇D。
錯(cuò)因分析電路連接關(guān)系不清,沒有注意到滑動(dòng)變阻器與R串聯(lián)后再與R并聯(lián)的關(guān)系。
正確答案滑動(dòng)變阻器與R串聯(lián)后再與R并聯(lián),不管滑動(dòng)變阻器阻值如何變化,都不會(huì)改變支路電壓。支路電阻的變化引起總電阻的變化,滑片P由a端向b端滑動(dòng)過程中,滑動(dòng)變阻器電阻變大,總電阻變大。根據(jù)歐姆定律公式I=,電路中的總電流減小,因此電流表示數(shù)減小。應(yīng)選C。
易錯(cuò)點(diǎn)五:對(duì)伏安法測(cè)電阻原理的誤解
例小剛同學(xué)想用電流表、電壓表測(cè)量一段電阻絲R的電阻,他已連接了部分電路,如圖4(a)所示。請(qǐng)你接著完成下列步驟:
(1)當(dāng)電壓表示數(shù)為3.6 V時(shí),電流表的示數(shù)如圖4(b)所示,這時(shí)電路中的電流是________A,電阻絲的電阻為_______Ω。并用筆畫線代替導(dǎo)線,將電路補(bǔ)畫完整。
(2)若將上面實(shí)驗(yàn)中的定值電阻R換成小燈泡,在多次測(cè)電阻的過程中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí),電壓表與電流表示數(shù)的比值將________。
典型錯(cuò)誤(1)題中連接圖時(shí),滑動(dòng)變阻器接線柱連入錯(cuò)誤,電壓表、電流表正負(fù)接線柱及量程選錯(cuò),串、并聯(lián)錯(cuò)誤。
錯(cuò)因分析不清楚滑動(dòng)變阻器及電表接入電路的要求。
正確答案滑動(dòng)變阻器要保證“一上一下”兩個(gè)接線柱接入電路,有時(shí)還要考慮具體是下面哪一個(gè)接線柱接入電路。對(duì)于電表,要求電流從正接線柱流入負(fù)接線柱流出,且選擇符合題意的量程,保證電流表與被測(cè)對(duì)象串聯(lián),電壓表與被測(cè)對(duì)象并聯(lián)。(1)0.3;12;電路圖如圖5所示。
典型錯(cuò)誤(2)由伏安法測(cè)電阻原理R=可知,電流與電壓成正比,因此電壓表與電流表示數(shù)的比值不變。
錯(cuò)因分析當(dāng)電阻不變時(shí),電流與電壓才成正比。電阻變化時(shí),這種正比例關(guān)系就不成立了。
正確答案當(dāng)電壓增大時(shí),燈絲溫度升高,其電阻增大。由R=可知,電壓表與電流表示數(shù)的比值就是電阻,所以電壓表與電流表示數(shù)的比值將增大。
易錯(cuò)點(diǎn)六:不關(guān)注歐姆定律的適用范圍――純電阻電路
例有一臺(tái)標(biāo)有“220 V 1.1 kW”的電動(dòng)機(jī),線圈電阻為10 Ω,求它正常工作1 min放出的熱量。
典型錯(cuò)誤由歐姆定律可知,
I== A=22 A,
再由焦耳定律得:
Q=I2Rt=222×10×60 J=2.904×105 J。
錯(cuò)因分析歐姆定律只適用于純電阻電路。本題是含有電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路,求電流時(shí)不能使用I=。
火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭箭體的設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理:與一般的化學(xué)動(dòng)力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理基本相同,模型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也是利用自身攜帶的推進(jìn)劑在燃燒室燃燒,產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)饬鹘?jīng)噴管時(shí)不斷加速最后以極高速度從噴管出口面噴射出去,從而產(chǎn)生反方向的推力。所不同的是,模型火箭發(fā)射機(jī)增加了用以實(shí)現(xiàn)箭體安全回收的延時(shí)劑和開傘劑。
工作過程如下:
a。接通電源點(diǎn)燃點(diǎn)火頭,引燃推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?,推?dòng)模型火箭不斷上升。
b。推進(jìn)劑燃燒完畢后延時(shí)劑開始燃燒。
c。延時(shí)劑燃燒完畢,開傘劑開始工作,產(chǎn)生大量氣體,氣體膨脹,沖開火箭箭頭,將回收裝置連同頭錐推出箭體筒段,從而實(shí)現(xiàn)箭體分離。
火箭箭體的設(shè)計(jì)原理及示意圖:本火箭為影應(yīng)《模型火箭安全使用準(zhǔn)則》和保障飛行器的飛行不應(yīng)對(duì)人群造成較大的傷害,模型火箭只使用紙張、木材、塑料等輕質(zhì)非金屬材料制作。完全沒有使用金屬材料制作模型火箭的頭錐、尾翼或箭體筒段!因此火箭箭體,通體使用特殊紙材,質(zhì)量輕,強(qiáng)度高,不易損壞,不易燃易爆;其它部件如頭錐、尾翼則采用PP材質(zhì),以保證其飛行安全!
