发布时间:2023-09-18 16:38:00
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇欧姆定律的一般形式,期待它们能激发您的灵感。
关键词:物理定律;教学方法;多种多样
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”。教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
(4)机械能守恒定律这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。(5)动量守恒定律历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以不过程物理量,使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
关键词:物理定律;教学方法;多种多样
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”。教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
(4)机械能守恒定律这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
(5)动量守恒定律历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以不过程物理量,使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
第一种,学生观看视频
这种教学法是教师将欧姆定律的探究过程在课前以边讲边操作的方式制作成录像,然后在上课时直接播放给学生看.教师在上课时不需要做任何讲解,一直等到实验数据分析、归纳得出欧姆定律以后再进行课堂训练,以帮助学生理解欧姆定律的意义,学会用欧姆定律进行简单的计算.
第二种,学生浏览课件
这种方法是教师将教学内容制作成幻灯片,如实验题目、实验方法、实验电路图、电路连接注意点、用实物连接电路、通过滑动变阻器的调节对电压与电阻进行控制、实验数据表格及数据阅读分析、欧姆定律的文字描述、公式、单位等等.在课堂上,教师边讲解边放幻灯片,学生则合着老师的讲解进行观察、思考、分析、归纳与记忆.在欧姆定律得出以后,同样进行课堂训练,以巩固知识,加深理解.
第三种,学生实验探究
这种方法是教师上课时先通过演示实验启发学生发现问题、提出猜想与假设,然后再引导学生思考实验研究方法,帮助学生讨论、设计与制订实验计划、分组进行实验探究,记录、分析、归纳实验结论,再在此基础上对实验误差进行评估与交流等等.具体过程如下:
第一步,教师在演示电路板上用导线将干电池组、开关、小灯泡连接成一简单的电路,闭合开关小灯泡发光后,启发学生思考讨论,要想改变小灯泡的亮度可怎么做?有几种方法?当学生讨论回答出改变电池节数和用滑动变阻器串联移动滑片两种方法时,再引导学生明确灯泡亮度的变化是由于灯泡电压的变化使得通过灯泡的电流发生了变化,从而启发学生提出通过灯泡的电流与电压有关的猜想与假设.
第二步,移去变阻器,在上述简单电路中并联接入另一只不同规格的灯泡,闭合开关,引导学生观察两灯泡亮度的不同,思考讨论灯泡并联电压相同,两灯泡电阻的不同使得通过灯泡的电流不同,从而引起灯泡亮度不同,在此基础上启发学生提出通过灯泡的电流与电阻有关的猜想与假设.
第三步,当学生得出电流与电压和电阻有关的猜想后,教师引导学生讨论实验探究方法、规划实验方案、设计实验电路图、画出实验记录表格.
第四步,分组进行探究与实验、记录实验数据、分析讨论与归纳实验结论,引导学生在坐标纸上将研究电流与电压关系的实验数据用描点的方法作图,验证电流与电压的正比关系.
第五步,在实验结论得出后,介绍欧姆定律及其公式表达形式,讨论各物理量单位的使用,对各小组实验进行评估,分析误差和错误产生的原因.
第六步,讨论欧姆定律变换公式及其物理意义,利用欧姆定律及变换公式进行简单的计算.
以上三种教学方案中,第一种方案是老师在课前要进行实验操作录像并作配音讲解;第二种方案是老师只要从网上下载课件并稍作修改即可;第三种方案是老师在课前要准备演示及分组实验器材.第一种和第二种教学方案中,学生在课堂上主要是在老师放录像和课件时认真地听讲、观察、思考和记忆,这是一种接受式学习方式.而第三种教学方案中,学生在老师的引导下自主发现并提出问题、进行猜想与假设,自行制订实验规划、设计实验电路图,小组合作实验探究,师生共同讨论、归纳建构物理知识,这是一种以生为本的体验式的学习方式.前两种与后一种在落实课程目标和促进学生发展等方面有着明显的差别.我们可以从《欧姆定律》这节课的教学目标进行分析:
教育部2011年新版义务教育物理课程标准将欧姆定律的实验探究由原来的教师演示实验改成了学生必做的实验.根据新课标,《欧姆定律》一课的教学目标大致有以下几个方面:
1.知识与技能目标:
(1)理解欧姆定律及其变换公式的物理意义,能初步运用欧姆定律计算有关问题.
(2)学会同时使用电流表和电压表测量一段导体两端的电压和其中的电流.
(3) 进一步体会用图像法研究物理问题的优越性.
2.过程与方法目标
(1)通过实验探究电流、电压、电阻的关系,会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压.
(2) 提高学生依据实验事实,分析、探索、归纳问题的能力,知道通过实验总结物理规律的研究方法.
3. 情感态度与价值观目标
介绍欧姆的故事,增进学生热爱科学、追求科学、献身科学的学习热情.重视学生对物理规律的客观性、普遍性和科学性的认识,注意学生科学世界观的形成.
教师如果采用前两种多媒体教学方案替代第三种学生实验探究教学方案,就会改变多媒体教学辅地位,违背教学规律,弱化教学效果.
首先,不恰当地使用多媒体教学手段,会抑制学生的学习兴趣,难以调动学生主体的积极性,从而影响教学效果.
夸美纽斯说过:“兴趣是创造一个乐观与光明的教学环境的主要途径之一.”兴趣作为诱发学生学习动机的重要因素,在物理教学中主要是靠教师引导学生观察物理现象、动手做各种实验来激发学生学习兴趣的.虽然第一、第二种教学方案中的光、声、像等信息作用于学生感官,以直觉形象也能激发学生浓厚的学习兴趣,但由于是人为的录制、合成的,学生没有身临其境、亲自动手,就很难体会到电压、电阻对电流的影响.即使通过多媒体教学展示了实验过程,一部分学生会认为这是由老师设计制作好的,缺乏可信性.因此,当老师向学生介绍欧姆的故事时,学生就难以体会到科学家探索知识的艰苦与辛劳、成功与快乐,学生的科学世界观就难以形成.
我们都有这样的体会:电脑电视上歌舞银屏再精彩,也还抵不住到剧院看现场演出,哪怕是一般的演出也会让人感到很兴奋.这是什么原因?这就是人们普遍具有的一种强烈的“参与”意识.卡拉OK的流行不就是人们这种参与意识的外在体现吗?因此用录像投影来代替做实验,往往会抑制学生具有的人类天性――“参与”意识,甚至会让学生对科学知识的形成产生怀疑,学习兴趣就此会大打折扣,主体的积极性很难被调动起来,从而影响教学效果.
其次,不恰当地运用多媒体教学手段取代相关的实验,会违背学生的认知规律.
物理学家牛顿认为:“科学研究离不开实验,应在实验的基础上,运用归纳的方法总结规律,进而建立起理论.”这也是哲学中由实践到理论、由感性认识到理性认识过渡的普遍规律.现行中学物理教材也正是遵循这一规律而编写的.然而在教学中,如果违背学生的认知规律,不恰当地用多媒体教学手段去取代实验,必然会导致事与愿违的结果.实践证明:实验是学生认识过程的起点,通过实验有助于学生将感性认识上升到理性认识的高度,同时还可以使学生在反复的实践中加深对所学知识的理解.第一、第二种教学方案虽然通过多媒体教学方式也能反映实验过程,但这个过程不是学生自己动手做的,缺乏实践体验,因此就没有感性认识,电流与电压、电阻之间关系的结论就不能由学生自主建构.
