物理規律教學 一(2 / 3)

大多數物理規律的內容都可以用數學公式表達出來,即定律的公式.公式的形式要能表達出定律的內容,能反映出研究對象間的內在聯係,還能由之計算出有關的物理量的量值(有的還要能標示矢量的方向),參與各種推理和運算,並盡量選擇最簡潔的形式.對於物理定律公式,一要研究它是怎樣建立起來的.在實驗歸納法中,是怎樣把實驗數據通過思維加工和數學加工,轉化為定律的表達式的;在理論分析法中,定律的表達式是怎樣通過嚴密地推理而得出的.二要研究公式所表示的物理意義.要使學生從物理意義上去理解公式中所表示的物理量之間的數量關係,而不能從純數學的角度加以理解.例如,牛頓第二定律公式F=ma,它揭示了一定質量的物體所受的合外力與由此而產生的加速度之間的關係,如果隻從數學形式考慮,就可能得出物體的質量與所受的外力成正

式表達了電流的強弱決定於加在導體兩端電壓的大小和導體本身電阻的大小.即某段電路中電流的大小,與這段電路兩端的電壓成正比,與這段電路中的電阻成反比,公式中的I、U、R三個物理量是對同一段電路而言.把公式加以數學變換,得到電阻的定義式R=U/I.如果不理解公式的物理意義,就可能得出“電阻與電壓成正比”這一類錯誤的結論來.

許多物理規律也可以用函數圖線來表達,函數圖象有簡明、清晰、直觀的優點.在中學物理中,利用圖象表達物理規律有以下幾個作用:

1.利用函數圖象歸納實驗定律,討論實驗定律.這是科學研究中常用的一種方法.例如,研究在等壓條件下,一定質量的理想氣體的體積隨溫度變化的規律,就可以利用描點法畫出由實驗數據得出的等壓線(如圖9-3),然後推得蓋·呂薩克定律的數學表達式:

進一步研究圖象,由於等壓線未通過原點,表明在0℃時的體積為V0,延長等壓線交t軸於D點,得到t=-273℃,而從“外推”到“零體積”,引入理想氣體溫標,初步明確絕對零度的物理意義,為引入理想氣體狀態方程奠定基礎.

2.用圖象形象地描述物理規律.數學公式能精確地描述物理規律,配合函數圖象,表達就更形象、明顯,就能夠加深學生對規律的理解.例如,光電效應中的愛因斯坦光電效應方程:

用數學式表達了光電子最大初動能與入射光頻率之間的關係.圖9-4就形象地反映了光電子的最大初動能與入射光強度無關,隻隨入射光頻率增大而增大的線性關係,直觀地看出光電效應的產生有一個最低頻率(極限頻率V0).

3.在學生數學知識不足的情況下,利用函數圖象來表明物理規律;利用函數圖象導出有關公式.例如,分子與分子間的相互作用力是怎樣隨分子間的距離而變化呢?在中學階段,無法建立力與距離的函數關係,如能畫出如圖9-5所示的函數圖象,從作用力曲線可以清楚地看出:當兩個分子很靠近時,斥力大於引力,合力為斥力;在r=r0處,引力和斥力相抵消,r0就是分子間平均距離;當r=rm時,有效引力最大;當r>R時,合力已非常微小,可以看作等於零,R稱為分子作用半徑.這樣,學生就能形象地初步了解分子間相互作用的規律,也便於用它來解釋許多物理現象.

有些物理規律的公式,需要運用高等數學來推導,如勻變速直線運

我們可以利用速度-時間圖象來推出這一公式,如圖9-6等等.

綜合上述,利用圖象表達物理規律,既有與用公式表達相輔相成的一麵,又有它自己的獨特作用.無論是用公式表達,還是用圖線表達,都要突出它的物理意義,使學生真正做到理解.

三、使學生明確物理規律的適用條件和範圍

每一個物理規律都是在一定條件下反映某個物理現象或物理過程的變化規律的,規律的成立是有條件的.因此,每一規律的適用條件和範圍也是一定的.學生隻有明確規律的適用條件和範圍,才能正確地運用規律來研究和解決問題,才能避免亂用規律、亂套公式的現象.例如,歐姆定

體導電,不適用於含源電路或含有非線性元件的電路.而且I、U、R必須是同一段電路上的三個物理量.再如,胡克定律的適用條件是在彈性限度以內;單擺振動的公式的成立條件是擺角小於5°;牛頓定律的適用範圍是可視為質點的宏觀物體、常速和慣性係,…….