本火箭在設(shè)計(jì)時(shí),充分考慮到,火箭首到底空氣流的擾動(dòng),破壞其平衡狀態(tài)的情況下,自動(dòng)恢復(fù)到其原來平衡狀態(tài),特把CM(質(zhì)量中心)設(shè)定在CP(壓力中心)前,從而自動(dòng)修正航道,確保其穩(wěn)定飛行。
[TP12GW89。TIF,X,BP#]
火箭無線電遙控 該無線遙控電子起爆器電路由無線遙控發(fā)射電路和無線接收起爆電路兩部分組成。無線遙控發(fā)射電路由控制按鈕S1、電池GBI、無線編碼集成電路IC1、無線發(fā)射集成電路IC2、電阻器R1、發(fā)射天線A1和電容器U1、C2組成,如圖所示。 圖3是無線遙控發(fā)射電路。 圖4是無線接收起爆電在下落過程中,圓環(huán)受到安培力的方向向哪里。學(xué)生在分析這個(gè)問題時(shí)首先要用楞次定律、右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向,而后用左手定則判斷安培力的方向,由于這里不是直導(dǎo)體棒用左手定則時(shí)還得先在圓環(huán)上取一小段來分析,再合成。用常規(guī)方法判斷出安培力的方向要花費(fèi)很大的力氣。此時(shí)教師提出“來拒去留”這個(gè)二級(jí)結(jié)論,通過對(duì)比從而使學(xué)生產(chǎn)生深刻的印象。
2 WHAT――科學(xué)表述二級(jí)結(jié)論的內(nèi)容
二級(jí)結(jié)論不同于物理中常見的概念和規(guī)律,很多結(jié)論在課本、教師用書等資料中不會(huì)有統(tǒng)一的說法。由于缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的表述,教師一般會(huì)借用一些參考資料或自己歸納出二級(jí)結(jié)論的內(nèi)容。這個(gè)時(shí)候科學(xué)表述出二級(jí)結(jié)論就比較重要。如關(guān)于摩擦生熱的“Q=f?s相對(duì)”的表述,有人將它表述為:當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體上發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí),由于摩擦產(chǎn)生的熱量等于滑動(dòng)摩擦力做的功。表達(dá)式f?s相對(duì)雖然和功的表達(dá)式很相像,但很明顯不是功。功的定義式里面的s通常指相對(duì)于地面的位移,另外功有負(fù)值,而求熱量時(shí)是不會(huì)有負(fù)值出現(xiàn)的。所以這種表述是錯(cuò)誤的。還有人將它表述為:當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體上發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí),由于摩擦產(chǎn)生的熱量等于滑動(dòng)摩擦力乘以物體相對(duì)滑動(dòng)的位移。這里將s理解為位移就不是很準(zhǔn)確,我們知道這種模型中物體有往返運(yùn)動(dòng)也是可以的。如果物體相對(duì)于另一物體返回到原來位置,則此時(shí)相對(duì)位移為零。此時(shí)由表達(dá)式算出熱量為零。但是此過程中產(chǎn)生的熱量不可能為零??茖W(xué)的表述是:當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體上發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí),由于摩擦產(chǎn)生的熱量等于滑動(dòng)摩擦力乘以物體相對(duì)滑動(dòng)的路程。如果一開始二級(jí)結(jié)論表述就是有問題的,那么學(xué)生應(yīng)用二級(jí)結(jié)論時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。
3 WHEN――何時(shí)提出二級(jí)結(jié)論
教師需要在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候提出二級(jí)結(jié)論。平時(shí)教學(xué)過程中,有時(shí)為了趕教學(xué)進(jìn)度,有教師在某部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的一開始就給出一些二級(jí)結(jié)論,然后讓學(xué)生做題鞏固。這種方法看似短時(shí)間內(nèi)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī),其實(shí)不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。例如在學(xué)生學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律后,常常需要對(duì)動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行分析。有這樣一個(gè)常見的問題:
如圖2所示的電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r。開關(guān)S閉合后,電燈L1、L2均能發(fā)光?,F(xiàn)將滑動(dòng)變阻器R的滑片P稍向上移動(dòng),下列說法正確的是[TP12GW31。TIF,Y#]
A。電燈L1、L2均變亮
B。電燈L1變亮,L2變暗
C。電流表的示數(shù)變小
D。電流表的示數(shù)變大
本道題如果用二級(jí)結(jié)論“串反并同”來分析,則很快可以得出正確的結(jié)果。因此有教師主張講完閉合電路歐姆定律后就立即告訴學(xué)生“串反并同”這個(gè)二級(jí)結(jié)論。然而在學(xué)生剛學(xué)完閉合電路歐姆定律后,練習(xí)這道題的的目的更主要的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)串并聯(lián)電路的分析能力,加深對(duì)閉合電路歐姆定律的理解。學(xué)生過早地應(yīng)用二級(jí)結(jié)論來解題,會(huì)使學(xué)生失去練習(xí)的機(jī)會(huì),會(huì)削弱對(duì)閉合電路歐姆定律的理解。當(dāng)然不是說不可以用“串反并同”來解題,我們完全可等學(xué)生學(xué)完了這一章知識(shí),對(duì)閉合電路歐姆定律有著較深的理解后再提出。可見對(duì)于這類二級(jí)結(jié)論,教師需要選擇好合適的時(shí)機(jī)提出,不宜過早也不宜過遲。
4 WHERE――關(guān)注二級(jí)結(jié)論的使用條件[HJ1。55mm]
很多二級(jí)結(jié)論是在特定的物理情境中推導(dǎo)出來的,因此就有比較嚴(yán)格的適用范圍。學(xué)生在學(xué)級(jí)結(jié)論時(shí),教師一定要讓學(xué)生理解其適用范圍,否則解題就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。如下題:
美國(guó)《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站報(bào)道,美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn),一種具有獨(dú)特屬性的新型合金能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)化為電能。具體而言,只要略微提高溫度,這種合金就會(huì)變成強(qiáng)磁性合金,從而使環(huán)繞它的線圈中產(chǎn)生電流,其簡(jiǎn)化模型如圖3所示。A為圓柱形合金材料,B為線圈,套在圓柱形合金材料上,線圈的半徑大于合金材料的半徑?,F(xiàn)對(duì)A進(jìn)行加熱,則A。B中將產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流
B。B中將產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流
C。B線圈有收縮的趨勢(shì)
D。B線圈有擴(kuò)張的趨勢(shì)
加熱后線圈B中磁通量變大,學(xué)生如果此時(shí)沒有仔細(xì)思考,依然應(yīng)用二級(jí)結(jié)論“增縮減擴(kuò)”來解題就會(huì)選擇錯(cuò)誤的C選項(xiàng)。事實(shí)上由于磁感線是閉合曲線,當(dāng)線圈B收縮時(shí)線圈里的磁通量是變得更大,要阻礙磁通量的變化,線圈有擴(kuò)大的趨勢(shì)。所以本道題應(yīng)該選D。在這種條件下,應(yīng)用這個(gè)二級(jí)結(jié)論就出現(xiàn)了問題。為此在學(xué)生學(xué)習(xí)這類二級(jí)結(jié)論時(shí)教師就應(yīng)該限定其使用范圍,在哪里、在什么條件下才可以使用此類二級(jí)結(jié)論。
5 WHO――明確學(xué)生的主體地位
建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是學(xué)生自我建構(gòu)知識(shí)的過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)一般的概念規(guī)律時(shí),教師大都能注意到這點(diǎn)。在學(xué)級(jí)結(jié)論的過程中教師也應(yīng)明確學(xué)生的主體地位,重視學(xué)生的建構(gòu)過程。二級(jí)結(jié)論通常是由概念規(guī)律推導(dǎo)出或由一些物理問題在典型的物理情境中歸納推導(dǎo)出來。因此二級(jí)結(jié)論建立的過程也是學(xué)生對(duì)概念規(guī)律深化理解的過程,是能力得到提升的過程。例如在學(xué)習(xí)萬有引力定律時(shí),有這樣一個(gè)二級(jí)結(jié)論:行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí),軌道半徑越大,運(yùn)動(dòng)越慢。學(xué)生若要理解這個(gè)結(jié)論中“慢”字,就需要對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中線速度、角速度、周期、頻率等物理量,應(yīng)用萬有引力定律分別進(jìn)行分析,而后歸納出軌道半徑越大,運(yùn)動(dòng)越慢這個(gè)結(jié)論。這個(gè)過程需要學(xué)生自己建構(gòu),教師如果直接告訴結(jié)論,學(xué)生缺少了自我建構(gòu)的過程,能力無法得到提升,也是無法深刻理解這個(gè)結(jié)論的。