再次,以多媒体教学手段取代物理实验,会影响学生实验技能和各种能力的发展,不利于学生学习情感、态度、价值观的培养.
一、基础知识综述
1.探究电流与电压、电阻的关系
探究电流与电压、电阻的关系时,我们采用控制变量法。一般的结论是:(1)当导体的电阻不变时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比;(2)当导体两端电压恒定不变时,导体中的电流跟导体的电阻成反比。有时,我们也采用“图像法”通过描点、画图,分析导体的U-I图像、I-R图像得出上述结论。
2.欧姆定律
(1)内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
(2)表达式I=■。公式中符号U表示导体两端的电压,单位是伏(V);I表示导体中的电流,单位是安(A);R表示导体的电阻,单位是欧(Ω)。该公式的两个变形式:U=IR和R=■。
3.电阻的串联和并联
(1)串联电路的总电阻等于各串联电阻之和,以两个电阻为例可用公式表示为:R=R1+R2;串联电路的总电阻比其中任何一个都大,因为电阻串联后相当于增加了导体的长度。若n个相等的电阻串联,则有R串=nR。
(2)并联电路总电阻的倒数等于各并联电阻倒数的和,以两个电阻为例可用公式表示为:■=■+■;并联电路的总电阻比其中任何一个都小,因为并联后相当于增加了导体的横截面积。若n个相等的电阻并联,则有R并=R/n。
4.伏安法测量小灯泡电阻
(1)方法:用电压表和电流表间接测量。
(2)原理:欧姆定律的变形公式R=■。
(3)实验用的电路图如图1所示,电路中滑动变阻器的作用一是改变小灯泡两端的电压,另一个是保护电路。
(4)实验过程中的注意事项:a.连接电路时,开关应断开,滑动变阻器滑片调到阻值最大位置,以保护电路元件的安全。b.闭合开关后,移动滑片,使电压表示数等于小灯泡的正常工作电压,从该电压开始逐次降低,获得几组数据。c.利用公式R=■分别算出不同电压下小灯泡灯丝的阻值,测得的结果不能求平均值,灯泡的电阻随温度的升高而增大。
5.欧姆定律和安全用电
(1)断路:在某处断开的电路。此状态下电路中没有电流,用电器也无法工作。
(2)短路:电路中不该相连的两点被直接用导线连在一起的现象,叫做短路。一种是电源短路,它是电源两极直接用导线相连,此时电路中电流非常大,电源会被烧坏,所以这种情况是绝对不允许的;另一种是用电器短路,它是用电器两端直接用导线相连,被短路的用电器中没有电流经过。
(3)安全用电:a.人体是导体,电压越高时,流过人体的电流越大,越危险,实验证明只有不高于36V的电压对人体才是安全的。b.雷电是大气中一种剧烈的放电现象,雨天不能在大树下躲雨,人们通过在建筑物顶部安装避雷针的方法防止雷电。
二、典例分析
例 (2012菏泽)实验室内所用导线很短,导线的电阻忽略不计。但长距离输电需要两条输电线,输电线的电阻则不能忽略不计。当输电线某处发生短路时,整个输电线路的电阻会发生改变。已知每米输电线的电阻是0.01Ω。(1)请你利用学过的电学知识,在如图2所示的虚线框内为检修人员设计一个检修电路(器材和仪表任选),可以根据仪表的示数进行有关的计算,以确定输电线短路的位置,便于检修人员迅速赶往短路所在位置排除故障。(2)计算“短路点与测量点之间的距离”的表达式为:L=_______。
一、电磁学教材的整体结构
电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用。其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等。为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此,应从以下三个方面来认真分析教材。
1. 电磁学的两种研究方式。
整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行,这两种方式均在高中教材里体现出来。只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力。
场的方法是研究电磁学的一般方法。场是物质,是物质的相互作用的特殊方式。中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电场、恒定电场、恒定磁场、静磁场、电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括中学物理电学部分的各章内容。
2. 物理知识规律。
物理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律,以及它们的相互联系。
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的。但是,物理定律并不是绝对准确的,在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性,因此其适用范围有一定的局限性。
“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系。
电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体。
3.通过电磁场在各方面表现的物质属性,使学生建立“世界是物质的”的观点。
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用。运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种场——磁场。磁体的周围也存在着磁场。磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。现在,科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形态。
二、以“学科体系的系统性”贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体
1. 场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。电场强度、电势、磁场磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念。电场线,磁感线是形象地描述场分布的一种手段。要进行比较,找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解。
2. 电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别。
3. 认真做好演示实验和学生实验,使抽象的概念形象化,通过演示实验是非常重要的措施。把各种实验做好,不仅使学生易于接受知识和掌握知识,也是基本技能的培养和训练。安排学生自己动手做实验,加强对实验现象的分析,引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力。从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看,应着力培养学生的独立实验能力和自学能力,使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上。
1 教材中两点值得商榷的地方
在过去的教学过程中,按照教材提供的素材和呈现知识的顺序进行施教.在实际教学中,学生就会出现以下的现象:(1)容易混淆电功和电热这两个物理概念.因为教材中,就是从电功公式推导出焦耳定律.很容易让学生认为求电热就用电功来计算,再遇到非纯电阻电路不能清晰的区分开,要费力抹掉前面的那些“深刻印象”,重新认识问题,这样的反复往往使学生感到比掌握新知识还要困难.(2)闭合电路欧姆定律各公式的适用范围含糊不清.根据教材的设计,从纯电阻电路推导出了公式I=ER+r或E=IR+Ir,再把公式推导成E=U外+U内.这种从特殊到一般的推导顺序违背了学生的认知规律,学生不能理解E=U外+U内适用于一切电路.
2 适当调整教材中概念和规律的设计
在施教恒定电流的过程中,以电动势、电功两个概念和焦耳定律为基础,贯彻能量转化与守恒定律思想的讲授顺序,学生反映知识的系统是清晰的,掌握起来比较方便.
这样的教学设计一方面从理论分析的角度使学生对概念和规律有了更深刻的理解;另一方面使学生体会到,许多概念和规律都靠逻辑关系联系着,物理学是一个自洽的体系.
2.1 电动势概念的建立
从非静电力做功的角度引入电动势的概念,教学设计上要有层次,努力使学生经历一个理性的、逻辑的科学思维过程,并将其思维上的台阶搭建合理.
设计的几个台阶:①电源能维持电荷逆势而上,一定存在着“非静电力”;②非静电力一定要克服静电力做功,静电力做负功,所以电能在增加.从能量转化的角度看,电源是把其他形式能转化为电能的装置,非静电力做功的物理意义就是量度了产生多少电能.③把相同的正电荷从负极经电源内部移到正极,非静电力在不同的电源中做功不一样,即不同的电源非静电力做功的本领是不同的,引入电动势来表达电源的这种特性.
