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關(guān)鍵詞:物理定律;教學(xué)方法;多種多樣
關(guān)鍵詞:是對物理規(guī)律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結(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,再通過實驗歸納出結(jié)論,或在實驗的基礎(chǔ)上進行邏輯推理(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、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學(xué)生對力的作用效果的錯誤認識;培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學(xué)時應(yīng)明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態(tài),不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學(xué)的出發(fā)點,不能把它當作第二定律的特例;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,不因物體的運動狀態(tài)和運動過程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實際問題時,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動狀態(tài),所以……”。教師還應(yīng)該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內(nèi)研究力學(xué)問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈敽玫膽T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驗方法歸納出物體在單個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: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)時還應(yīng)請注意: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,以及與運動學(xué)、動量、功和能等知識的聯(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,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對學(xué)生進行科學(xué)方法的教育。②要強調(diào)萬有引力跟質(zhì)點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誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質(zhì)點的萬有引力。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)機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結(jié)出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。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。高中教材是用實例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態(tài)量,用它來解決問題時,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)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。(5)動量守恒定律歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導(dǎo)出來,主張從實驗直接總結(jié)。但是實驗要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實驗條件來說,多數(shù)難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學(xué)規(guī)律,也不違反科學(xué)規(guī)律。中學(xué)階段有關(guān)動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數(shù)式替代矢量式。學(xué)生在解題時最容易發(fā)生符號的錯誤,應(yīng)該使他們明確,在同一個式子中必須規(guī)定統(tǒng)一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態(tài)變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量,使問題大大地簡化。若物體不發(fā)生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質(zhì)點系內(nèi)部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規(guī)律之一。無論是宏觀系統(tǒng)或微觀粒子的相互作用,系統(tǒng)中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統(tǒng)不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
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關(guān)鍵詞:歐姆定律;教學(xué)設(shè)計;傳感器;DIS 線性元件;非線性元件;伏安特性;屏幕廣播
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2015)6-0073-6
1 教學(xué)內(nèi)容分析
(1)教材分析:“人教版”高中物理(選修3-1)第二章《恒定電流》中的第3節(jié)《歐姆定律》,教材首先回顧了初中學(xué)過的電阻的定義式及歐姆定律,然后重點闡述了導(dǎo)體的伏安特性,并分別描繪了小燈泡、半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線,對比了它們的導(dǎo)電性能。
(2)《課程標準》要求:①觀察并嘗試識別常見的電路元器件,初步了解它們在電路中的作用;②分別描繪電爐絲、小燈泡、半導(dǎo)體二極管的I-U特性曲線,對比它們導(dǎo)電性能的特點。
2 教學(xué)對象分析
(1)學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的電阻的測量、電壓的調(diào)節(jié)等電路的相關(guān)基礎(chǔ)知識,為本節(jié)實驗方案設(shè)計打下了基礎(chǔ);
(2)初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的歐姆定律基礎(chǔ)知識,為歐姆定律的深化理解起了鋪墊作用;
(3)學(xué)生具備了一定的探究能力、邏輯思維能力和歸納演繹能力。
3 教學(xué)目標
3.1 知識與技能
(1)了解線性元件及其特點;
(2)理解歐姆定律及其適用條件;
(3)了解非線性元件及其特點。
3.2 過程與方法
(1)通過親歷“導(dǎo)體伏安特性曲線”描繪的全過程,進一步熟知科學(xué)探究的各環(huán)節(jié);
(2)通過描繪導(dǎo)體伏安特性曲線,體會圖線法在物理學(xué)中的作用;
(3)初步掌握傳感器、DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng))的操作和使用方法。
3.3 情感態(tài)度與價值觀
(1)通過使用傳感器和DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng)),增強數(shù)字化、信息化科學(xué)意識;
(2)通過與同學(xué)的討論、交流、合作,提高學(xué)生主動與他人合作的意識;
(3)通過多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)共享實驗結(jié)果,享受分享和成功帶來的喜悅、提高學(xué)生合作共享意識。
4 教學(xué)重點
(1)線性元件與歐姆定律
(2)線性伏安特性曲線的理解與應(yīng)用
5 教學(xué)難點
(1)實驗方案的設(shè)計與電路連接、DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng))的使用;
(2)非線性伏安特性曲線的理解與應(yīng)用。
6 教學(xué)策略設(shè)計
6.1 《課程標準》要求
(1)觀察并嘗試識別常見的電路元器件,初步了解它們在電路中的作用;
(2)分別描繪電爐絲、小燈泡、半導(dǎo)體二極管的I-U特性曲線,對比它們導(dǎo)電性能的特點。
這是采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段一課時不可能實現(xiàn)的教學(xué)目標!而采用傳感器和DIS(數(shù)字化信息系統(tǒng))獲取導(dǎo)體的伏安特性曲線,利用現(xiàn)代化信息技術(shù),不僅大大提高了課堂教學(xué)效率,而且增強了學(xué)生數(shù)字化、信息化科學(xué)意識。
6.2 本節(jié)課設(shè)計了四個探究環(huán)節(jié)
(1)探究環(huán)節(jié)一:描繪金屬導(dǎo)體(合金絲繞成的5 Ω、10 Ω電阻)伏安特性曲線
該環(huán)節(jié)包括實驗設(shè)計、電路連接、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)的圖線法處理,得出金屬導(dǎo)體的伏安特性曲線是“過原點的直線”的實驗結(jié)論。其中,包含了科學(xué)探究的“提出問題、設(shè)計實驗、數(shù)據(jù)收集、分析論證、結(jié)論評估”諸多環(huán)節(jié),使學(xué)生進一步熟知科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)。
(2)探究環(huán)節(jié)二:線性元件與歐姆定律
(3)探究環(huán)節(jié)三:描繪小燈泡(二極管)的伏安特性曲線
(4)探究環(huán)節(jié)四:非線性元件與非線性伏安特性曲線的理解與應(yīng)用
其中,環(huán)節(jié)一、三均采用兩組差異化的實驗器材――合金絲繞成的5 Ω與10 Ω電阻,小燈泡與二極管。這樣設(shè)計,既提高了實驗效率,又使實驗具有了普遍性。而通過尋找兩組不同曲線的異同,又能自然總結(jié)出線性元件、非線性元件的概念和特點。
6.3 本節(jié)課采用小組合作形式
使學(xué)生通過與同學(xué)的討論、交流、合作,提高學(xué)生主動與他人合作的意識;通過多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)共享實驗結(jié)果,享受分享和成功帶來的喜悅,提高學(xué)生合作共享意識。
7 教學(xué)設(shè)備
25組描繪導(dǎo)體伏安特性曲線器材、“友高”數(shù)字化實驗系統(tǒng)、多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)、多媒體課件展示、實物投影儀、半波全波整流、濾波線路板。
8 教學(xué)過程
引入新課
【教師】
實物投影:整流、濾波線路板,介紹元件、功能。
引入課題:該線路板為何能實現(xiàn)如此神奇的功能呢?那就要求設(shè)計者對各元件的性能非常了解,而導(dǎo)體的伏安特性就是其中一項重要的性能。
【學(xué)生】
觀察、思索、好奇、興奮。
【設(shè)計說明】
激發(fā)學(xué)生研究導(dǎo)體伏安特性的興趣。
新課教學(xué)
探究環(huán)節(jié)一:描繪金屬導(dǎo)體伏安特性曲線
(一)提出問題
【教師】
(1)今天我們就首先探究金屬導(dǎo)體(合金絲繞成的5 Ω、10 Ω電阻)的伏安特性。
(2)劃分四個研究小組,每組六臺電腦。
【學(xué)生】
熟悉小組成員,選出小組長。
【設(shè)計說明】
小組合作。
(二)設(shè)計實驗
(1)方案設(shè)計
【教師】
導(dǎo)體的伏安特性曲線――用橫軸表示電壓U,縱軸表示電流I,畫出的I-U圖線叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。
注意解決三個問題:
①如何測量導(dǎo)體的電流、電壓?