6 HOW MUCH――有多少二級(jí)結(jié)論
二級(jí)結(jié)論究竟有多少個(gè)?這個(gè)問題恐怕不容易回答。但教師在教學(xué)過程中一定要知道準(zhǔn)備在這學(xué)期或者這個(gè)單元中,讓學(xué)生學(xué)習(xí)多少個(gè)二級(jí)結(jié)論。哪些要詳細(xì)討論,哪些不宜提出。如關(guān)于功能關(guān)系有這樣一個(gè)二級(jí)結(jié)論:克服安培力做的功等于產(chǎn)生的電能。這個(gè)結(jié)論使用比較復(fù)雜,應(yīng)用時(shí)限制條件比較多,對(duì)于它的正確與否很多教師還在發(fā)表文章進(jìn)行討論。因此目前就不宜對(duì)全體學(xué)生提出。
所謂物理概念是對(duì)物理現(xiàn)象和過程的認(rèn)識(shí),是以精辟的思維形式表現(xiàn)知識(shí)的一種手段,是物理現(xiàn)象的特有屬性在人腦里的反映。這里講的物理概念特指無量度公式的物理概念(如:平動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)、慣性、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、電場(chǎng)、光的干涉、光的衍射、汽化、蒸發(fā)等)。
1.物理概念的教學(xué)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)
首先,理論體系的基礎(chǔ)都在物理概念,它們占據(jù)了物理教學(xué)的大半課時(shí)。
其次,物理基礎(chǔ)知識(shí)中的公式、原理、定律都是用概念作為引線,對(duì)有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)作有機(jī)串聯(lián),形成系統(tǒng)化的概念體系。
所以,要重視物理概念教學(xué)。學(xué)好、掌握并真正理解它們的含義有利于學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。
2.物理概念的教學(xué)方法
(1)對(duì)物理現(xiàn)象、過程獲得必要的感性認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中,要重視感性認(rèn)識(shí),為了在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析,教師必須從有關(guān)概念包含的大量事例中,精選那些包括主要類型的、本質(zhì)聯(lián)系明顯的典型事例進(jìn)行教學(xué),獲得感性認(rèn)識(shí)。
(2)在科學(xué)抽象中,突出本質(zhì),找出事物的屬性。在感性材料認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行分析、比較,找出它們的共同屬性,引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)得出概念。
(3)明確概念,靈活應(yīng)用。對(duì)感性材料進(jìn)行“科學(xué)的抽象”得出結(jié)論后,還要了解概念的外延,從概念出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生拓展,解決一些實(shí)際問題,加深對(duì)概念的理解和應(yīng)用。
二、物理定律的教學(xué)
物理定律是反映物理量之間的本質(zhì)聯(lián)系,因果關(guān)系與嚴(yán)格的數(shù)量依存關(guān)系;凡有關(guān)教材中的眾多公式,重要推論和原理都可以由它引導(dǎo)與推得。
1.物理定律的教學(xué)是物理教學(xué)的重點(diǎn)
首先,物理概念,物理量的學(xué)習(xí)只是一些支離破碎的物理知識(shí),從結(jié)構(gòu)體系上看,這些物理概念,物理量無主心骨,缺乏凝聚中心,所以只有以物理定律作組織的樞紐,物理教學(xué)才顯得有起有合、能散、能收、內(nèi)容豐富,形成一個(gè)完整的知識(shí)體系。
其次,學(xué)習(xí)的目的不是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí),而是為了應(yīng)用而學(xué)習(xí),物理定律就是物理概念,物理量的具體應(yīng)用。