可以看出,以这样方法引入电动势,的确要比直接给出一个名词费些时间,但这是值得,因为这里体现了物理学的基本思想之一,通过做功研究能量变化的思想,用比值定义物理量的思想.不仅如此,这样的学习还有助于建立闭合电路中电荷运动的图景.
2.2 焦耳定律的教学
教材中,根据功和能的关系,从电能的转化引入电功的概念,然后根据静电力做功知识和电流与电荷量的关系得到了电功的公式W=UIt.此处要强调电功的物理意义,功是能量转化的量度,电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,即电功量度了电路中电能的减少,这是电路中能量转化与守恒的关键.
焦耳定律的教学,我们要归还焦耳定律的本来面貌,以物理学史的方式进行教学,更科学更合理.学生知道焦耳定律是一条实验规律,电流的热效应Q=I2Rt,反映了电流流经电阻就产生Q=I2Rt电热.通过电动机电路,讨论消耗的电能与产生电热的关系,这样学生对电功和电热的关系就一目了然.
2.3 闭合电路欧姆定律的教学
教材的基本思路:电源所产生的电能即非静电力做功等于内外电路产生的电热.即
EIt=I2Rt+I2rt,
可推导出
E=IR+Ir
或
I=ER+r,
1.遵循新课程理念,用好教材,教学流程设计突出过程与方法。
下面是我在处理电动势这个教学难点的具体做法:
师问:电源的作用是什么?(假定自由电荷为正电荷)
生答:电源是把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极。
师问:把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极过程中自由电荷受几个力作用?与电荷运动方向关系?
生答:受两个力。静电力的方向与正电荷的运动方向相反,另一个力与运动方向相同。
分析总结:正、负极堆积着正、负电荷,所以电源内部存在着有正极指向负极的静电场,正电荷在电源内部受到的这个静电力的方向与正电荷的运动方向相反,静电力充当阻力。要把电荷从负极搬运到正极就还要受克服静电场对电荷的作用力。这个力由电源提供叫做非静电力,方向与静电力相反。
师问:这两个力对电荷做功吗?电荷的能量变吗?
生答:静电力做负功,非静电力做正功。电荷的电势能增加。
分析总结:从能量转化的角度看,电源是把其它形式的能转化为电能的装置,通过非静电力做功,让电势能增加。即使是把相同的电荷量从负极移到正极,非静电力在不同的电源中做功也不一样,就像把相同的重物从一楼搬上二楼,如果楼层的层高不一样,人力做功就不一样。非静电力对电荷做的功与电荷的比值有特殊意义(相当于楼层的层高),定义为电动势。电动势是电源的一种特性,其大小与非静电力的性质有关,与W和q是无关的。
通过这样的教学过程,学生能建立闭合电路中电荷运动的图景,在分析讨论中感受到比值定义物理量的思想和做功研究能量变化的思想,这些对学好物理,提高解题能力有根本性的帮助。
2.注意学生自主学习能力的培养。
“高中物理新课程标准明确提出,要加强学生自主学习能力的培养,注重发展好奇心与求知欲,培养科学态度和科学精神”。[1]我在本章教学时安排两次自主学习的内容,一次是电阻定律的推导,另一次就是闭合电路的欧姆定律。下面是我在教第七节“闭合电路的欧姆定律”时安排的一节自学的情况:
我提出了如下几个思考题:
(1)闭合电路欧姆定律的推导过程?
(2)定律的文字叙述、公式及单位?
(3)公式中各项意义及各部分之间的关系?
(4)闭合电路欧姆定律与部分电路欧姆定律的区别?
我要求学生完成自学笔记。绝大多数学生在30分钟内完成。我再要求学生做3道浅显的选择题,学生一般5分钟可完成。接下来我组织学生交流讨论自习内容和体会。当然,自学从容量、深度等方面和正常一节课教学是有一定的差距,教师在学生自学的基础上还需安排一定的时间对本节内容进行适当拓展加深,这对学生自学意识、自学方法和能力培养是有意义的。
3.加强学生实验情况的研究、提高实验教学效益。
本章的实验非常重要,是高考重点,仔细分析一下这部分实验,有些实验对学生的实验能力要求比较高,学生在做的过程中感到很难。按惯例,许多学校都是一课时完成一个实验,结果大部分实验效果都不好,我们通常都认为完全是学生不认真造成的,其实不完全是这样。有一次我听了几节“电阻定律”实验探究课,那是全市青年教师课堂教学大赛,即使重点中学的学生,在教师十几分钟的讲解提示以后,能在二十多分钟做完实验、拿出较好数据的也只有两三组,而且几节课的情况大致相同,再结合高三学生实验复习暴露出来的情况,我对本章一些实验的教学作了一些调整。
比如在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验前,我专门增加了一节有关分压电源内容的教学,希望学生能对分压电源电路的结构、特点,以及与以前串联限流电路的区别有一个清楚的认识。实验除了正常实验要求,我还特别强调两点:(1)每位学生至少亲手连一遍电路;(2)电路连结分两步,先连分压电源再连测量部分,注意分压电源正负极。虽然我作了调整,但还有近一半的学生感到有困难。我们以前认为分压电电源电路不怎么难,其实对初学者来说还是很难,根据学生实验过程反映和暴露出的问题,主要表现在学生对分压电源电路工作原理的理解,实验电路结构复杂程度和受以前串联限流电路干扰等方面。因此,我们在实验教学过程中,应认真分析、研究学生的实际学习状况,及时调整教学进度和教学内容,耐心帮助学生解决实验中遇到的困难,而不是一味责怪学生。
本章还一个重要的实验是第九节“实验测定电池的电动势和内阻”分组实验,暴露出最大的问题是图像法处理数据,为此,我花了一节课专门针对该实验的数据进行处理。
4.重视“科学・技术・社会”观念渗透教育,加强对学生情感态度价值观的培养。
《普通高中物理新课程标准》强调让学生“了解体会物理学对经济、社会发展的贡献。关注并思考与物理学相关的热点问题,有可持续发展的意识,能在力所能及的范围内,为社会可持续发展做出贡献”。[2]本章教材中与社会、生活、科技相关的有电池问题、电阻问题、集成电路问题、照明电问题。我们在教学中应予以重视。
我将班级分成若干小组,对市场上可充电电池进行调查,调查哪些种类电池对环境污染较大,哪些则相对较小?各小组根据自己的调查,写出了调查报告。经过评比,我选出其中较好的三份报告在全班进行交流。学生的热情还是比较高的。通过交流,学生对于电池对环境可能造成的污染和对人类可能造成的伤害有了清晰的认识,并且了解了一些关于如何处理废旧电池的正确方法,不仅知道了科学技术造福人类,而且了解科技的发展带来的一些社会问题。学生由此明白,我们应站在更高的层面认识“科学・技术・社会”,养成环境保护、可持续发展的意识,身体力行,从每件小事做起。