②如何改變導(dǎo)體的電流、電壓?
③怎樣描繪導(dǎo)體的伏安特性曲線?
【學(xué)生】
分組討論:
①達到實驗?zāi)康乃璧膶嶒炂鞑模?/p>
②畫出實驗電路圖、概述實驗方案。
【設(shè)計說明】
①提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力;
②利用學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的電阻的測量、電壓的調(diào)節(jié)等電路的相關(guān)基礎(chǔ)知識。
(2)方案論證
【學(xué)生】
小組長說明實驗器材。
【教師】
展示實驗器材實物圖(圖1)。
【學(xué)生】
小組長投影實驗電路、簡述實驗方案。
【教師】
展示實驗電路(圖2)。
(3)方案改進
【教師】
在數(shù)字化時代,我們利用電壓傳感器、電流傳感器替代電壓表、電流表,利用“友高”數(shù)字化實驗系統(tǒng)替代手工記錄和坐標紙來完成此實驗探究(圖3)。
【學(xué)生】
閱讀《描繪導(dǎo)體伏安特性曲線》操作指南。
【設(shè)計說明】
采用傳感器和DIS,提高效率,完成傳統(tǒng)實驗器材不可能完成的任務(wù)。
(三)數(shù)據(jù)收集
(1)分組實驗
【學(xué)生】
分組實驗:1、2組10 Ω電阻;3、4組5 Ω電阻,同組成員相互協(xié)作。
【教師】
①指導(dǎo)學(xué)生打開軟件、實驗?zāi)0?、傳感器調(diào)零,按操作指南要求收集數(shù)據(jù)、保存實驗,暫不關(guān)閉等待分享實驗數(shù)據(jù)(圖4)。
②巡回指導(dǎo)。
④利用多媒體網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)了解各組實驗進度情況。
(2)成果分享
【教師】
通過廣播系統(tǒng)向全體同學(xué)展示4個小組的實驗結(jié)果。
【學(xué)生】
觀察、對比。
【設(shè)計說明】
采用兩組差異化的實驗器材,既提高了實驗效率,又使實驗具有了普遍性。而通過尋找兩組不同圖線的異同,又能自然總結(jié)出線性元件的概念。
(四)結(jié)論評估
【教師】
請分析兩圖線的異同。
【學(xué)生】
(1)兩圖線均為過原點的直線――線性元件。
(2)兩圖線的斜率不同――電阻值不相等。
探究環(huán)節(jié)二:線性元件與歐姆定律
(一)線性元件
【教師】
(1)金屬導(dǎo)體的伏安特性曲線是通過坐標原點的直線,具有這種伏安特性的元件稱為線性元件。
那么,線性元件有什么特點呢?
【學(xué)生】
觀察、思考后回答。
(2)通過同一線性元件的電流強度與加在導(dǎo)體兩端的電壓成正比。
【教師】
展示兩個電阻的伏安特性曲線(圖5)。
【學(xué)生】
觀察、思考后回答。
(3)電壓一定時,通過導(dǎo)體的電流強度與導(dǎo)體本身的電阻成反比。
【教師】
線性元件這兩大特點你聯(lián)想到哪條規(guī)律?
【學(xué)生】
齊答:歐姆定律。
【設(shè)計說明】
線性元件與歐姆定律兩知識點自然銜接。
(二)歐姆定律
【教師】
內(nèi)容:通過導(dǎo)體的電流強度跟加在導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體本身的電阻成反比。
適用范圍線性元件金屬導(dǎo)體電解液純電阻電路
【學(xué)生】
回顧、歸納。
【教師】
情感教育:介紹歐姆及其實驗裝置(圖6),闡述原創(chuàng)性實驗的開拓性及對科學(xué)發(fā)展的重大影響!
【學(xué)生】
好奇、興奮。
探究環(huán)節(jié)三:描繪二極管小燈泡伏安特性曲線
(一)提出問題
【教師】
下面我們分四小組、兩大組分別描繪二極管和小燈泡的伏安特性曲線。
【學(xué)生】
更換器材、連接電路(圖7)。
(二)數(shù)據(jù)收集
(1)分組實驗
【學(xué)生】
分組實驗:1、2組二極管;3、4組小燈泡,同組成員相互協(xié)作。
【教師】
①指導(dǎo)學(xué)生打開軟件、實驗?zāi)0濉鞲衅髡{(diào)零,按操作指南要求收集數(shù)據(jù)、保存實驗,暫不關(guān)閉等待分享實驗數(shù)據(jù)。
②巡回指導(dǎo)。
③利用多媒體網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)了解各組實驗進度情況。
(2)成果分享
【教師】
通過廣播系統(tǒng)向全體同學(xué)展示4個小組實驗結(jié)果。
【學(xué)生】
觀察、對比。
【設(shè)計說明】
采用兩組差異化的實驗器材,提高了實驗效率,而通過尋找兩組不同圖線的異同,又能自然總結(jié)出非線性元件的概念。
(三)結(jié)論評估
【教師】
請分析兩圖線的異同(圖8)。
【學(xué)生】
(1)兩圖線均為曲線――二極管為非線性元件。
(2)兩圖線的彎曲方向不同――二極管的電阻隨電壓升高而減小;鎢絲的電阻隨電壓升高而增大。
(四)知識點辨析
【教師】
鎢絲(小燈泡燈絲)屬于金屬導(dǎo)體,但其伏安特性曲線為何呈現(xiàn)曲線?(圖9)
【學(xué)生】
因為燈絲溫度變化范圍過大。
【教師】
動畫:手工繪制鎢絲伏安特性曲線。
可以看出:曲線起始端溫度變化很小,呈現(xiàn)線性。
探究環(huán)節(jié)四:非線性元件
(一)非線性元件的概念
【教師】
(1)氣態(tài)導(dǎo)體和二極管的伏安特性曲線不是直線,這種元件稱為非線性元件。
(2)對非線性元件,歐姆定律不適用。
(3)非線性元件的電阻除了由材料本身決定外,還與加在其兩端的電壓有關(guān)。
【學(xué)生】
觀察、思考。
【設(shè)計說明】
實驗與知識點自然銜接。
(二)非線性伏安曲線的理解與應(yīng)用
(1)跟蹤練習(xí)――非線性伏安曲線的理解
【教師】
①小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖10所示,P為圖線上一點,PN為圖線在P點的切線,PQ為U軸的垂線,PM為I軸的垂線,則下列說法中正確的是( )
(2)拓展練習(xí)――非線性伏安曲線的應(yīng)用
【教師】
②一小燈泡的伏安特性曲線如圖11所示,將該燈泡與一個R=6 Ω的定值電阻串聯(lián),接入輸出電壓U=3 V的恒壓電源,如圖12所示,試求通過小燈泡的電流強度。
【學(xué)生】
解析:在小燈泡的伏安特性曲線中做出U=3-6I 的圖線(圖13)。
從兩圖線的交點求出通過小燈泡的電流強度為I = 0.22 A。
【設(shè)計說明】
拓展學(xué)生解題思路,增強學(xué)生圖線法解決問題的意識!