四、使學生認清所研究的物理規律與有關的物理概念和物理規律之間的關係

物理規律總是與許多物理概念緊密聯係在一起的,與某些物理規律也互相關聯,應當使學生把物理規律與和它相關的物理概念和物理規律之間的關係搞清楚.例如,牛頓第一定律與物體的慣性雖有聯係,但二者有本質上的區別,不能混為一談.常發現中學生把慣性與運動狀態等同起來,把用力改變物體的運動狀態說成是“打破物體的慣性”,把物體不受外力作用保持原來的運動狀態說成是“保持物體的慣性”,有的教師也講外力“克服慣性,而使物體運動起來”.我們知道,慣性是物體的固有屬性,物體無論是靜止還是運動,無論是從靜到動還是從動到靜,任何時候都具有慣性,在經典力學範圍內,物體的質量視為不變,慣性的大小也視為不變,物體作平動時,慣性大小的量度就是質量,因此不能說“打破”慣性.牛頓第一定律是一個反映這些客觀事實的物理規律,與反映物體屬性的慣性,兩者不能混為一談.又比如,動量定理與動量和衝量這兩個物理量有聯係.大家知道,在日常生活和生產實踐中,經常需要研究打擊、碰撞和反碰撞之類的問題.這類問題的特點是,具有相對運動的物體相互作用時,雖然相互作用時間很短,但畢竟不是瞬間的接觸;同時,在這很短的時間△t內,相互作用力的大小是不斷變化的.每個物體運動狀態的改變,既不是單純地由受力F決定,也不是單純地由受力時間△t決定,而是由於在相互作用時間△t內,力不斷積累作用的結果.動量定理就是反映了這種力對時間積累作用過程的物理規律,即:衝量(描述力對時間積累作用的物理量,F·△t,它是個過程量)等於動量(描述物體機械運動狀態的物理量,mv,它是個狀態量)的變化量.衝量、動量、動量的變化量都是矢量.因此,動量定理是一個矢量關係.衝量的大小等於動量變化的大小(矢量差),衝量的方向與動量變化的方向一致.再比如,就歐姆定律來

含義剖析清楚並區別開來.

五、使學生學會運用物理規律說明、解釋現象,分析和解決實際問題

對於重點物理規律,不僅要求學生理解,而且要求會靈活運用,因為掌握物理規律的目的就在於能夠運用物理規律去解決問題.運用的過程,是將抽象的物理規律具體化的過程,從而完成認識上的第二個“飛躍”.在這一過程中,一方麵可以鞏固、深化和活化對規律的理解;另一方麵,可以使學生學到分析、處理實際問題的方法,發展學生分析、解決問題的能力,運用數學解決物理問題的能力,邏輯地說理和表達能力,手腦並用、獨立解決簡單實際問題的能力,以及創造能力等.

學生學習物理規律中的常見問題

為了有效地引導學生學好物理規律,我們還必須研究和認清學生學習物理規律中的常見問題和心理障礙.在中學階段,主要存在以下幾個方麵的問題.

一、感性知識不足

中學物理規律的教學,許多是從事實出發經過分析歸納總結出來的.中學生抽象思維能力不強,他們理解物理規律特別需要有充分的感性材料作基礎.如果沒有足夠的、能夠把有關的現象與現象之間的聯係鮮明地展示出來的實驗或學生日常生活中所熟悉的、曾親身感受過的事例作基礎,勢必造成學生學習上的困難.例如,研究電磁感應和自感的有關規律,如果沒有足夠的、能夠逐步揭示現象間本質聯係的實驗作基礎,學生對這些規律就很難理解.

二、相關的準備知識不足

物理知識本身有著嚴密的邏輯體係,前麵學習的知識要為後麵的學習打基礎,後麵的學習要充分利用前麵的準備知識,這樣才能取得良好的教學效果.特別是物理規律的教學,它必然要聯係到以前學過的物理現象和物理概念,如果前麵的知識準備不好,或者不善於引導學生利用學過的知識來研究新問題,就會給物理規律的學習帶來困難.在建立、討論和運用物理規律時,常常用到一些數學知識和數學方法,如果這些數學知識和方法準備不好,也會給物理規律的學習帶來困難.例如,研究和運用質點運動學的一些規律時,涉及到時間、時刻、位置、位移、速度、加速度等概念,也涉及到坐標係、函數圖象、代數運算、矢量等數學知識,如果學生在某一環節上準備不足,就會使這些規律的學習和運用遇到困難.

三、學生日常生活中形成的錯誤觀念的幹擾

學生在日常生活中積累了一定的生活經驗,對一些問題形成了某些觀念.在這些觀念中,有的雖比較正確,但往往有一定的表麵性和片麵性;另外,學生在生活中還形成了某些錯誤觀念.這些“先入為主”的錯誤觀念,對學生正確地理解物理規律往往起著嚴重的幹擾作用.例如,學生在運動和力的關係上往往有“物體受力才能運動,不受外力物體根本不會運動”這類錯誤觀念,這就給學生正確地理解運動和力的關係帶來很大困難.

四、思維定勢帶來的負遷移

遷移原理是教學中的一條重要原理.正向遷移有利於學生在原有知識的基礎上掌握新知識,但思維定勢所引起的負遷移卻幹擾著學生對物理規律的理解和掌握,給物理規律的教學帶來困難.負遷移是指已有知識對新知識的學習產生的消極影響.例如,有的學生總認為功率大的白熾燈泡(或電爐)的電阻大,理由是根據焦耳定律,導體通過電阻放熱,放出的熱量與電阻成正比.再如,有些學生由於在數學知識的學習中形成的思維定勢,對於反映物理規律的公式及其變換,往往從純數學的角度加以理解,忽視了它的物理意義,導致一些錯誤的結論.