此外,和物理量的教學(xué)一樣,物理定律的教學(xué)同樣能開發(fā)學(xué)習(xí)智力,培養(yǎng)學(xué)生思維能力,促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。
2.物理定律的教學(xué)方法
(1)引入新課。在備課中思考,怎樣循循善誘,巧妙而有效地向?qū)W生交代教學(xué)的目的,并轉(zhuǎn)化為學(xué)生學(xué)習(xí)目的,引入新課。
(2)重視實(shí)驗(yàn)。物理教學(xué)的特點(diǎn)在于突出物理實(shí)驗(yàn)。在物理定律的教學(xué)上又有特殊性,就是突出定量的演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn),且要做好、做準(zhǔn)。以提供學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的必要條件與學(xué)習(xí)環(huán)境。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,學(xué)會(huì)運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)方法來研究提出的新課題。
(3)弄清物理定律的物理意義與適用范圍。學(xué)生認(rèn)識(shí)物理定律后,首先要正面理解物理定律的語言表達(dá);其次,要弄清物理定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的真正含義,把和它相鄰的公式以及由它導(dǎo)出的公式從物理意義上劃清界限,以免混淆不清。例如,就歐姆定律來說,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式I=U/R要與電阻的量度公式R=U/I,電阻定律的表達(dá)式R=ρL/S和導(dǎo)出公式U=IR的含義都區(qū)別開來。此外,還要指明它的適用范圍。任何一個(gè)物理定律,都是在一定條件下,運(yùn)用物理的理想過程和理想實(shí)驗(yàn)的思想方法得到的。因此,每個(gè)定律都有它的適用范圍。例如,機(jī)械能守恒定律(適用于只有重力和彈力做功的條件下);庫(kù)侖定律(適用于真空中的點(diǎn)電荷)等。只有知道了它們的物理意義和適用范圍,才有利于學(xué)生掌握和應(yīng)用。
三、物理量的教學(xué)
物理概念建立量的觀念,有量度公式(長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間除外,它們是人為規(guī)定無量度公式的物理量)的物理概念叫物理量(如:加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電動(dòng)勢(shì)、頻率、功、發(fā)光強(qiáng)度、折射率等)。
1.物理量的教學(xué)是物理教學(xué)的關(guān)鍵
(1)物理量是聯(lián)系關(guān)聯(lián)的概念之間的關(guān)系,是物理概念與物理定律的橋梁,有承上啟下的作用。
(2)物理量教學(xué)可以開發(fā)學(xué)生智力與培養(yǎng)學(xué)生思維能力。心理學(xué)講:“人的思維活動(dòng)是憑借概念與詞匯開展的”。在物理教學(xué)中最要緊的是活躍學(xué)生頭腦里的物理思維活動(dòng),無論是物理思維或運(yùn)用物理思想方法進(jìn)行研究,都離不開明確的物理里。例如在教電學(xué)時(shí),只有學(xué)生理解電流強(qiáng)度、電阻、電壓三個(gè)物理量的基礎(chǔ)上,通過演示實(shí)驗(yàn),才能引導(dǎo)學(xué)生判斷這三個(gè)物理量的關(guān)系,導(dǎo)出歐姆定律。這樣教會(huì)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的物理科學(xué)方法,可以開發(fā)學(xué)生智力與培養(yǎng)學(xué)生思維能力。
(3)物理量教學(xué)在發(fā)展學(xué)生個(gè)性上有積極推動(dòng)作用。歷代物理學(xué)家的重大發(fā)現(xiàn),都是由他們高度發(fā)展的抽象思維能力與興趣、意志、信念等的智慧結(jié)晶。其中促使他們這種個(gè)性充分發(fā)展的因素,往往都是由于大量實(shí)驗(yàn)的物理現(xiàn)象中所形成的新的物理量作導(dǎo)航。例如牛頓的經(jīng)典力學(xué)就是以力、質(zhì)量、加速度等物理量為出發(fā)點(diǎn),導(dǎo)出牛頓運(yùn)動(dòng)定律的結(jié)果;法拉第就是由于電動(dòng)勢(shì),磁通量等物理量的提出而導(dǎo)致法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)。所以就充分發(fā)展學(xué)生個(gè)性看,要使學(xué)生明確物理量。
2.物理量的教學(xué)方法