課堂小結(jié)
【教師】
引導(dǎo)學(xué)生回顧、歸納總結(jié)。
知識小結(jié):線性元件、歐姆定律、非線性元件。
方法小結(jié):實驗探究、圖線法、數(shù)字化。
【設(shè)計說明】
比知識更重要的是方法!
作業(yè)布置
【教師】
(1)課本P48頁2、3、4題。
(2)請你設(shè)計一套描繪二極管完整伏安特性曲線(含正、反向電壓)的方案。
(3)網(wǎng)上查閱歐姆定律的發(fā)現(xiàn)歷程。
【設(shè)計說明】
三道作業(yè)分別對應(yīng)“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”三維目標。
參考文獻:
[1]張金權(quán).DIS數(shù)字實驗系統(tǒng)與物理探究教學(xué)整合的策略[J].物理教學(xué)探討,2013,(11):56.
有效的教學(xué)應(yīng)該是有序的,何為有序?對于具體的一節(jié)課而言,“起、承、轉(zhuǎn)、合”幾個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣,相得益彰,那么概念圖用于探究式教學(xué)的策略如何呢?
1教師精心準備
備課是上好一節(jié)課的前提,運用概念圖組織探究式教學(xué),首先就要求我們教師對教學(xué)內(nèi)容需要的資源進行二次開發(fā),尤其注重收集生活中的現(xiàn)象,借助于多媒體將這些資源呈現(xiàn)出來,既引出了探究課題,也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,多個有聯(lián)系的資源同時呈現(xiàn),這體現(xiàn)了構(gòu)建概念圖的意識和思想.同時,教學(xué)目標也可以借助于概念圖完整地呈現(xiàn).例如,探究歐姆定律,可以設(shè)置教學(xué)目標如圖2所示.
2學(xué)生預(yù)習(xí),初建概念圖
課前預(yù)習(xí)對于一節(jié)課的學(xué)習(xí)效果而言,是至關(guān)重要的,學(xué)生通過自主預(yù)習(xí)對學(xué)習(xí)內(nèi)容有一個大致的了解,那么這些內(nèi)容之間及內(nèi)容與原有知識之間存在怎樣的聯(lián)系呢?可以自己嘗試著畫概念圖,將自己能夠同化的概念課前消化一部分,同時將疑問暴露出來。例如,探究歐姆定律這節(jié)課,圍繞中心概念“電流”,學(xué)生自主預(yù)習(xí)后可以構(gòu)成如圖3所示的概念圖.
3新課引入,資源可視化
物理概念都理性化,為了便于學(xué)生內(nèi)化和掌握知識,筆者認為我們課堂上給學(xué)生的學(xué)習(xí)資源一定要可視化,引入新課,可以用圖片、錄像、動畫等媒體手段引入,也可以將自己收集到的資源以概念圖的形式引入,展現(xiàn)給學(xué)生,幫助學(xué)生將新舊知識聯(lián)系到一起.
4講授新課,進行科學(xué)探究
探究式物理課學(xué)生的探究活動是主要內(nèi)容,這個過程也是可以實現(xiàn)可視化的,可視化的思維過程讓學(xué)生的實驗方法有效地遷移到規(guī)律探究中來,當然這個過程要讓學(xué)生自己來完成,切忌由教師越俎代庖,給學(xué)生留足思維的時間和空間,在學(xué)生思維出現(xiàn)困難時,給予必要的幫助或提示,將方法遷移過來,促使學(xué)生能夠完成探究.例如,探究歐姆定律這節(jié)課,探究時涉及到控制變量法,那么如何探究呢?能夠和前期哪些規(guī)律探究構(gòu)成聯(lián)系呢?引導(dǎo)學(xué)生邊思考邊構(gòu)建概念圖(圖4).
5歸納總結(jié),完善概念圖
[關(guān)鍵詞]:歐姆定律;物理結(jié)論;表述;形成過程
中圖分類號:G4
物理結(jié)論常用的表達方式有:文字敘述、數(shù)學(xué)語言表達、特定表示法,初中物理中以文字敘述最為常見。物理結(jié)論的表述要求科學(xué)、準確,同時必須注意結(jié)論的嚴密性和邏輯性。物理結(jié)論的形成通常建立在數(shù)據(jù)分析和因果關(guān)系分析,這兩種關(guān)系的分析一般采用控制變量的研究方法,如果能知道一個現(xiàn)象的發(fā)生是由于某個原因引起的,又能從該現(xiàn)象和某原因之間所存在的數(shù)量關(guān)系中找出規(guī)律,只要把這兩個方面概括起來進行描述,就很容易得出實驗結(jié)論。下面結(jié)合歐姆定律的形成和理解,就同學(xué)們表述物理結(jié)論時出現(xiàn)的錯誤,談?wù)勎锢斫Y(jié)論的準確表述及形成過程。
歐姆定律這一基本規(guī)律,是初中電學(xué)知識的基礎(chǔ)和重點,可以說它是解決電學(xué)問題的一把金鑰匙。它揭示了電流、電壓、電阻三者之間的定量關(guān)系,是利用控制變量法在實驗的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的。即控制電阻不變,得到通過導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比;控制導(dǎo)體兩端的電壓不變,得到通過導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。教材(北師大版九年級物理教材)中表述為:導(dǎo)體中的電流,跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。它的表達式為:,表示導(dǎo)體中的電流的大小取決于這段導(dǎo)體兩端的電壓和這段導(dǎo)體的電阻,當導(dǎo)體兩端的電壓(U)或?qū)w本身的電阻(R)變化時,通過導(dǎo)體的電流(I)將發(fā)生相應(yīng)的變化。其中電流(I)、電壓(U)、電阻(R) 這三個物理量必須是對應(yīng)于同一導(dǎo)體(或同一段電路)在同一時刻(或同一段時間),也可以說是"一一對應(yīng)"的,即應(yīng)用歐姆定律時,必須講究同一性和同時性。用它進行計算時,帶入數(shù)據(jù)的單位必須統(tǒng)一為國際單位。另外,它還反映了導(dǎo)體兩端保持一定的電壓,是導(dǎo)體形成持續(xù)電流的條件。若導(dǎo)體本身的電阻(R)不為零,兩端的電壓(U)為零,則通過導(dǎo)體的電流(I)也為零,也就是,給一導(dǎo)體兩端不加電壓,就沒有電流通過;若導(dǎo)體是絕緣體電阻(R)可為無窮大,即使它的兩端有電壓(U),通過導(dǎo)體的電流(I)也為零,電流無法通過。
而通過歐姆定律得到的變形式表示一段導(dǎo)體兩端的電壓跟這段導(dǎo)體中的電流之比是一個不變的值,等于這個導(dǎo)體的電阻,它是電阻的計算式,而不是它的決定式。導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),是表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的本領(lǐng)大小,其大小只決定于導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度,跟導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體中有無電流無關(guān),不能受數(shù)學(xué)的思維定勢影響。
例題:某同學(xué)在做"探究通過導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系"的實驗中,收集了一些實驗數(shù)據(jù)如下表,由表內(nèi)數(shù)據(jù)可得的結(jié)論是:___________。【電壓U=3V】