关键词: 《电工基础》渗透习题意识
在《电工基础》教学中渗透“习题意识”,是指根据教学大纲的要求,按知识的系统性、规律性,有目的、有意识地结合教材内容,适当编制习题让学生去解答,克服做题的盲目性、随意性,使教学趋向量化和定向化。同时,在《电工基础》教学中渗透“习题意识”,也能有效增强学生的主动性,激发学生学习兴趣。
笔者多年来一直担任计算机对口单招班《电工基础》课程教学和高三复习教学任务,在教学过程中经过总结和提炼,认为在《电工基础》课程中渗透“习题意识”应切实从下列三个方面去做。
一、讲清基本概念和基本定律的同时,注意渗透“习题意识”
对于基本概念,一般都应使学生理解它的含义,了解概念之间的区别和联系。如在讲授“电压和电位”的概念时,教师要引导学生理解两者之间的关系,理解电压的“绝对性”,即电路中两点之间的电压与所选择的参考点无关;理解电位的“相对性”,即电路中某点的电位取决于所选择的参考点,参考点改变,该点的电位也随之改变。在讲清这些概念的同时,教师应及时设计一些习题让学生思考,以加深对知识的理解。例如,讨论某电路中A、B两点之间的电压(分别选择A点和B点作为参考点),验证A、B两点之间电压的“绝对性”;讨论该电路中A、B两点的电位(分别选择A点和B点作为参考点),验证A、B两点电位的“相对性”。
对于基本定律,在讲解时教师应注意通过实例、实验和分析推理过程引出,应使学生掌握基本定律的表达式(包括文字表达和数字表达式)和适用范围。如在讲授“部分电路欧姆定律”时,笔者要求学生理解该定律的文字表达:“通过电阻的电流与加在它两端的电压成正比”;掌握该定律的数学表达式I=U/R。在理解和运用该定律时学生要注意以下几点:①R、U、I必须属于同一段电路;②不可把三个量间的因果关系与数量上的联系混为一谈:从电流形成条件的角度来分析,导体两端存在的电压是因,而导体中形成电流是果。欧姆定律揭示了由导体两端电压决定导体中电流的规律性。U、I之间的这种联系是因果关系。在运用欧姆定律来解决具体问题时,已知三个量中的任意两个量,即可求出第三个量。这仅仅是利用了三个量之间数量上的联系。③运用欧姆定律计算电阻时,即R=U/I。这仅仅意味着利用加在电阻两端的电压和流过电阻的电流来量度电阻的大小,而绝不意味着电阻是由电压和电流的大小决定。无论加在电阻R两端的电压取何值,电压U和相应的电流I的比值总是不变的。这时,教师可以通过设计一些判断题和选择题,通过习题来巩固该定律,辨析相关的表述。
因此,教师在传授电工基础知识时,要探索处理问题的方法,理清研究的思路,注意培养学生的分析能力、推理能力和想象能力。在这一环节中,教师应按知识重点、学生的知识水平及知识的“转化”规律,编选一些有利于巩固知识、掌握知识的基本练习题。这些习题,尽可能包括计算题、问答题(所学知识定向说明和解释电现象的题目)、选择题(目的性较强的题目)、证明题、思考讨论题和引申题等。
二、选好习题,上好习题课,通过例题渗透“习题意识”
题目的选择直接影响习题课的质量。教师必须精心选题,习题的选编要有利于学生加深对概念和知识的理解,以及对解题方法的掌握,通过例题的讲解和作业题的练习,达到明确概念、掌握方法、启迪思维、培养能力的目的。因此,在选择电工基础习题时,教师要注意目的性、典型性、延伸性、针对性和综合性。习题教学是将知识转化成能力的过程,在习题教学中教师应尽可能采用“多变、多析、多问、多解”的导向法。“多变”就是对一道题改变叙述方式、增减或隐蔽条件,增设“干扰量”或“比较量”,进行纵变、横变、纵横变,让学生在分析、比较和判断中拓宽思路。“多析”,就是让学生对一道题从不同角度入手进行分析,培养学生的逻辑思维能力。“多问”,就是对一道题从不同角度提问,使原题“开花”形成程序题,这样做既可以拓宽思路,又可以使学生把知识学活。“多解”,就是对同一题从不同角度启发、诱导,让学生用多种方法去解答。这样做不但可以发展学生思维,而且可以让学生沟通新旧知识的联系。可见,在习题教学中通过“四多”导向有助于激发学生求知欲望,发展学生的创造性思维。同时,教师应通过讲例题渗透“习题意识”,让学生注重习题的变通性,强化对问题的多维思考,以便充分发挥例题的示范、开发、导向等功能。
三、搞好复习,以“考”代“练”,强化“习题意识”
复习是电工基础教学中不可缺少的环节,复习的本身就渗透着提高。复习的重点应放在系统地掌握教材内容的内在联系上,掌握分析问题的方法和解决问题的方法上。教师努力从如下三方面去做,才能实现复习所要达到的目标。
1.在概念和规律的复习中,教师要向学生介绍知识结构,注重挖掘知识的内在联系,搞清知识的来龙去脉,务必使学生把所学知识系统化、条理化、立体化。
2.教师应结合各知识点编选习题,对典型题深入剖解,解题强调“四多”,即“多变、多析、多问、多解”,使学生通过解典型题,达到触类旁通的学习效果。
3.教师要搞好训练,精选题目,以“考”代“练”,单元过关。“练”是关键,“考”是手段。为此,教师要注重理解能力的考查,进行鉴定性测试、形式性测试和总结性测试,在形成性测试后,及时进行反馈、矫正、补缺、提高。同时,教师要瞄准对口高考试题的题型和考查方向,强化规定时间内的仿真适应性做题训练,从而提高学生做题效率,强化“习题意识”。
从上述几个方面可见,在电工基础教学中巧妙渗透“习题意识”是符合教学规律的,它与搞“题海战术”截然不同。渗透“习题意识”跟传授知识和培养能力是有机的结合,它贯穿在教学的全过程中。这个过程是一个以“用”促“学”,学用结合的过程。在教学过程中巧妙设计习题(或题组),能给学生提供一个运用所学知识解决实际问题的“实习”场所,有效地调动和发挥学生的主观能动性,提高“转化”效率。值得注意的是不能以习题代课本,因为习题在很大程度上只能体现知识的点,体现不了知识的面,但习题有导向作用,所以教师对习题的选编要紧紧围绕掌握知识、发展智能这两个基本点,使习题有实际意义。
参考文献:
1.通过建立理想化模型,培养学生的想象能力。例如:在教学“质点”这一概念时,我们可以首先通过研究物体的运动,使学生认识到:由于物体都有形状和大小,要确定运动中的物体的位置及其变化,并非是一件容易的事情,从而给予学生一个明确的非建立一个物理模型不可的印象。然后,再从众多的事例分析中,让学生发现,在某些情况下由于物体的大小和形状对我们所研究的现象产生的影响较小,可以忽略不计,以致能把它看做是一个无大小、无形状的点,即质点。经过这样的教学,不仅使学生掌握了“质点”这个概念。而且使学生学会了认识自然规律的最基本的方法,还培养了学生科学的想象能力。纵览整个中学物理教材。不难发现可以采用这种方法进行教学的概念还有:刚体、理想流体、理想气体、点电荷、电力线、光线等等。
2.通过物理公式的导出过程培养学生的想象能力。物理学是一门从科学实验中发展起来的自然科学,它的每一个规律的建立都是以实验为依据的,所以,我们在通过物理公式的导出过程中培养学生的想象能力的教学中,务必要注意两个问题:其一,在由实验得出必要的具体数据之后,要引导学生对这些数值进行认真细致地分析、研究,总结出它们的数值间的关系(这些关系一般反映了某一物理规律的某一个侧面);其二,引导学生通过科学的想象,把上述各个方面的关系按其内部联系综合出一个完整的、正确的物理规律(通常用数学语言加以描述),例如:在推导“欧姆定律”的过程中,我们在认真测得一些数据之后,应提出如下几个问题:①电阻不变时,电流强度与电压的关系是怎样的?②电压不变时,电流强度与电阻的关系是怎样的?③分析每一次测出的3个数据能得出什么样的关系是怎样的?④怎样用字母符号表示这一关系?经过对上述四个问题的解答。学生一般能独立地推导出欧姆定律的数学表达方式I=U/R。
3.通过对相关或相似的物理问题、物理概念、物理规律之间的比较。培养学生的想象能力和辩证思维能力,在教学中把规律性相同或相似的物理问题、物理概念、物理规律,运用类比的方法进行讲解,既可消除学生中所存在的一些错误和模糊认识,又可以使学生通过联想、比较,产生由此及彼、举一反三、触类旁通的效果。从而也能培养学生的想象能力,此外还有利于学生们的记忆。教学中我们发现,常用的归类比较的做法主要应用在以下三个方面:
(1)对相关的物理问题进行比较。例如:交直流发电机(电动机)在机构原理上的比较;液体内部压强的大小求法与计算物体重力势能的比较;物体质量的计算与物体浸入在某液体时所受浮力大小计算的比较;幻灯机成像调节(或照相机成像调节)与放大镜成像调节的比较;柴油机工作原理与汽油机工作原理的比较,等等。
(2)把表达形式相似而本质不同的概念进行比较。例如:质量与重量;密度与比重,力矩定义式与功的定义式;动量与功率,电源电压与路端电压:电势与电势差;静电场与引力场,电势能与重力势能;质点与点电荷;电力线与磁力线;电压与水压等的比较。
(3)把表达形式或规律相似而本质不同的物理定律、公式进行比较;右手定则与左手定则的比较;动能(动量)定理与机械能(动量)守恒定律的比较;动量守恒定律与机械能守恒定律的比较,等等。
1、人体是导体,阻值一般不变化,由I=U/R。可知,电压越高,产生的电流越大,所以越危险。
2、安全电压:不高于36V(经验表明)
3、(1)手湿后人体电阻减少,由I=U/R可知,电流变大。
(2)水是导体,又会流动,易使人体与电源相连。
4、注意防雷:(1)雷电的特性、数据。(2)避雷针
二、中考关注
电路计算是初中物理的重点知识,它已成为历年来中考的必考内容。主要考点有:①记住欧姆定律的内容、表达式,并能熟练运用欧姆定律分析解决简单的电路问题;②知道串并联电路中电流、电压、电阻的关系,并会运用这些知识分析解决简单的串、并联问题;③知道电功、电功率的公式,并会求解简单的问题;④知道额定电压、额定功率、实际功率以及它们之间的关系;⑤记住焦耳定律公式并能用焦耳定律进行求解通电导体发热问题。
1、简单串并联问题
解决串、并联电路的问题,首先要判断电路的连接方式,搞清串并联电路中电流、电压、电阻的关系,结合欧姆定律和其它电学规律加以解决。
例1、(2004上海)如图1所示的电路中,电阻R1的阻值为10。闭合电键S,电流表A1的示数为0.3A,电流表A的示数为0.5A.求(1)通过电阻R2的电流.(2)电源电压.(3)电阻R2的阻值。
2、生活用电问题
家庭电路与我们的生活密切相关,家用电器在家庭里越来越多,有关生活用电问题的计算自然成为中考的热点。
例2、(2004佛山)在家用电器中,有许多电器的电功率是不同的下表列出了小明家的部分家用电器懂得电功率。
家用电器的额定电功率
*
小明在开着空调的房间里使用电子计算机,而且电热水壶在烧开水,如果家里只有这几种电器(各一件)在正常工作,在这种情况下,请计算:
(1)电路的总功率和总电流各是多少?
(2)如果平均每天使用3h,一个月(按30天计算)用电多少千瓦时?
3、变化电路问题
由于开关的通断、滑动变阻器滑片的移动改变了电路的结构,电路中的电流、电压值会发生变化,称之为变化电路问题。解决变化电路问题的关键是把动态电路变成静态电路,即画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
例3(2004沈阳)如图5所示,电源电压保持不变,灯L1和L2上分别标有“6V3W”和“6V6W”字样,灯L3上标有“12V”,其它字迹模糊不清。当断开S1,闭合S、S2时,其中一盏灯能长时间保持正常发光;当断开S2,闭合S、S1时,电流表的示数为0.3A。求电源电压和灯L3的额定功率。
4、开放性问题
题目条件不确定,求解问题不指明,解答方法不惟一,答案形式多样化的题型,称之为“开放题”。解答开放性问题,要对题目所给的条件、过程、结论,进行全面的分析。对于自行补充条件的开放题,补充的条件要适当,使问题得以简单解决。
例4、(2004江西)如图12所示,R1为12的定值电阻,电源电压为9V,开关闭合后电流表示数为0.5A,通电5min.请你根据这些条件,求出与电阻R2有关的四个电学物理量
5、实验探究问题
例5、(2006年泰州市)为了探究电流与电压的关系,小华设计了图13所示的实验电路图.
(1)实验选用的器材如图14所示,其中电源为2节干电池,定值电阻为10Ω,滑动变阻器标有“10Ω2A”字样,则实验图14
图13
A
V
R
R''''
S
时电压表应选用的量程为V,电流表应选用的量程为A.
(2)请根据电路图用笔画线代替导线,将图14中的元件连成电路.要求:滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数变大.
(3)右表是小华探究电流与电压关系时记录的几组实验数据,通过对表中数据的分析,可得到的初步结论是:
.