(1)物理量的引入。講授物理量時(shí),首先要介紹建立物理量的過程,搞清為什么要引入該物理量。新的物理量的引入,不管采取什么方式,為了獲得最佳教學(xué)效果,所提出的問題必須滿足三個(gè)條件:一要反映學(xué)習(xí)這個(gè)物理量的客觀性與必要性;二要巧妙的把它的教學(xué)目的轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)目的;三要激起學(xué)生的求知欲。例如講加速度時(shí)可以這樣引入:“人走路、馬拉車、汽車跑、飛機(jī)飛,除了運(yùn)動(dòng)快慢程度不一樣,還有什么不同(速度改變的快慢不同)。不同物體、速度的改變快慢不同,盡管是同一物體(汽車),在不同時(shí)間(起動(dòng)、剎車)速度的改變快慢也不一樣,為了描述速度改變的快慢程度而引入加速度這一物理量”。定性的分析引出物理量后,還要定量的研究它的定義式。
(2)建立量的觀點(diǎn),導(dǎo)出量度公式。物理量定量的研究,需要由演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)測(cè)出精確的物理量值,運(yùn)用數(shù)學(xué)工具來研究它與有關(guān)物理量之間的嚴(yán)格數(shù)量依存關(guān)系,給物理量下定義。例如電場(chǎng)強(qiáng)度,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中某一固定點(diǎn)所受的電場(chǎng)力跟它本身電量的比值始終是一恒量,不同的點(diǎn),這一比值不同。
定義:電場(chǎng)中某點(diǎn)檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力跟它本身電量的比值叫該點(diǎn)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度、方向跟正電荷受力方向相同。(公式:E=F/q方向:跟正電荷受力方向相同,單位:牛頓/庫(kù)侖)
一、 物理教學(xué)中物理量與物理定律之間的關(guān)系
物理定律是反映物理量之間的本質(zhì)聯(lián)系,因果關(guān)系與嚴(yán)格的數(shù)量依存關(guān)系;凡有關(guān)教材中的眾多公式,重要推論和原理都可以由它引導(dǎo)與推得。物理概念建立量的觀念,有量度公式(長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間除外,它們是人為規(guī)定無量度公式的物理量)的物理概念叫物理量(如:加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電動(dòng)勢(shì)、頻率、功、發(fā)光強(qiáng)度、折射率等)。
物理量教學(xué)在發(fā)展學(xué)生個(gè)性上有積極推動(dòng)作用。歷代物理學(xué)家的重大發(fā)現(xiàn),都是由他們高度發(fā)展的抽象思維能力與興趣、意志、信念等的智慧結(jié)晶。其中促使他們這種個(gè)性充分發(fā)展的因素,往往都是由于大量實(shí)驗(yàn)的物理現(xiàn)象中所形成的新的物理量作導(dǎo)航。例如牛頓的經(jīng)典力學(xué)就是以力、質(zhì)量、加速度等物理量為出發(fā)點(diǎn),導(dǎo)出牛頓運(yùn)動(dòng)定律的結(jié)果;法拉第就是由于電動(dòng)勢(shì),磁通量等物理量的提出而導(dǎo)致法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)。所以就充分發(fā)展學(xué)生個(gè)性看,要明確認(rèn)識(shí)到物理量是師范物理教學(xué)的重要一環(huán)。此外,和物理量的教學(xué)一樣,物理定律的教學(xué)同樣能開發(fā)學(xué)習(xí)智力,培養(yǎng)學(xué)生物理思維能力,促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。
二、 物理定律的教學(xué)探究
1、引入新課。物理量的學(xué)習(xí)只是一些支離破碎的物理知識(shí),從結(jié)構(gòu)體系上看,這些物理概念,物理量無主心骨,缺乏凝聚中心,所以只有以物理定律作組織的樞紐,物理教學(xué)才顯得有起有合、能散能收、內(nèi)容豐富,形成一個(gè)完整的知識(shí)體系。在備課中思考,怎樣循循善誘,巧妙而有效地向?qū)W生交代教學(xué)的目的,并將物理定律的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生學(xué)習(xí)目的,引入新課。
2、重視實(shí)驗(yàn)。物理教學(xué)的特點(diǎn)在于突出物理實(shí)驗(yàn)。在物理定律的教學(xué)上又有特殊性,就是突出定律的演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn),且要做好、做準(zhǔn)。以提供學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的必要條件與學(xué)習(xí)環(huán)境。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,學(xué)會(huì)運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)方法來研究提出的新課題。
3、建立量的觀念、會(huì)用數(shù)學(xué)公式表示。做定量的演示實(shí)驗(yàn)時(shí),要提醒學(xué)生,哪個(gè)值不變,測(cè)哪兩個(gè)物理量之間變化的對(duì)應(yīng)值,作好實(shí)驗(yàn)記錄,將其中準(zhǔn)確的計(jì)算值列入設(shè)計(jì)好的表格中,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法,找出確切的數(shù)學(xué)表達(dá)式。一般以運(yùn)用比例與研究比值的數(shù)學(xué)工具較多。例如,當(dāng)m一定時(shí),a∝F;F一定時(shí),a∝1/m,a∝F/m改寫成等式a=KF/m(當(dāng)統(tǒng)一采用國(guó)際單位制時(shí),K=1)所以a=F/m或F=ma,這就是牛頓定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在教學(xué)中,應(yīng)該把這種運(yùn)用數(shù)學(xué)研究物理定律的方法交給學(xué)生,要求學(xué)生學(xué)會(huì)掌握。
4、弄清物理定律的物理意義與適用范圍。學(xué)生認(rèn)識(shí)物理定律后,首先要正面理解物理定律的語言表達(dá);其次,要弄清物理定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的真正含義,把和它相鄰的公式以及由它導(dǎo)出的公式從物理意義上劃清界限,以免混淆不清。例如,就歐姆定律來說,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式I=U/R要與電阻的量度公式R=U/I,電阻定律的表達(dá)式R=ρL/S和導(dǎo)出公式U=IR的含義都區(qū)別開來。此外,還要指明它的適用范圍。任何一個(gè)物理定律,都是在一定條件下,運(yùn)用物理的理想過程和理想實(shí)驗(yàn)的思想方法得到的,因此,每個(gè)定律都有它的適用范圍。例如:庫(kù)侖定律(適用于真空中的點(diǎn)電荷);機(jī)械能守恒定律(適用于只有重力和彈力做功的條件下)等。只有知道了它們的物理意義和適用范圍,才有利于學(xué)生掌握和應(yīng)用。
三、 物理量的教學(xué)方法探究
1、物理量的引入。講授物理量時(shí),首先要介紹建立物理量的過程,搞清為什么要引入該物理量。新的物理量的引入,不管采取什么方式,為了獲得最佳教學(xué)效果,所提出的問題必須滿足三個(gè)條件:一要反映學(xué)習(xí)這個(gè)物理量的客觀性與必要性;二要巧妙把它的教學(xué)目的轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)目的;三要激起學(xué)生的求知欲。例如講加速度時(shí)可以這樣引入:"人走路、馬拉車、汽車跑、飛機(jī)飛,除了運(yùn)動(dòng)快慢程度不一樣,還有什么不同(速度改變的快慢不同)。不同物體、速度的改變快慢不同,盡管是同一物體(汽車),在不同時(shí)間(起動(dòng)、剎車)速度的改變快慢也不一樣,為了描述速度改變的快慢程度而引入加速度這一物理量"。定性的分析引出物理量后,還要定量的研究它的定義式。
2、建立量的觀點(diǎn),導(dǎo)出量度公式。物理學(xué)中的物理量用數(shù)學(xué)形式表達(dá)成物理公式后,顯得特別簡(jiǎn)單、明確,便于運(yùn)用它來進(jìn)行分析、推理、論證。所以數(shù)學(xué)知識(shí)是研究物理問題的工具,用好數(shù)學(xué)對(duì)解決問題是很必要的,但是卻不可以單純從數(shù)學(xué)角度看待物理問題。例如,根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)定義式E=F/q,不能單純從數(shù)學(xué)角度看,認(rèn)為E跟分子成正比,跟分母成反比。類似的還有電容C=Q/U電勢(shì)φ=EP/q電阻R=U/I等。又如,加速度a1= - 8m/a1,a2=5m/a1,不能單純從數(shù)學(xué)角度判斷a1小于a2。對(duì)于物理量,要掌握它的物理意義,理解物理量定義的物理過程與真實(shí)的含義。例如電學(xué)中電動(dòng)勢(shì)的定義式:ε=W/q和電壓的表達(dá)式:U=W/q,數(shù)學(xué)符號(hào)相同,單位都是伏特,如果學(xué)生不理解它們的物理過程與物理含義,就會(huì)混淆不清,感到莫名其妙??傊?,物理量的學(xué)習(xí),不能死記、強(qiáng)背、硬套。要理解性記憶,實(shí)質(zhì)性掌握,靈活性應(yīng)用。