電流I/A
0.3
0.2
0.1
電阻R/Ω
10
15
30
【錯誤結(jié)論之一】當導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻跟通過導(dǎo)體的電流成反比。
【病因】顛倒因果關(guān)系,犯邏輯錯誤
【分析 】原因和結(jié)果,在物理實驗中,通常表現(xiàn)為物理條件和現(xiàn)象,物理條件是原因,物理現(xiàn)象是結(jié)果,物理條件的改變引起了物理現(xiàn)象的變化。因此要歸納科學(xué)規(guī)律,一方面要關(guān)注物理條件改變與物理現(xiàn)象變化之間的聯(lián)系,另一方面還要注意兩個物理量的因果關(guān)系,不能前后顛倒。由于通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻這兩個因素有關(guān),因此本實驗探究通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系的方法是:保持導(dǎo)體兩端電壓不變,通過改變導(dǎo)體的電阻,來觀察電流的變化情況。電阻的變化是原因,電流的變化是結(jié)果。因此,表述這類問題必須首先明確"那是因、哪是果"。
【錯誤結(jié)論之二】當導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻越大,導(dǎo)體中的電流就越小?;蛘?,當導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻隨導(dǎo)體中的電流的增大而減小。
【病因】混淆定量描述與定性分析
【分析】從表中電流、電阻的實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律表明:當導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻增大為原來的幾倍,導(dǎo)體中的電流就減小為原來的幾分之一。兩個物理量之間存在反比關(guān)系,屬于定量關(guān)系,上述錯誤卻表達為×××隨×××的增大而減小,屬于定性關(guān)系,不準確。
【錯誤結(jié)論之三】導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。
【病因】注重結(jié)果,忽視條件
【分析】物理結(jié)論都有其成立的條件,表達時如果忽視了成立的條件,就是不準確的,甚至是錯誤的,這類問題常常用控制變量探究問題,分析實驗數(shù)據(jù)時,要分清哪個因素是自變量(引起實驗結(jié)果變化的原因),哪個因素是因變量(實驗結(jié)果,其變化是由其它因素的變化引起的),哪個因素是不變量(包括相等的量),最后得出正確結(jié)論,其格式一般為"在......不變(或相等)的情況下(條件) ......(結(jié)果)"
本人在長期的教學(xué)實踐中總結(jié)出,物理結(jié)論的形成一般分為以下四步:
(1)、抓問題。就是通過審題弄清要研究的問題,即研究對象。也就是說首先明確被研究量及相關(guān)的各個因素。上述問題研究的是通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻的關(guān)系。
(2)、找條件。確定結(jié)論成立的條件,即找出題目中給出的條件或控制哪些量不變。上述題目中給出導(dǎo)體兩端的電壓不變。
(3)、論關(guān)系。利用題目中的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象分析物理量之間的變化關(guān)系或規(guī)律,同時明確物理量之間的因果關(guān)系。從表中電流、電阻的數(shù)據(jù)變化中可以發(fā)現(xiàn):導(dǎo)體的電阻增大為原來的幾倍,導(dǎo)體中的電流就減小為原來的幾分之一。也就是說通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。
論文關(guān)鍵詞:解題思路,物理規(guī)律,物理概念
解物理題一般來說是根據(jù)題目敘述的物理情景和已知條件,運用某個物理規(guī)律或幾個規(guī)律去求出待求量的答案。因此解題思路應(yīng)該從物理規(guī)律中去尋找。從物理規(guī)律本身的分析中引出解題思路,是形成解題思路的基本方法。物理規(guī)律通常用一個數(shù)學(xué)公式表述,這個數(shù)學(xué)公式表述了有關(guān)物理量之間的數(shù)值關(guān)系,稱之為某某定律、定理。從定律、定理中找解題思路,就要求分析定律中涉及的每一個物理量的意義和各物理量之間的相互關(guān)系。這不但有利于加深對物理概念、物理規(guī)律的理解,也有利于抽象思維能力的提高。
現(xiàn)舉例說明上述觀點。
牛頓第二定律是質(zhì)點動力學(xué)的核心規(guī)律,動量定律、動能定理均可從牛頓第二定律導(dǎo)出。所以牛頓第二定律及其導(dǎo)出規(guī)律在解質(zhì)點動力學(xué)問題中占有極其重要的地位。當各量都取國際單位制時,牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達式為F合=ma,公式中F合這一項涉及具體的性質(zhì)力的規(guī)律,如萬有引力定律,庫侖定律等,涉及力的合成分解,以及矢量運算遵循的平行四邊形法則。a這一項涉及勻變速直線運動和勻速圓周運動等運動學(xué)方面的有關(guān)規(guī)律。所以全面掌握牛頓第二定律就掌握了力學(xué)中涉及的大多數(shù)規(guī)律和法則。
牛頓第二定律反映的是物體在力的作用下如何運動的問題,所以應(yīng)用牛頓第二定律時,首先必須明確研究對象,即確定研究主體,并將其從周圍環(huán)境中隔離出來(所謂隔離體法)。隔離體法在處理連結(jié)體問題時,在大多數(shù)情境中是必不可少的,如果取連結(jié)體的整體,則仍然是一個確定研究主體的問題。研究主題確定了,公式中的m這一項就定了;第二步即對研究主體進行受力分析,是F合這一項的要求,只有對物體進行正確的受力分析,才能確定其所受的合力;第三步,分析研究主體運動狀態(tài)的變化,從而由運動學(xué)規(guī)律確定a;第四步,建立牛頓定律的方程,隨后就是解方程和討論結(jié)果了。
綜上所述,應(yīng)用牛頓第二定律解題的四個步驟,不是人為的強加于學(xué)生的模式,而是應(yīng)用牛頓第二定律公式F合=ma本身的需要,這就是由物理規(guī)律本身去找解題思路的道理。
再舉一個電學(xué)的例子。、
歐姆定律I=是電學(xué)中一個最基本的公式,使用中要注意式中各量的值確屬同一電路或電阻,也就是確屬同一研究對象,即U是研究對象兩端的電壓,R是研究對象的阻值,I是流過研究對象的電流,防止張冠李戴。
我們舉一個實例:如圖,已知E=2V,r=0.5Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,求A、B之間和A、C之間的電壓。
分析:對整個閉合電路,由閉合電路歐姆定律,得:
I= (1)
隔離A、B之間的外電路,由部分電路歐姆定律,有
UAB=IRAB=I[] (2)
隔離R3,有
I3= (3)
對節(jié)點A,有 I=I1+I3 (4)
隔離R1,有 UAC=I1R1 (5)
由(1)--(5)式,代入數(shù)據(jù),得出
UAB=1.5V
UAC=0.5V
由此可以看出,在電路問題中,所謂整體,是指具有共同的干路電流的整個電路;所謂隔離,是指對電路的某一部分或某一元件進行研究,聯(lián)系各部分電路或元件的是連接處的電壓和電流,它們之間的關(guān)系由串并聯(lián)的電流、電壓的基本關(guān)系確定;歐姆定律既適用于電路整體,也適用于某一部分電路,即電學(xué)問題也存在研究對象問題。在研究對象確定好以后,再對確定對象進行有關(guān)的物理量分析,從而代入恰當?shù)奈锢矸匠踢M行計算和討論。