*
三、堂上练习
1、在如图1所示的电路中R的阻值为2欧姆,灯泡两端的电压是3伏特,电源电压是4伏特,则R的两端的电压是______伏特,灯泡的电阻是______欧姆。
2、如图2中电源电压保持不变,R1为定值电阻。开关S闭合后,以下说法正确的是:
A.滑片P向右移动,表A示数变小,表V示数变小;
B.滑片P向右移动,表A示数变大,表V示数变大;
图2
C.滑片P向左移动,表A示数变小,表V示数变大;
D.滑片P向左移动,表A示数变大,表V示数变小。
3、计算题:
关键词:课程改革;物理规律;规律教学
中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2008)5(S)-0032-3
物理规律教学在中学物理教学中占有重要地位,其教学成效直接影响到物理教学质量和学生科学素养的培养。提高物理规律教学效果的前提是了解物理规律内涵、本质和特征,并在此基础上结合学生的认知特点设计科学的教学策略。
1 物理规律的内涵
“规律就是相互联系着的事物、现象、分子、元素(因素、要素)或方面的本质之间的关系”。相应的,物理规律就是物理现象、物理过程在一定条件下发生、发展和变化的内在、必然的联系。
1.1 物理规律的类型
经过2000多年的建设,物理大厦恢宏庞大,其组成规律自然纷繁复杂。为了认识物理规律本身,我们有必要对物理规律进行必要的分类。从物理规律获得途径的角度来看,物理规律可分为实验规律和理论规律;从物理规律知识形式的角度来看,物理规律可分为定律、定理、原理等类型;从过程中不同质的运动角度来看,物理规律可分为力学规律、热学规律、电磁规律、光学规律等;从“定性―定量”维度来看,物理规律可分为定性规律、定量规律。
1.1.1 实验规律与理论规律
从物理规律建立基础和过程的不同,可以将物理规律划分为实验规律和理论规律两种。实验规律是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,中学物理中的绝大多数规律都属于实验规律。如电磁感应定律、欧姆定律等即为实验规律。理论规律是由已知的物理规律经过理论推导,得出的新物理规律。动能定理、万有引力定律等即为理论规律。我们以万有引力定律为例来说明一下理论规律的建立过程。牛顿在伽利略的自由落体运动定律、牛顿自己的第三定律、开普勒的行星运动第三定律等前人工作的基础上,应用他超凡的数学才能,通过理论计算建立了万有引力定律。
1.1.2 定律、定理与原理
从物理规律知识形式的角度来看,可以将物理规律划分为物理定律、定理与原理三种类型。通过大量具体事实(包括实验和观察)归纳而成的结论称为物理定律,如牛顿第二定律、电磁感应定律、光的折射和反射定律等。通过一定的论据,经过逻辑推理而证明为真实的结论称为物理定理,如动量定理、动能定理等属于物理定理类。对大家公认的具有普遍性,而且可以作为其它规律基础的物理规律一般称为物理原理,如我们中学阶段比较熟悉的功能原理、叠加原理等即属于物理原理类。
1.1.3 定性规律与定量规律
从“定性―定量”维度来看,可以将物理规律划分为定性与定量两种类型。定性规律揭示的是各物理量间必然联系的存在和发展趋势;定量规律揭示的是必然联系中量的相互制约。例如牛顿第一定律就定性的描述了一切物体在不受外力作用或所受合外力为零的情况下的运动趋势,不反映外力与运动趋势之间的量化关系,属于定性规律。而定量规律则不同,如欧姆定律,除文字描述外,我们还可以用公式I=U/R来揭示各物理量之间的相互制约关系。
不同的物理规律分类之间并不是完全对立的,比如欧姆定律即属于物理定律,又是实验规律,同时也属于定量规律。
1.2 物理规律的特点
1.2.1 物理规律的实践性
物理学是一门以实验为基础的自然学科。中学物理的众多规律都是在实践、实验的基础上建立起来的。新课程标准倡导“从生活走向物理,从物理走向社会”,在教学中应重视引导学生运用物理规律解决生活实际问题,在使用中进一步加深学生对物理规律及其物理意义的理解,这对学生能力的发展、科学素养的提升,显得尤为重要!
1.2.2 物理规律的联系性
物理规律都存在一定的联系,包括物理规律内在的概念、现象之间的联系;规律与规律之间的关系。
以牛顿运动定律为例,牛顿第一定律是说物体不受外力时做什么运动;牛顿第二定律公式F=ma揭示了物体的惯性质量、所受到的合外力与由此而产生的加速度之间的关系,是阐述物体受力时做什么运动,二者是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是第二定律的基础,没有第一定律,就不会有第二定律。虽然第一定律可以看成是第二定律的特例,但不能取消第一定律。
1.2.3 物理规律的对应性
物理规律中的各物理量都针对于某一研究对象。如果是状态量则对应于某一时刻、某一位置、某一状态。如果是过程量则对应于某一段时间、某一个过程、某一空间等,这就是物理规律的对应性。如,欧姆定律U=IR中各量均对应于同一导体、同一段电路在同一时刻的量值。
1.2.4 物理规律的因果性
因果性是物理规律的重要特点,任何物理规律都是在规律所表述的具体条件下才具有规律所阐述的结论。例如牛顿运动定律是在研究宏观低速运动物体的“前因”下,才有其结论的“正果”修成。
1.2.5 物理规律的发展性
物理规律是认识的结果,是在一定的事实基础上,归纳、推理得出的结论,具有历史局限性,只能部分地反映客观世界及其内在联系。规律会随着人的认识能力的提高和认识的深入不断发展。发展有时是温和的――是对已有规律的修正、丰富;有时是激进的――是对已有规律的否定、颠覆。换言之,物理规律不是绝对的真理,而是逐渐发展变化的,具有一定的相对性。如从经典力学到相对论、量子力学的发展变化过程。
2 物理规律教学的重要性
物理新课程改革强调改变过去过于注重知识传授的一维目标而向三维课程目标迈进。教学要以人为本,在学生获得知识的过程中,同样注重学生终身学习与发展所需的各种能力的培养。如何实现物理规律教学由传统向新课程理念的转变,应进一步明确物理规律教学在新课程实施过程中所发挥的重要作用。
2.1 物理规律教学,有助于学生对知识的理解
新课程改革倡导从三个维度对学生进行全面的培养,知识的理解历来是一个重要培养目标。依据布鲁纳的认知结构学习理论,我们教学的目的,就是引导学生建构一个理解物理知识的学科结构,从而运用知识解决具体问题。在最终建构的物理知识结构中,分散的各个点表示物理概念,联接各点的线就代表了物理规律,通过点和线及其之间的相互联系的讲解,引导学生在头脑中建构物理知识网络图。
2.2 物理规律教学,有助于学生思维能力的发展
作为智力核心的思维能力的培养对学生的发展是至关重要的。物理规律教学既是物理知识教学的核心内容,同时也是对学生思维能力培养的重要途径。
物理规律教学是在学生的感性认识(已有的对实验和事实认识)基础上,教师指导学生探索物理规律的过程。根据规律建立的思维过程和学生的认知特点,选择适当的途径方法,指导学生对感性材料进行思维加工,认识到物理规律中某些物理概念之间的内在联系,考虑到物理规律的近似性与局限性,从而概括出物理规律。作为近似反映物理对象、物理过程在一定条件下发生、发展和变化的物理规律的建立,离不开观察、实验和数学推理,也离不开物理思维,是诸多因素相结合的产物,学生在理解具有这些特点的物理规律的同时,其思维能力就会得到培养。