可見,解題思路是在分析物理規(guī)律中找出的,解題步驟是應(yīng)用物理規(guī)律的客觀需要。嚴格按照由物理規(guī)律本身得出的解題步驟,即用有序思路去解決每一個具體的物理問題,正是為了訓(xùn)練正確的思維方式,提高分析問題的能力,這無疑有助于克服解物理問題時無從下手的困難,有助于克服解題時思維混亂的無序狀態(tài)。
因此,為了有效地提高學(xué)生的思維素質(zhì)和多方面的能力,應(yīng)當從最基本之處著手,也就是讓學(xué)生實實在在地準確地理解和掌握物理概念和物理規(guī)律的內(nèi)涵、意義、相互關(guān)系、適用條件以及應(yīng)用中應(yīng)注意的問題等,并引導(dǎo)學(xué)生去思考、討論、分析、比較、歸納、總結(jié)所學(xué)的物理知識,從而逐漸領(lǐng)會和掌握物理學(xué)的思想、觀點和方法。果能如此,學(xué)生就不會被動地在茫茫題海中苦苦追求,而能看清物理知識的經(jīng)緯,有目的主動巡游。其實這種從規(guī)律中引出方法的觀點,不但對解決問題、應(yīng)試有用,對未來大學(xué)的學(xué)習(xí),甚至在大學(xué)以后的工作、生活中也有普遍的意義。
關(guān)鍵詞:制定目標;回顧知識;方法指導(dǎo);精選;培優(yōu)補差
G633.7
復(fù)習(xí)是教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié),其主要任務(wù)是使學(xué)生鞏固和加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識、使其系統(tǒng)化。還包括對各種能力進行訓(xùn)練和再提高。鞏固掌握的知識是繼續(xù)學(xué)習(xí)和靈活運用知識的前提。要鞏固掌握的知識,必須跟遺忘作斗爭,教育心理學(xué)告訴我們,在認識新知識的時候,遺忘也就同進開始,而且在開始時,遺忘的分量多,速度快,以后則遺忘的分量少,速度變慢,所以學(xué)習(xí)不僅必須復(fù)習(xí),而且還要及時復(fù)習(xí)。
復(fù)習(xí)課的困難在于教學(xué)內(nèi)容基本上都是學(xué)生學(xué)過的,處理不好,就往往會乏味。如何復(fù)習(xí),怎么有效地進行復(fù)習(xí),才能使相關(guān)聯(lián)的知識進行很好的串聯(lián)與銜接,這直接關(guān)系到學(xué)生的中考成績。因此上好一堂復(fù)習(xí)課,必須從以下幾個方面入手:
一、認真鉆研新課程標準,制定合理的復(fù)習(xí)目標
新課程標準給教師提供了教學(xué)參考,在進行復(fù)習(xí)的同時,一定要緊扣課本,真正做到有的放失。復(fù)習(xí)目標要針對所學(xué)內(nèi)容和學(xué)情來制定,不能太高,如果太高不適合學(xué)生的發(fā)展與認知水平,也不能太低,如果太低,學(xué)生的能力得不到提高。
二、根據(jù)設(shè)定的目標,回顧所學(xué)知識。
基礎(chǔ)知識是解決問題的基礎(chǔ),如果對基礎(chǔ)知識不理解,或不了解,復(fù)習(xí)效果一定不理想,所以要想上好復(fù)習(xí)課,基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí)是缺少不了的。應(yīng)根據(jù)自己所設(shè)定的目標及目標中所達的程度,合理的安排好基本概念的復(fù)習(xí),公式的理解,各個知識點之間的聯(lián)系。例如,對歐姆定律復(fù)習(xí)時,需要讓學(xué)生了解電流、電壓和電阻的概念,以及三個物理量各自的符號、單位及單位的換算,包括這三個物理量在串、并聯(lián)電路中的規(guī)律等等。若將相關(guān)聯(lián)的知識串聯(lián)起來,還需要畫出與歐姆定律內(nèi)容相關(guān)的思維導(dǎo)圖,它能幫助學(xué)生去理解與鞏固歐姆定律的知識。針對這一目標,學(xué)生所要掌握的內(nèi)容比較多,例如,學(xué)生要會畫探究電流與電阻、電壓關(guān)系的電路圖,會連接實物圖,會選擇合適的方法進行研究,會使用電流表、電壓表和滑動變阻器,會用自己的語言描述所得出的結(jié)論,分清歐姆定律表達式及它的變形式,歐姆定律表達式中各個物理量的關(guān)系等。
三、注重知識的應(yīng)用,注重解題方法的指導(dǎo)
物理解題是復(fù)習(xí)的有效手段之一,在這一過程中要讓學(xué)生的能力達到一定的程度,教師必須做到以下幾點:
1.精選練習(xí)
提高學(xué)生思維和解題能力是習(xí)題課的核心任務(wù).要達到這個目的,習(xí)題的選擇是關(guān)鍵。選題前要做到“三了解”――了解課程標準,了解教材內(nèi)容,了解學(xué)生。教師要參照新課程標準,認真鉆研教材,對課本或選出的題目進行分類,所選題目的形式要多樣,份量要恰當,難易程度要適宜,所選的題目要注意聯(lián)系實際,聯(lián)系社會,還要注意習(xí)題的一題多解,習(xí)題的變式,注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)。同時所選習(xí)題既要照顧各個知識點,又要有梯度有層次,這樣才能調(diào)動各類學(xué)生的積極性。通過練習(xí)、講評、概括、歸納和總結(jié)。找出解決問題的思路和技巧,將知識轉(zhuǎn)化成能力,從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)試能力。否則練習(xí)過繁、過多,會使學(xué)生陷于題海,難于應(yīng)付。
2.精講練習(xí)
講解習(xí)題是整個課堂的主要過程,怎么講解習(xí)題,采用什么樣的方式講解,關(guān)系到課堂的效率,我覺得上好一節(jié)復(fù)習(xí)課必須要考慮以下幾點
首先,養(yǎng)成學(xué)生審題的習(xí)慣。通過解題可以使學(xué)生進一步掌握物理概念、定律及公式的意義。學(xué)生解好題,必須審好題,審題主要是弄清題意,明確題中已知是什么,要求是什么,題目中涉及哪些概念和規(guī)律,以及解答本題的基本途徑。通過審題學(xué)生可以從題目中找到一些有用的信息,特別是題目中存在的隱含條件,及找到解決問題的突破口。
其次,講解習(xí)題時,要形式多樣,方法多樣。每種教學(xué)方法就其本質(zhì)來說都是相對辨證的,它們都既有優(yōu)點又有缺點。每種方法都可能有效地解決某些問題,而相對于解決別的問題則不一定有效,每種方法都可能會有助于達到某種目的,卻妨礙達到別的目的。為適應(yīng)不同學(xué)生的需要,教學(xué)方法應(yīng)提倡多樣性,應(yīng)根據(jù)不同的教學(xué)目標,不同學(xué)生的心理特征和學(xué)生的知識基礎(chǔ),將題目分類,提高學(xué)生概括能力。v解題目時,重點要突出,難點要突破。只有精講,學(xué)生才有時間練習(xí),切不可一講到底,導(dǎo)致學(xué)生的思維容易混亂,學(xué)生不容易概括出解某種題型所需的方法。講解每一個類型題目時,教師可以邊講邊練,講練結(jié)合的方式,讓學(xué)生熟悉一種解題方法,總結(jié)解決這類題目的方法,然后再利用自己總結(jié)的方法去解同樣類型題,提高自己的解題能力。
最后,樹立學(xué)生的自信心。初三學(xué)生面臨著中考,普遍學(xué)生感到中考高深莫測,是因為他們對中考題目的難易程度不了解,如果教師選擇與之相類似的中考題讓學(xué)生練習(xí),他們會發(fā)現(xiàn)中考題不是難的,憑自己的能力完全可以解決這些題目,無形之中增強了他們的自信心。
四、培優(yōu)補差
課堂復(fù)習(xí)要立足中等生,提高優(yōu)等生,扶持學(xué)困生。復(fù)習(xí)進度和教法以中等學(xué)生水平為基點。要求中等學(xué)生按教師的安排進行系統(tǒng)的復(fù)習(xí),注意能力方面的培養(yǎng)和提高。對優(yōu)等學(xué)生要發(fā)揮他們的學(xué)習(xí)優(yōu)勢;對差生發(fā)現(xiàn)閃光點,及時給予表揚和鼓勵,使他們增強學(xué)習(xí)物理的信心,提高復(fù)習(xí)物理的積極性和主動性。
五、重視物理實驗,將實驗探究引入復(fù)習(xí)課堂
一、辨析概念,夯實基礎(chǔ)
任何知識的學(xué)習(xí)掌握都離不開基礎(chǔ)知識。電學(xué)部分的基礎(chǔ)知識多、散、要辨析清楚、固記腦中。
(一)、關(guān)于電路
1、串聯(lián)、并聯(lián)
初中物理中要求學(xué)生掌握最基本的兩種連接方式:串聯(lián)、并聯(lián)。能否正確分析辨別他們對后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。識別電路的類型,可以根據(jù)定義:“逐個順次連接”為串聯(lián),各元件“首首相接、尾尾相接”并列地連在電路的兩點間,(“首”為電流流入用電器的哪一端,“尾”指電流流出用電器的那一端)此電路為并聯(lián)電路。
2、通路、開路、短路
電路中出現(xiàn)的這三種狀態(tài),其中通路為處處相通的電路,開路為電路中有處斷開的電路,這兩種狀態(tài)易于接受,便于分清。但是學(xué)生對于短路的分辨顯得力不從心,不知道何處短路,為什么短路。其實只要注意分析的要點即可辨出何處短路。電流具有走捷徑的特點,捷徑是指這條路徑中電阻很小,小到可以忽略不計、即為空導(dǎo)線,當一根空導(dǎo)線,或開關(guān)、或電流表(電阻小到可以認為沒有)與某個用電器并聯(lián)時,電流只走空導(dǎo)線,開關(guān)或電流表而不走用電器,使該用電器被短路,從而不能工作。
(二)三個重要的物理量—電流、電壓、電阻
1、概念辨析
電荷的定向移動形成電流,這是電流的形成定義,簡單便于理解;電壓是形成電流的原因,沒有電壓就沒有電流;電阻是指導(dǎo)體對電流的阻礙作用,即阻礙作用越大,電流越小。
2、表示符號
電流、電壓、電阻三物理量分別用I、U、R表示,而單位表示字母分別為A(安培)、V(伏特)、Ω(歐姆)。
3、工具的使用
電流表是測量電流的工具;電壓表是測量電路兩端電壓的工具;調(diào)節(jié)電路中的電流和用電器兩端的電壓,可以使用滑動變阻器。
(三)電功(W)、電功率(P)
物理學(xué)中電功沒有確切的定義,只是描述性的,當電能轉(zhuǎn)為其它形式能時,就說做了電功。即電功就表示有多少電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能,如果知道了電功的多少,就知道了消耗多少電能。而用電器單位時間內(nèi)消耗的電能叫做電功率。電功率的大小不僅取決于消耗電能的多少,也取決于所用的時間的長短。
二、理解規(guī)律,把握關(guān)鍵
(一)三個物理量在串、并聯(lián)電路中的特點
在串聯(lián)電路中:電流處處相等;電路兩端的總電壓等于部分電路兩端電壓之和;總電阻等于各導(dǎo)體的電阻之和。在并聯(lián)電路中:干路中電流等于各支路電流之和;各支路兩端的電壓相等;并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)導(dǎo)體的電阻倒數(shù)之和。
(二)歐姆定律
一段導(dǎo)體的電流,跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。這個定律非常重要,一定要加強理解,熟記其使用的條件及注意事項。
(三)電功定律
某段電路上的電功,跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流以及通電的時間成正比。物理學(xué)中用電路兩端的電壓U,電路中的電流I,通過的時間t,三者的乘積來計算電功。
(四)焦耳定律
導(dǎo)體中有電流通過時,導(dǎo)體就要發(fā)熱,此現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng)。英國物理學(xué)家焦耳經(jīng)過多年的研究,做了大量的實驗,精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和時間的關(guān)系:電流流過某段導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量跟通過這段導(dǎo)體的電流的平方成正比,跟這段導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電的時間成正比。
三、疏通關(guān)系,構(gòu)建框架
在掌握了上述理論知識的基礎(chǔ)上,還要想法疏通各個物理量之間的關(guān)系,熟悉各物理量的單位及換算關(guān)系,能夠快速選擇相應(yīng)的計算公式,列式解答。
(一)重要的計算公式
1、三個物理量的關(guān)系公式
串聯(lián)時:I=I1=I2;U=U1+U2;R=R1+R2(若有幾個等阻值為R0的電阻串聯(lián)則R=nR0)
并聯(lián)時:I=I1+I2;U=U1=U2;1/R=1/R1+1/R2(若有幾個阻值為R0的電阻并聯(lián)則總電阻R=RO/n)
2、歐姆定律:I=U/R
此公式中只有電流、電壓、電阻三個物理量,但它的作用非常重要。在使用公式時要注意:①三個物理量都要針對同一段導(dǎo)體,或同一個電路而言;②三個物理量的單位都要使用國際單位,即分別為A、V、Ω;③已知其中的任意兩個量都可以求出第三個量。 3、電功公式:W=Uit;電功率公式:P=UI
電功、電功率這兩個物理量的計算由于歐姆定律及其變形公式的影響,使計算電功率公式特別多,在選擇使用時很難選擇,所以要注意選取的技巧和方法,要求的問題所在電路為串聯(lián)時:電功選用公式:W=I2 Rt,電功率選用P=I2 R;而當要求所在的電路為并聯(lián)時,則分別選用W=U2/R.t,P=U2/R,這樣的選擇都利用了所在電路的特點(電流相等或電壓相等)加快解題。
4、焦耳定律:Q=I2 Rt
焦耳定律的公式與電功公式的形式基本一樣,使用時同樣要注意公式的選擇問題,當所求問題的電路為純電阻(除了電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,別無其他形式的能產(chǎn)生)電路時,幾個公式可以任意選取;若不是純電阻電路只可使用公式Q=I2 Rt不然的話計算有誤。
(二)單位的換算
單位換算的前提條件有兩個:一是記住每個物理量的單位及表示符號;二是要牢記各單位之間的換算進率。其中電流、電壓、電阻這三個物理量的單位較多,注意每個物理量的任何兩個相鄰的單位間的換算進率都為1000。還要注意一點,由于歐姆定律及其變形公式的影響,電功、電功率,焦耳定律的公式較多,產(chǎn)生的單位同樣很多,使用時各物理量均使用國際單位。
四、善于總結(jié),歸納要領(lǐng)
下面的這些要領(lǐng)非常重要。
(一)串、并聯(lián)電路的識別
上面已經(jīng)提到區(qū)別它們的方法,在做題中要選取適當?shù)姆椒?迅速作出判斷。
(二)短路的辨別
把握短路現(xiàn)象的真正含義——電流不經(jīng)過用電器回到電源的負極。注意電流的特性——電流走捷徑。當在電路中發(fā)現(xiàn)有空導(dǎo)線,開關(guān)或電流表等元件與用電器并聯(lián)時,相應(yīng)的用電器被短路不工作。