2.3 物理规律教学,有助于学生科学方法的掌握
物理规律的教学过程,其实也是科学方法教育的过程。我们知道物理规律的获得,少不了一些科学方法的使用,在物理规律教学过程中,合理运用一些研究方法并适时适当地进行显性教育,使学生不仅学到了物理规律,同时也学到了科学方法,培养了能力,可谓一举多得。
例如,在牛顿第一定律的教学过程中,教师重点要向学生说明的,除了牛顿第一定律的内容外,就是讲解这个规律获得过程中所用到的一个重要的科学方法――理想实验法。在欧姆定律、牛顿第二定律等的实验探究过程中,可以重点要求学生设计实验方案,在这一过程中,使学生明确研究3个变量的关系时,通常采用“控制变量”的方法。
2.4 物理规律教学,有助于学生科学探究能力的形成
提倡对学生进行科学探究能力的培养,是新课程改革的一大亮点,在新教材的编写中贯穿了科学探究精神并安排了一些科学探究的内容。由于物理规律的实践性特点,便于在课堂教学中开展实验教学,创设问题情境,从而激发学生探究物理问题的兴趣,经历物理规律发现的过程,培养学生的科学探究能力,并能使学生更好地运用物理规律去解释生活中的物理现象、解决生活中遇到的物理问题。
2.5 物理规律教学,有助于学生情感、态度与价值观的培养
我们知道,情感、态度与价值观培养,是物理新课程改革所倡导的三维课程目标中的一个维度。在物理规律的教学过程中,无时无刻不渗透着对学生情感、态度与价值观的培养。我们在进行物理规律教学时,可以通过创造良好的物理学习氛围、对相关物理学史内容的选择性介绍、开展科技创作活动、采用科学探究的教学方式等等,对学生进行情感、态度与价值观的培养。
比如,在进行牛顿第一定律的教学过程中,就可以适当地给学生讲述一下它的发展历史,激发学生的学习兴趣,同时使学生在了解亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿等大科学家的观点的基础上,使其不畏权威、理性求真的科学态度与科学精神得到培养。而在进行万有引力定律教学的时候,可以联系神舟六号载人飞船的发射与回收过程进行讲解,把物理知识与科技发展、应用技术相结合,能使学生获得一个更为宽广的视野,有助于学生形成科学的价值观。
3 物理规律教学的基本策略
当明确了物理规律教学在新课程实施过程中所发挥的重要作用之后,为行之有效的进行物理规律教学,我们提出以下基本策略。
3.1 活化物理实验教学:为学生提供主动获得规律的机会
在物理学的产生、建立和发展过程中,物理实验是归纳物理规律、产生物理假说的实践基础,是验证理论预言和假说的主要依据;在物理规律教学中,物理实验是培养学生操作技能的主要途径,是发展学生非智力因素的一个重要环节。通过实验重现物理规律的发现历程,使学生在实验操作过程中体悟物理规律所反映的各物理量之间的相互关系,有助于更新学生头脑中的物理观念、提高物理规律的教学质量。
3.2 强化物理思想教学,使学生感受物理学的理性美
在进行物理规律教学时,为了让学生最有效地掌握好物理规律,达到课程标准所规定的能力要求,应该在规律教学的过程中渗透科学史、科学思想的教育,引起学生对物理思想在物理规律建立过程中所发挥作用的重视,使学生感受到物理学的理性美,同时给学生以更多的启示。
教师在采用此策略教学时,应明确两点:一是渗透物理思想的教学策略主要是指向学生展示物理规律建立的思想史;二是科学史的历史发展逻辑与课本上的知识逻辑并不相同,规律教学过程中要引导学生感悟到二者的异同,处理好二者之间的辨证关系,在了解真实历史发展过程的同时明了知识逻辑的呈现脉络。
3.3 重视规律应用教学,让学生体会物理学在社会发展中的作用
物理规律来源于生活实践,反过来应锻炼学生将物理规律运用于社会生活实际的能力。因此,在教学中应重视引导学生利用物理规律解决实际问题,让学生体会到物理学在社会发展中的重要地位,增强学习兴趣,进而在使用中进一步加深学生对物理规律及其物理意义的理解,这对学生能力的发展、科学素养的提升,显得尤为重要!
3.4 提升教师科学素养,为实施新课程背景下的物理规律教学奠定良好基础
我们将其作为一项策略提出,重在强调教师对新课程理念与目标的钻研、对物理规律的理解、对物理规律教学的整体认识与把握等。同时该策略也是关系到物理规律教学实施效果的重要因素,教师应努力提升自己的科学素养,进而才会有足够的信心调控物理规律教学,为学生的全面发展创造最好的先决条件,从而取得最佳教学质量。
参考文献:
逻辑思维(Logicalthinking)是指人们在认识过程中借助于概念、判断、推理等思维形式能动地反映客观现实的理性认识过程,又称理论思维。它是作为对认识着的思维及其结构以及起作用的规律的分析而产生和发展起来的。只有经过逻辑思维,人们才能达到对具体对象本质规定的把握,进而认识客观世界。它是人的认识的高级阶段,即理性认识阶段。在初中物理教学中培养学生的逻辑思维能力对更高层次的物理学习打下坚实的基础。那么,在初中物理教学过程中如何培养学生的逻辑思维能力呢?笔者认为可以在课堂物理知识教传授、解答物理问题、参加物理实验等几条途径来实施。
2.在初中物理教学中培养学生逻辑思维能力的方法
2.1在物理知识授课中培养学生逻辑思维教师在物理概念、原理、公式等授课过程中要着重培养学生的逻辑思维能力。课堂教学是目前传授知识的主要方式与方法,课堂也是老师与学生接触与沟通机会最多的地方,因此,在课堂教学中教师可以更为直接的培养学生的逻辑思维能力。例如,教师在讲解物理公式时所展现的推导过程就是一个培养学生逻辑思维能力的过程。已知欧姆定律U=IR,其中U为电压,I为电流,R为电阻。下面推导串联电路的串联公式。
例一:如图,这是一个最简单的串联电路,我们假设电阻R1和R2的电流和电压分别为I1、I2和U1、U2,而电路的总电阻为R,总电流为I,总电压为U。这里有一个条件是不计电源内阻。现在开始推导:由串联电路的特点我们可以得到U=U1+U2(1)I=I1+I2(2)由欧姆定律可以得到U=IR,U1=I1R1,U2=I2R2,将这三个式子带入(1)试可以得到IR=I1R1+I2R2(3)由(2)和(3)式可以得到R=R1+R2最后我们得出一个结论:串联电阻的总电阻等于串联电路中各电阻之和。这就是串联电路的物理规律。在推导串联电路的物理规律的过程中,我们先给出推导的先决条件,即物理环境;然后,根据我们已学到的物理知识(欧姆定律),将推导所需要的公式一一列出;最后,根据所列出的公式的内部联系,推导出结论。这个过程虽然简单,但我们不难想象,当教师在讲台之上为学生们展示这个推导过程时,学生必须紧跟教师的思维步伐,即学习教师的逻辑思维线路,切忌没有根据的凭空推导。试想,如果学生能够独立完成这一推导过程,那么学生也就锻炼了逻辑思维能力。2.2在解答物理问题时培养学生的逻辑思维能力在所有的初中物理问题中,力学题目的解答最能够培养学生的逻辑思维能力。解答力学题目,注重思维过程,必须对整个物理过程有清楚的认识。将力学题目的解答过程分为四个步骤:获取信息,思维启动,思维逻辑,思维深化。当学生思维启动后,就需将物理过程向物体的状态转化。在力学范畴内物体的运动状态有平衡状态(静止、匀速直线运动、匀速转动)和非平衡状态。物体处于何种状态由所受的合力和合力矩决定。学生必须对物理过程和物体所处状态有清楚的了解,减少了解题的盲目性。下面将举一个力学类题目的例子来说明逻辑思维的在解此类题目的重要性。
关键词:高中;电磁感应;常规题型;归类解析
物理知识与文学类知识存在本质区别,在解决物理问题时需要学生具备一定的抽象思维能力与分析能力。电磁感应是物理学科的难点,也是历年高考的重点,那么要想在高考中轻松应对这些题目,要了解电磁感应的常规题型及该题所要考查电磁感应的知识点,以此找出问题的突破点。
一、高中电磁感应的常规题型概述
电磁感应内容可以是每年高考物理学科必考的重点内容,就这几年的物理命题而言,从命题方向上来看,重点对学生感应电流方向判定、法拉第电磁感应定律、导体切割磁感线时电动势的相关计算、楞次定律等物理知识进行考查,从高考命题形式上来看,既有单独对一项物理知识点的考查,同时也有物理综合知识考查的计算题,并且一般都是物理综合命题的分值比较高,具有一定的难度。高考物理例题中常见的综合物理题型有电磁感应与力学综合规律的综合、电磁感应与电路规律的综合、电磁感应与能量守恒的综合等等。
二、高中电磁感应常规题型的归类解析
1.电磁感应与力学规律的综合题型解析
电磁感应与力学规律综合应用是历年来高考物理学科重点考查的知识点,那么解决这类问题的重点在于对物体运动的状态进行分析,在分析过红才呢过中寻找其临界状态,比如说速度变化、加速度变化、感应动势变化、导体受力运动变化、安培力变化及电动势变化等等,这些因素的变化有着密不可分的关系,相互影响。以下是笔者通过一道高考例题对电磁感应与力学规律的综合应用解析。
例如:AB与CD是两根固定的、足够长的平行金属导轨,两金属导轨之间距离为L,水平面与金属导轨平面的夹角用θ表示。整个金属导轨平面内部都有与金属导轨平面斜上方垂直的均强磁场,该磁场的磁感应强度为B,在金属导轨的AC端点连接一个电阻,电阻值为R,同时还要连接一个垂直于金属导轨放置的、质量为m的金属棒ab,从静止状态开始沿着金属导轨进行下滑,求解在该运动过程中金属棒ab的最大速度(金属导轨之间的动摩擦因数用μ表示,金属导轨与金属棒之间的电阻大小可以忽略不计)。
解析:金属棒ab在沿金属导轨下滑时会受到四个作用力、分别是摩擦力Ff、支持力FN、重力mg与安培力F安,若金属棒ab由静止状态开始进行下滑后,那么这个过程属于变加速过程,当金属棒ab下滑期间其加速度降低到a=0时,其本身的速度就会增大到v=vm。此时金属棒ab与金属导轨处于平衡状态,以后金属棒ab再下滑将按照vm匀速下滑。按照E=BLv、I=E/R、F安=BIL等公式的计算要求对金属棒ab所受的力进行正交分解,FN=mgcosθ,Ff=μmgcosθ,根据E=BLv、I=E/R、F安=BIL可得,将金属棒ab作为研究对象,再依照牛顿第二定律应为:mgsinθ-μmgcosθ=ma,金属棒ab在做加速运动时,此时减小的是变加速运动,那么当a=0时金属棒ab的运行速度处于最大值,金属棒ab达到vm时有mgsinθ-μmgcosθ=0,根据此式计算出金属棒ab在运动时的最大速度。
在求解这类题型时应在金属棒受力分析基础之上,根据牛顿定律,并结合电磁感应定律、安培力公式及欧姆定律等相关知识点,从而建立起金属棒的运动状况及受力状况,理清金属棒的运动变化与电磁感应规律之间的关系,这样会使整个解题思路更加清晰,找到求解这类题型的突破口。
2.电磁感应与电路规律的综合题型解析
电源内部电流一般都是由负极流向正极,而电源外部则是由高电势向低电势的方向流动,因此在求解电磁感应与电路规律综合物理题时要明确等效电路相关内容,清楚的指出电源、内电路及外电路,在求解电磁感应电动势过程中需要对 等相关内容,那么要解决此类物理问题,对于电源外路应根据其结构对其内部各元件的连接状况进行分析,并画好等效电路图,这主要是利用闭合电路欧姆定律对其进行求解,当然在电磁感应与电路规律综合物理题型求解中,还需要结合题目全面考虑该题材所要考查的知识点,综合考虑电功率及电功等能量关系式,并对闭合电路的实际运行状况进行分析。电磁感应与电路规律综合考查是高考物理题型的重要形式,在求解过程中首先要清楚感应电动势大小,其次要明确内外电路,画出等效电路图能够明确解题思路,快速解出试题。
3.电磁感应与能量守恒的综合题型解析
电磁感应与能量守恒综合题型也是历年高考物理科目考查的重点,一般高考例题主要是对能量转化问题进行考查,利用导体切割运动及磁通量的变化等形式所产生的能量转化为电能;电流在流动过程中在利用电场力做功也可将电能转化为物体学中其他形式的能量,这就是电磁感应与能量守恒综合题型考查,它诠释了电磁感应与能量守恒之间的关系及相互转换过程。比如在能量转换去向分析中,可以通过导体棒切割磁感线运动对其进行分析,按照其做功及能量变化状况作为依据点,将整个运动过程与理论结合在一起进行详细的分析求解。
三、总结
电磁感应知识内容牵涉面较为广泛,与力学规律、电路规律及能量守恒等知识也紧密相连,当然高考中的电磁感应相关知识点还有很多,但是其在求解中存在一定的共性。一般情况下,在电磁感应相关问题求解中,需要明确掌握两个定律,抓住电磁感应相关运动中研究对象的受力及能量转化状况,从而对电磁感应相关问题进行灵活求解。
参考文献:
[1]肖斌.高中物理电磁惑应常规题型酌解析[J].新课程,2010,9(28):19-20.
作为科学探究过程,无论是科学家探究物理世界还是学生学习物理知识,都必须运用科学方法与探究对象作用。在物理教学中,科学方法的学习与运用,对于学生知识的学习、能力的发展和情感-态度-价值观的教育,有着不可替代的作用。物理规律的建立过程,可以总结为三种途径:实验归纳,理论分析,提出假说。
1. 实验归纳 实验归纳是直接从实验结果中分析、归纳、概括而总结出物理规律的方法。具体过程是,首先要有丰富的感性认识和经验事实,然后对这些事物进行比较、分析,找出它们所具有的共同本质属性,再用归纳的方法,推知所有这类事物也具有这种本质属性。例如由一个物体,加在其上的外力变化几次,该物体的加速度也正比例的变化几次,推知所有物体的加速度与所受合外力成正比。经典物理学中建立的物理规律常用实验归纳法。这也是中学物理教学中应用最广的方法。例如,欧姆定律、光的折射定律、焦耳定律等,都是实验归纳的结果。
2. 理论分析 理论分析就是利用已有的物理概念和物理规律,通过逻辑推理或数学推导,得出新的物理规律的方法。常见的有理论归纳和理论演绎两种。
(1)理论归纳。理论归纳就是利用已有的物理概念和物理规律,经归纳推理,推导出更普遍的物理规律的思维方法。在物理学发展史中,如能的转化和守恒定律,就是在动能、势能、机械能和机械能守恒定律、热量、焦耳定律等概念和规律建立的基础上归纳总结建立起来的。
(2)理论演绎。理论演绎就是利用较一般的物理规律 , 经逻辑推理或数学推理,推导出特殊的物理规律的思维方法。