(三)串、并聯(lián)電路中的三個物理量的關(guān)系
兩種電路中的三個物理量的大小關(guān)系,前面已說得較為詳細,但這一點要特別重視,牢記串聯(lián)時電流相等,并聯(lián)時電壓相等,這一點解題時作用特別大。
(四)關(guān)于解題時公式的選擇
一、物理規(guī)律教學(xué)的重要性
物理規(guī)律是物理學(xué)知識體系的核心構(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)知識體系的核心
物理學(xué)的知識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)的各個分支體系。例如光的反射定律和折射定律是光學(xué)知識的中心,歐姆定律、串并聯(lián)電路的規(guī)律和焦耳定律是電學(xué)知識的中心等等。
2.使學(xué)生掌握物理規(guī)律是物理知識教學(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)物理知識的中心任務(wù)應(yīng)該是掌握物理規(guī)律并應(yīng)用于實際。
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),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去解決實際問題。由此可見,使學(xué)生掌握好物理規(guī)律是物理知識教學(xué)的中心任務(wù)。
二、物理規(guī)律的特點及其分類
1.物理規(guī)律的特點
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:
(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)律被認識與發(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)運動所遵循的規(guī)律,因此必然與人們認識物理世界的途徑有關(guān),即都與觀察、實驗、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,研究對象是導(dǎo)體,電流(I)、電壓(U)、電阻(R)是3個可測量的物理量。它表明了通過研究對象(導(dǎo)體)的電流與研究對象(導(dǎo)體)的電阻(R是反映研究對象本身的量)和加在研究對象(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),物理運動各有不同的形式,有宏觀的、微觀的,有機械運動現(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驗的結(jié)果中概括總結(jié)出來的物理規(guī)律,如牛頓運動定律、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),對某特定事物或現(xiàn)象進行演繹、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)得起實踐檢驗的物理規(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)生認識物理規(guī)律的過程也相當于一個探索與研究的過程,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。教師要有意識地提供一個便于探索規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的物理環(huán)境。創(chuàng)設(shè)物理環(huán)境常用的方法有實驗法和舉例法。
(1)實驗法
教師借助于演示實驗或?qū)W生實驗,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所做的小車分別通過毛巾、棉布、木板表面所滑動距離大小的實驗(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,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進行抽象思維,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)實驗歸納法
例如,用一般水做實驗得到“浮力等于物體所排開的水重”,再改用煤油或酒精做實驗也得到了同樣的結(jié)果,而且把物體全部浸入水中或部分浸入水中做實驗都得到了同樣的結(jié)論,最后歸納得到了阿基米德原理。
(2)單因子實驗法
對于多因子的物理過程,可運用單因子實驗,先分別固定幾個物理量而研究其中兩個量之間的關(guān)系,最后綜合為一個完整的物理規(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)實驗條件,精確測定數(shù)據(jù)有困難,有些定量的實驗不易成功,因此,可以在觀察定性實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進行定量推演或分析介紹,最后形成規(guī)律。例如焦耳定律,實驗時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。實驗表明,電阻越大,電流強度越大,通電時間越長,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)生的熱量跟電流強度的平方成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電時間成正比,Q=I2Rt。
3.下定論并對規(guī)律進行討論,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,必要時還要與相近規(guī)律進行比較。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)體時產(chǎn)生的熱量與電流強度的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時間有關(guān),這個關(guān)系是正比關(guān)系,由此得到焦耳定律的數(shù)學(xué)表達式為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。這個公式中各字母代表的物理意義,學(xué)生必須十分清楚,運用過程中才不至于出現(xiàn)差錯。
(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,也只能在這個條件下、這個范圍內(nèi)才成立。學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律時,往往只知道死背條文而忽視了成立條件和適用范圍,在實際應(yīng)用中亂套,在遇到情況變化時就難以下手,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動狀態(tài)”。
有些規(guī)律在敘述中只提出成立條件,必要時可以補充說明適用范圍。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)和認識水平,只強調(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,主要存在以下幾個方面的問題:
1.感性知識不足
中學(xué)物理規(guī)律的教學(xué),許多是從事實出發(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,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驗或?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)系的實驗作基礎(chǔ),學(xué)生對這些規(guī)律就很難理解。
2.學(xué)生在日常生活中形成的錯誤觀念的干擾
學(xué)生在日常生活中積累了一定的生活經(jīng)驗,對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,甚至是錯誤的觀念。這些先入為主的錯誤觀念對學(xué)生正確理解物理規(guī)律往往起著嚴重的干擾作用。如:學(xué)生在運動和力的關(guān)系上往往有“物體受力才能運動,不受外力,物體根本不會運動”的觀念,這就給學(xué)生正確理解運動和力的關(guān)系帶來了很大的困難。
3.抽象邏輯思維能力不強
在物理規(guī)律的研究和運用中,有時要進行嚴格的邏輯推理和科學(xué)的想象等抽象思維活動;在運用物理規(guī)律解決某些問題時,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,對于不同年級的學(xué)生和不同的學(xué)生個體,這個發(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,這就使他們在學(xué)習(xí)和運用物理規(guī)律時遇到了較大的困難。
4.不會運用物理規(guī)律說明、解釋現(xiàn)象和分析解決實際問題
中學(xué)階段,學(xué)生在理解物理規(guī)律上,經(jīng)過努力并不會感到很困難,但是運用起來常常會束手無策。形成的原因,除了知識上的欠缺和思維習(xí)慣、思維定勢的干擾等因素外,最主要的是學(xué)生還未掌握運用物理知識去分析、處理、解決問題的思路和方法,因此,學(xué)生在完成認識的第二個“飛躍”上困難較大。
物理規(guī)律的教學(xué)要有階段性,要有一個逐步深化、提高的過程。對于同一物理規(guī)律,初中、高中有不同層次的要求,因此,我們應(yīng)遵循學(xué)生的認知規(guī)律,由淺入深,一步步地通過一系列的教學(xué)活動,來提高物理規(guī)律的教學(xué)水平。
參考文獻
[1]閻金鋒 田世昆 中學(xué)物理教學(xué)概論[M]。
[2]閻金鋒 田世昆 中學(xué)物理教學(xué)概論(第二版)[M]。
【關(guān)鍵詞】控制變量法 初中物理 探究實驗 應(yīng)用
控制變量法在研究問題時把多因素作用問題控制為只改變一個因素,然后研究改變因素對結(jié)果的影響,然后再進行綜合解決,這種方法在初中物理的教學(xué)和解題中起著很重要的作用。在教學(xué)中,教師可以用控制變量法進行探究性實驗教學(xué),有利于組織教學(xué),使得所講問題深入淺出,學(xué)生理解問題更加深刻。在解題時,控制變量法的思想可以幫助學(xué)生快速準確地找到突破點,得出答案。
一、控制變量法概述
在自然界中,一個現(xiàn)象的變化往往不是由一個因素引起的,而是由許多因素引起的。這些引起變化的因素中有的因素對變化現(xiàn)象的影響大,有的因素對變化現(xiàn)象的影響小,規(guī)律各不相同。要想搞清楚每一個變化因素對變化事物的影響規(guī)律,就必須清楚變化事物中哪些是自變量,哪些是因變量,然后對研究對象進行控制,使得其他自變量不變,只改變其中的一個自變量,觀察所研究因變量與這個自變量的變化關(guān)系,然后再改變其他的自變量,觀察因變量與自變量的變化關(guān)系,逐一對自變量進行研究。這種對自變量分別進行控制,逐一進行研究,然后再總結(jié)歸納出每個自變量與因變量的關(guān)系的研究方法就叫做控制變量法。
物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,掌握一種重要的研究方法對于學(xué)好物理有著很大的幫助??刂谱兞糠ㄔ诔踔形锢韺W(xué)習(xí)中是一種很常用的研究方法,其中在研究蒸發(fā)快慢與哪些因素有關(guān),摩擦力的大小與哪些因素有關(guān),電阻的大小與導(dǎo)體的哪些因素有關(guān),歐姆定律、焦耳定律等過程中都用到了控制變量法。可以說控制變量法的使用使得在研究問題的過程中變得有章可循,是物理探究性實驗研究的一種好方法。
二、控制變量法在教學(xué)中的應(yīng)用
控制變量法在教學(xué)中的應(yīng)用突出表現(xiàn)在對物理規(guī)律的講解中,比如說:“滑動摩擦力大小的研究,固體壓強與受力面積和壓力的關(guān)系,牛頓第一定律,歐姆定律等等?!?/p>
例如:滑動摩擦力大小的實驗教學(xué),教師可以做演示實驗:用彈簧測力計拉物體勻速直線運動,通過改變物體的壓力和滑動接觸面來引導(dǎo)學(xué)生用控制變量法進行研究。在研究過程中先固定滑動接觸面,研究物體承受的壓力與摩擦力的關(guān)系,然后再固定物體承受的壓力,研究接觸面的粗糙程度與摩擦力的關(guān)系,最后總結(jié)歸納出滑動摩擦力的公式。
教學(xué)中教師在備課時要充分準備設(shè)計控制變量法的探究性實驗,通過實驗的教學(xué)方法來幫助學(xué)生深刻理解所學(xué)知識,建立起知識的網(wǎng)絡(luò),明白單一自變量對因變量的影響。然后教師再帶領(lǐng)學(xué)生歸納總結(jié)每一個自變量對因變量的影響,驗證一些重要定理公式的正確性,幫助學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記憶公式定理。
三、控制變量法在解題時的應(yīng)用
在初中物理的習(xí)題中,常常會出一些沒有數(shù)據(jù)的實際問題,學(xué)生習(xí)慣了通過計算數(shù)據(jù)來解決問題,遇到實際問題的習(xí)題往往會感到無從下手。這時如果采用“控制變量法”的思維進行分析,就會達到事半功倍的效果。
例如:相同質(zhì)量的水和煤油,如果它們吸收相同的熱量,那么誰的溫度變化范圍大?
分析:這道題同上一道題類似,分析題意可知,要想得到結(jié)果,需要分析四個物理量,即熱量公式:Q = cmt中的熱量、比熱容、質(zhì)量、溫度變化值。題中問的是誰的問題變化范圍大,即t,變換公式得:t = Q/ cm,運用控制變量法的思想可知,二者吸收熱量相同,質(zhì)量相同,那么水和煤油誰的比熱容小,誰的溫度變化范圍就大,答案為煤油。
對于這類型的物理題,學(xué)生要深度挖掘題意,將題中的實際問題轉(zhuǎn)換為相關(guān)的定理公式,然后提煉出題干中可能影響結(jié)果有關(guān)的相同變量和不同變量,然后依據(jù)相關(guān)公式進行推導(dǎo)討論,最終準確快速地得出正確的答案。
四、結(jié)束語
控制變量法在解決多變量的問題中發(fā)揮了很大的作用,在初中物理的教學(xué)中,教師要充分利用控制變量法的探究性實驗來教學(xué),幫助學(xué)生領(lǐng)悟所學(xué)知識的內(nèi)涵,并教會學(xué)生靈活運用控制變量法,使得學(xué)生在做題時可以快速準確地得出答案,在遇到新問題時可以用這種方法進行分析探究。另外隨著新課改的施行,中考物理的實驗題越來越傾向于開放性的實驗,這樣的實驗往往需要學(xué)生自己設(shè)計實驗方法和實驗步驟,對需要解決的問題進行分析討論。這樣的實驗試題中,控制變量的方法就顯示出了無可代替的優(yōu)勢,可以幫助學(xué)生更好地進行實驗設(shè)計。所以學(xué)生深刻理解控制變量法,并能熟練地運用,對于初中物理的學(xué)習(xí)有很大的幫助。
參考文獻: