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【文章一:稳恒电流】
稳恒电流
一、主要内容
本章内容包括电流、产生持续电流的条件、电阻、电压、电动势、内电阻、路端电压、电功、电功率等基本概念,以及电阻串并联的特点、欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律、串联电路的分压作用、并联电路的分流作用等规律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法有运用电路分析法画出等效电路图,掌握电路在不同连接方式下结构特点,进而分析能量分配关系是最重要的方法;注意理想化模型与非理想化模型的区别与联系;熟练运用逻辑推理方法,分析局部电路与整体电路的关系
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:不对电路进行分析就照搬旧的解题套路乱套公式;逻辑推理时没有逐步展开,企图走"捷径";造成思维"短路";对含有电容器的问题忽略了动态变化过程的分析。
【文章二:动量守恒定律】
一、主要内容
本章内容包括动量、冲量、反冲等基本概念和动量定理、动量守恒定律等基本规律。冲量是物体间相互作用一段时间的结果,动量是描述物体做机械运动时某一时刻的状态量,物体受到冲量作用的结果,将导致物体动量的变化。冲量和动量都是矢量,它们的加、减运算都遵守矢量的平行四边形法则。
二、基本方法
本章中所涉及到的基本方法主要是一维的矢量运算方法,其中包括动量定理的应用和动量守定律的应用,由于力和动量均为矢量。因此,在应用动理定理和动量守恒定律时要首先选取正方向,正规定的正方向一致的力或动量取正值,反之取负值而不能只关注力或动量数值的大小;另外,理论上讲,只有在系统所受合外力为零的情况下系统的动量才守恒,但对于某些具体的动量守恒定律应用过程中,若系统所受的外力远小于系统内部相互作用的内力,则也可视为系统的动量守恒,这是一种近似处理问题的方法。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:只注意力或动量的数值大小,而忽视力和动量的方向性,造成应用动量定理和动量守恒定律一列方程就出错;对于动量守恒定律中各速度均为相对于地面的速度认识不清。对题目中所给出的速度值不加分析,盲目地套入公式,这也是一些学生常犯的错误。
【文章三:质点的运动】
一、主要内容
本章内容包括位移、路程、时间、时刻、平均速度、即时速度、线速度、角速度、加速度等基本概念,以及匀变速直线运动的规律、平抛运动的规律及圆周运动的规律。在学习中要注意准确理解位移、速度、加速度等基本概念,特别应该理解位移与距离(路程)、速度与速率、时间与时刻、加速度与速度及速度变化量的不同。
二、基本方法
本章中所涉及到的基本方法有:利用运动合成与分解的方法研究平抛运动的问题,这是将复杂的问题利用分解的方法将其划分为若干个简单问题的基本方法;利用物理量间的函数关系图像研究物体的运动规律的方法,这也是形象、直观的研究物理问题的一种基本方法。这些具体方法中所包含的思想,在整个物理学研究问题中都是经常用到的。因此,在学习过程中要特别加以体会。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:对要领理解不深刻,如加速度的大小与速度大小、速度变化量的大小,加速度的方向与速度的方向之间常混淆不清;对位移、速度、加速度这些矢量运算过程中正、负号的使用出现混乱:在未对物体运动(特别是物体做减速运动)过程进行准确分析的情况下,盲目地套公式进行运算等。
【文章四:原子原子核】
原子原子核
一、主要内容
本章内容包括α粒子散射、能级、天然放射性现象、α射线、β射线、γ射线、核子、中子、质子、原子核、核能、质量亏损、裂变、链式反应、聚变等,以及原子核式结构模、半衰期、核反应方程、爱因斯坦的质能方程等规律。
二、基本方法
本章所涉及的基本方法,由于知识点相对分散要加强物理现象的本质的理解。运用逻辑推理的方法,根据已有的规律和事实、条件作出新的判断。核能的计算对有效数字的要求很高。
三、错解分析
在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:各个概念、现象混淆;对多种可能性的问题分析浅尝则止;计算不过硬。
【文章五:电磁感应】
一、主要内容
本章内容包括电磁感应现象、自感现象、感应电动势、磁通量的变化率等基本概念,以及法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则等规律。
二、基本方法
本章涉及到的基本方法,要求能够从空间想象的角度理解法拉第电磁感应定律。用画图的方法将题目中所叙述的电磁感应现象表示出来。能够将电磁感应现象的实际问题抽象成直流电路的问题;能够用能量转化和守恒的观点分析解决电磁感应问题;会用图象表示电磁感应的物理过程,也能够识别电磁感应问题的图像。
关键词:初中生物理;初步实验;设计能力;培养浅议
初中生的初步实验设计能力指的是在探究学习过程中,学生按照一定的实验目的,为自己的实验学习选择最恰当的探究方式和所需的器材工具,采用适当的物理知识和实验技巧,对其进行灵活、综合的运用,并拟定出具备可行性方案的能力。这不仅需要学生具备创新意识,而且还要扎根于厚实的专业基础之上。
1.物理初步实验设计能力培养原则与策略
1.1培养原则
初步实验设计能力培养原则的确立能够为教学效果的实现奠定基础。首先是循序渐进,教学工作中必须遵循知识教学逻辑,要充分考虑到学生自身的心理发展顺序,让学生能够更加有序的、系统完整的接受学科教育,促进身心健康发展。在教学中不可以急于求成,要慢慢的潜移默化,让学生边学边用,体会知识的乐趣,阶段性的解决学术中的难题。第二个是因材施教的原则,从学生的实际情况出发,让教学层面的深广度以及进度都能够符合学生的知识能力水平,充分结合学生的个性特点,让学生的才能品行都能够充分发展。第三为激励性原则,作为一种动力因素的存在,教师要争取能够利用多种方式去激励学生获得前进的动力,逐步形成热爱学习的习惯,挖掘学生潜能,提高教学的实际质量,加快培养人才的步伐。第四为主体性原则,充分强调教师的主导作用,进而引导主体人员——学生,学会充分结合社会环境以及自然环境的有利因素,放心尝试,主动进行探索追求,同时尊重学生在学术思想上的无限追求和创造力,教会其如何去独立思考。最后为反馈内化原则,学生在教师的引导下认识到自身在学习及其它活动中的表现,再通过参与和选择,不断将教师的要求转变为自身的一种自觉行为,获得持续性的发展。
1.2教学策略
实验设计环节是物理实验当中最为高级的层次,同时也是学生探索新知识的最佳途径。教师可以帮助学生创造更多实验设计的机会,体会到设计的重要性所在,认识最基本的原则,掌握具体的设计方法。可以从加强开展实验探究教学开始,充分利用课本中出现的探究性实验案例,不再是一味的跟从教师的思路走,学生可以适当活用自己所掌握的知识,或者将某些属于验证性的实验转化为探究性实验,到处找实验内容。
例如对于二力平衡的条件探索、阿基米德原理等的实验。将验证性变为探究性,不断扩大学生的实践空间、提高思维分析能力。教师也可以主动将一些疑难问题,列为探究性实验的主要内容。在解答某些较难理解的问题时,如果具备探究的条件,可以让学生尝试设计方案来动手进行实践,通过分析归纳最后得到结论,对于学生来说是一种能力上的提高。也可以将生产或者生活的具体素材投放到实验教学中来,物理学科本来就来源于生活,回到生活也是理所应当,让学生在生活中走进物理。不断规范实验设计的思路,教师要充分挖掘教材资源,教授学生分析设计的方法,有意识的将规范性的设计方案交与学生。把握好实验设计的基本原则问题,不仅需要科学的思维能力,还要掌握正确的方法步骤,最后还要用精准的语言来描述现象的发生,记录下所有的一切。
此外也要培养良好的品质思维,此为核心环节。可以通过一些实验解决新奇现象来激发学生的发散思维,举一反三、一题多变,要逐步培养学生的逻辑缜密与思维收敛。同时,也要不断地规范学生的物理用语,教师最初就要使用规范的语言,而学生也要在潜移默化的条件下,提高答题规范的能力。
2.物理初步实验设计能力培养的实践分析
案例举隅:《欧姆定律》
教学目标:掌握电压电流表测量技术,认识电流、电压以及电阻三者的关系,学会收集数据并对数据进行有效的分析。
教学器材:开关、电流电压表各一个、滑动变阻器、不同规格的电阻器各一个、干电池若干、导线若干、多媒体PPT课件、投影仪。
教学设计:从“如何让灯泡发光或者变暗”的问题入手,引导学生主动进行实验探索,激发学生进一步学习的欲望。让学生合理猜想电流、电压以及电阻三者之间的关系。教师提示:针对物理问题,仅靠猜想是不行的,应该勇敢进行实验、进行验证,教会学生采用控制变量法来进行实验。此后进行实验设计环节,询问学生需要准备什么实验的器具,保持什么要素不变,如何改变电阻两端的电压。利用投影显示出滑动变阻器的作用,画出起先准备好的电路图。继续围绕该电路的形式,探讨能否进行电流与电阻的探究,根据学生各自设计的方案,表格填写完整,将所有数据如实记录。接着是交流讨论的时间,教师通过投影展示学生们的实验数据以及图像,分析实验结果。实验应用表格如图1、图2所示:
(图1:探究电流与电压的关系)(图2:探究电流与电阻的关系)
最后对课堂实验进行总结,引出欧姆定律的来由和公式,投影介绍欧姆的故事,课后再针对欧姆定律的具体内容布置作业练习,以达到巩固复习的目的。
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高考物理必考知识点总结Ⅰ、复习要点
一、整理知识体系
现行高中物理教材主要分:力、热、电、光、原子五个部分.综合复习中,既可以根据各部分的内容特点,分别整理出各自的体系或主要线索,也可以不受传统的五部分限制,重新归纳、整理。例如,高中物理主要内容可概括为四大单元(物理实验与物理学史单元除外)。
(一)力和运动
物体的运动变化(包括带电粒子在电场、磁场中的运动)与受力作用有关。其中力的种类计有:重力(包括万有引力)、弹力、摩擦力、浮力、电场力、磁场力(分安培力和洛舍兹力)以及分子力(包括表面张力),核力等。每种力有不同的产生原因及其特征。物体的运动形式又可分为:平衡(包括静止、匀速直线运动、匀速转动)、匀变速运动(包括匀变速直线运动、平抛、斜抛)、匀速圆周运动、振动、波动等。每一种运动形式有不同的物理条件及基本规律(或特征)。力和运动的关系以五条重要规律为纽带联系起来。
(二)功和能
1.功重力功、弹力功、摩擦力功、浮力功、电场力功、磁场力功、分子力功、核力功。
2.能注意不同形式的能及能的转换与守恒。
3.功能关系做功的过程就是能从一种形式转化为另一种形式的过程。
功是能的转化的量度。
(三)物质结构
(四)应用技术的基础知识现行高中物理有关应用技术的基础知识有:声现象(乐音、噪声、共鸣等多、静电技术(静电平衡、静电屏蔽、电容储电等)、交流电应用(交流电产生、特征、规律、简单交流电路、三相交流电及其连接、变压器,远距离送电等)、无线电技术初步(电磁振荡产生、调制、发送、电谐振、检波、放大、整流等)、光路控制与成像(光的反射与折射定律、基本光学元件特性及常用光学仪器)、光谱与光谱分析、放射性及同位素、核反应堆等。经过这样的归纳、整理,全部高中物理知识可浓缩在几张小卡片纸上,便于领会和应用。
Ⅱ、归纳思维方式
分析问题最基本的思维方式有两种:综合法和分析法.
综合法是从已知量着手,根据题中给定的物理状态或物理过程。“顺流而下”,直到把待求量跟已知量的关系全部找出来为止。
分析法则“逆流上朔”。从题中所要求解的未知量开始。首先找出直接回答题目所求的定律或公式。在这些关系式电。除了待求的未知量外,还会包含着某些过渡性的未知量。然后再根据这些过渡性来知量与题中已知条件之间的关系,引用新的关系式,逐步上朔,直到把所有的未知量都能用已知量表示出来为止。有些问题(如静力平衡问题等),它的物理过程并不能很明确地分成几个互相衔接的阶段或者各个过程中的未知量互相交织,互有牵连,此时常可以不分先后。只根据问题所描述的物理状态(或物理过程)的相互联系。列出用某个状态(或过程)有关的独立方程式,联立求解。原则上,任何一个题目都可以从这两种思维方式着手求解。值得注意的是,解决具体问题时,不必拘泥于刻板的程式,而是应该侧重于对问用中所描述的状态(或过程)的分析推理,着力找出解题的关键所在,并以此为突破口下手.同时应联合运用其他的思维技巧,如等效变换,对称性、反证法、假设法、类比、逻辑推理等。
Ⅲ、综合数学技巧
运用数学技巧,包含着极其丰富的内容。总体上要求能运用数学工具和语言,表述物理概念和规律;对物理问题进行推理、论证和变换;处理实验数据;导出球验证物理规律;进行准确的演算等。就解决某帧体的物理问回而言,要求能灵活地运用多种数学工具(如方程、此例、函数、图象、不等式、指数和对数、数列、极限、极值、数学归纳、三角、平面解析几何等)。综合复习中可全面概述其在物理中的典型应用,并侧重于比例、函数及其图象(包括识图、用图、作图)、以及运用数学递推方法从特解导出通解等。必须注意,运用数学仅是研究物理问题的一种有力的工具,侧重点还是应放在对问题中物理内容的分析上.对大多数能从物理本质上着手解决的问题,一般不必要求作严格的数学论证。
Ⅳ、检查知识缺陷
整理体系、抓住主线索后,还需做好检查知识缺陷的工作。应注意自觉看书,尤其不能疏忽那些应用性强、包含(或隐含)着物理内容的“知识角落”。如对某些实验的装置、原理的理解;某些自然现象的解释;物理原理在生产技术上的应用以及与高中物理有关的科技新动态和重要的物理学史实等.不少学生由于缺乏良好的学习习惯戏迷恋于复习资料中,往往会在这些方面失分。如以往考试中解释太阳光谱中暗线的形成);分光镜的结构;低压汞蒸汽光谱;三相变压器及超导现象;直线加速器;日光灯接法;电磁感应现象的发现者等。在综合复习中应予以足够的重视。
热学辅导
热学包括分子动理论、热和功、气体的性质几部分。
一、重要概念和规律
1.分子动理论
物质是由大量分子组成的;分子永不停息的做无规则运动;分子间存在相互作用的引力和斥力。说明:(1)阿伏伽德罗常量NA=6.02X1023摩-1。它是联系宏观量和微观量的桥梁,有很重要的意义;(2)布朗运动是指悬浮在液体(或气体)里的固体微粒的无规则运动,不是分子本身的运动。它是由于液体(或气体)分子无规则运动对固体微粒碰撞的不均匀所造成的。因此它间接反映了液体(或气体)分子的无序运动。
2.温度
温度是物体分子热运动的平均动能的标志。它是大量分子热运动的平均效果的反映,具有统计的意义,对个别分子而言,温度是没有意义的。任何物体,当它们的温度相同时,物体内分子的平均动能都相同。由于不同物体的分子质量不同,因而温度相同时不同物体分子的平均速度并不一定相同。
3.内能
定义物体里所有分子的动能和势能的总和。决定因素:物质数量(m).温度(T)、体积(V)。改变方式做功――通过宏观机械运动实现机械能与内能的转换;热传递――通过微观的分子运动实现物体与物体间或同一物体各部分间内能的转移。这两种方式对改变内能是等效的。定量关系E=W+Q(热力学第一定律)。
4.能量守恒定律
能量既不会凭空产生,也不会凭空消旯它产能从一种形式转化为别的形式,或者从一个物体转移到别的物体。必须注意:不消耗任何能量,不断对外做功的机器(永动机)是不可能的。利用热机,要把从燃料的化学能转化成的内能,全部转化为机械能也是不可能的。
5.理想气体状态参量
理想气体始终遵循三个实验定律(玻意耳定律、查理定律、盖?吕萨克定律)的气体。描述一定质量理想气体在平衡态的状态参量为:温度气体分子平均动能的标志。体积气体分子所占据的空间。许多情况下等于容器的容积。压强大量气体分子无规则运动碰撞器壁所产生的。其大小等于单位时间内、器壁单位面积上所受气体分子碰撞的总冲量。内能气体分子无规则运动的动能.理想气体的内能仅与温度有关。
6.一定质量理想气体的实验定律
玻意耳定律:PV=恒量;查理定律:P/T=恒量;盖?吕萨克定律:V/T=恒量。
7.一定质量理想气体状态方程
PV/T=恒量
说明(1)一定质量理想气体的某个状态,对应于P一V(或P-T、V-T)图上的一个点,从一个状态变化到另一个状态,相当于从图上一个点过渡到另一个点,可以有许多种不同的方法。如从状态A变化到B,可以经过的过程许多不同的过程。为推导状态方程,可结合图象选用任意两个等值过程较为方便。(2)当气体质量发生变化或互有迁移(混合)时,可采用把变质量问题转化为定质量问题,利用密度公式、气态方程分态式等方法求解。
二、重要研究方法
1、微观统计平均
热学的研究对象是由大量分子组成的.其宏观特性都是大量分子集体行为的反映。不可能同时也无必要像力学中那样根据每个物体(每个分子)的受力情况,写出运动方程。热学中的状态参量和各种现象具有统计平均的意义。因此,当大量分子处于无序运动状态或作无序排列时,所表现出来的宏观特性――如气体分子对器壁的压强、非晶体的物理属性等都显示出均匀性。当大量分子作有序排列时,必显示出不均匀性,如晶体的各自异性等。研究热学现象时,必须充分领会这种统计平均观点。
2.物理图象
气体性质部分对图象的应用既是一特点,也是一个重要的方法。利用图象常可使物理过程得到直观、形象的反映,往往使对问题的求解更为简便。对物理图象的要求,不仅是识图、用图,而且还应变图一即作图象变换。如图P-V图变换成p-T图或V-T图等。
3.能的转化和守恒
各种不同形式的能可以互相转化,在转化过程中总量保持不变。这是自然界中的一条重要规律。也是指导我们分析研究各种物理现象时的一种极为重要的思想方法。在本讲中各部分都有广泛的渗透,应牢固把握。
三、基本解题思路
热学部分的习题主要集中在热功转换和气体性质两部分,基本解题思路可概括为四句话:
1.选取研究对象.它可以是由两个或几个物体组成的系统或全部气体和某一部分气体。
(状态变化时质量必须一定。)
2.确定状态参量.对功热转换问题,即找出相互作用前后的状态量,对气体即找出状态变化前后的p、V、T数值或表达式。
3、认识变化过程.除题设条件已指明外,常需通过究对象跟周围环境的相互关系中确定。
4.列出相关方程.
光学辅导
光学包括两大部分内容:几何光学和物理光学.几何光学(又称光线光学)是以光的直线传播性质为基础,研究光在煤质中的传播规律及其应用的学科;物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作用规律的学科.
一、重要概念和规律
(一)、几何光学基本概念和规律
1、基本规律
光源发光的物体.分两大类:点光源和扩展光源.点光源是一种理想模型,扩展光源可看成无数点光源的集合.光线――表示光传播方向的几何线.光束通过一定面积的一束光线.它是温过一定截面光线的集合.光速――光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。实像――光源发出的光线经光学器件后,由实际光线形成的.虚像――光源发出的光线经光学器件后,由发实际光线的延长线形成的。本影――光直线传播时,物体后完全照射不到光的暗区.半影――光直线传播时,物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.
2.基本规律
(1)光的直线传播规律先在同一种均匀介质中沿直线传播。小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。
(2)光的独立传播规律光在传播时虽屡屡相交,但互不扰乱,保持各自的规律继续传播。
(3)光的反射定律反射线、人射线、法线共面;反射线与人射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。
(4)光的折射定律折射线、人射线、法织共面,折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质,入射
角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数.介质的折射串n=sini/sinr=c/v。全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A,sinA=1/n。
(5)光路可逆原理光线逆着反射线或折射线方向入射,将沿着原来的入射线方向反射或折射.
3.常用光学器件及其光学特性
(1)平面镜点光源发出的同心发散光束,经平面镜反射后,得到的也是同心发散光束.能在镜后形成等大的、正立的虚出,像与物对镜面对称。
(2)球面镜凹面镜有会聚光的作用,凸面镜有发散光的作用.
(3)棱镜光密煤质的棱镜放在光疏煤质的环境中,入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向项角偏移。棱镜的色散作用复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。
(4)透镜在光疏介质的环境中放置有光密介质的透镜时,凸透镜对光线有会聚作用,凹透镜对光线有发散作用.透镜成像作图利用三条特殊光线。成像规律1/u+1/v=1/f。线放大率m=像长/物长=|v|/u。说明①成像公式的符号法则――凸透镜焦距f取正,凹透镜焦距f取负;实像像距v取正,虚像像距v取负。②线放大率与焦距和物距有关.
(5)平行透明板光线经平行透明板时发生平行移动(侧移).侧移的大小与入射角、透明板厚度、折射率有关。
4.简单光学仪器的成像原理和眼睛
(1)放大镜是凸透镜成像在。u
(2)照相机是凸透镜成像在u>2f时的应用.得到的是倒立缩小施实像。
(3)幻灯机是凸透镜成像在f
(4)显微镜由短焦距的凸透镜作物镜,长焦距的透镜作目镜所组成。物于物镜焦点外很靠近焦点处,经物镜成实像于目镜焦点内很靠近焦点处。再经物镜在同侧形成一放大虚像(通常位于明视距离处)。
(5)望远镜由长焦距的凸透镜作物镜,辕焦距的〕透镜作目镜所组成。极远处至物镜的光可看成平行光,经物镜成中间像(倒立、缩小、实像)于物镜焦点外很靠近焦点处,恰位于目镜焦点内,再经目镜成虚像于极远处(或明视距离处)。
(6)眼睛等效于一变焦距照相机,正常人明视距约25厘米。明视距离小子25厘米的近视眼患者需配戴凹透镜做镜片的眼镜;明视距离大于25厘米的远视25者需配戴凸透镜做镜片的眼镜。
(二)物理光学――人类对光本性的认识发展过程
(1)微粒说(牛顿)基本观点认为光像一群弹性小球的微粒。实验基础光的直线传播、光的反射现象。困难问题无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。
(2)波动说(惠更斯)基本观点认为光是某种振动激起的波(机械波)。实验基础光的干涉和衍射现象。
①个的干涉现象――杨氏双缝干涉实验
条件两束光频率相同、相差恒定。装置(略)。现象出现中央明条,两边等距分布的明暗相间条纹。解释屏上某处到双孔(双缝)的路程差是波长的整数倍(半个波长的偶数倍)时,两波同相叠加,振动加强,产生明条;两波反相叠加,振动相消,产生暗条。应用检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度(增透膜).
②光的衍射现象――单缝衍射(或圆孔衍射)
条件缝宽(或孔径)可与波长相比拟。装置(略)。现象出现中央最亮最宽的明条,两边不等距发表的明暗条纹(或明暗乡间的圆环)。困难问题难以解释光的直进、寻找不到传播介质。
(3)电磁说(麦克斯韦)基本观点认为光是一种电磁波。实验基础赫兹实验(证明电磁波具有跟光同样的性质和波速)。各种电磁波的产生机理无线电波自由电子的运动;红外线、可见光、紫外线原子外层电子受激发;x射线原子内层电子受激发;γ射线原子核受激发。可见光的光谱发射光谱――连续光谱、明线光谱;吸收光谱(特征光谱。困难问题无法解释光电效应现象。
(4)光子说(爱因斯坦)基本观点认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。实验基础光电效应现象。装置(略)。现象①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的;②入射光频率必须大于光阴极金属的极限频率ν。;
③当ν>v。时,光电流强度与入射光强度成正比;④光电子的最大初动能与入射光强无关,只随着人射光灯中的增大而增大。解释①光子能量可以被电子全部吸收.不需能量积累过程;②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功(逸出功)hν。;③入射光强。单位时间内入射光子多,产生光电子多;④入射光子能量只与其频率有关,入射至金属表,除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。困难问题无法解释光的波动性。
(5)光的波粒二象性基本观点认为光是一种具有电磁本性的物质,既有波动性。又有粒子性。大量光子的运动规律显示波动性,个别光子的行为显示粒子性。实验基础微弱光线的干涉,X射线衍射.
二、重要研究方法
1.作图锋几何光学离不开光路图。
利用作图法可以直观地反映光线的传播,方便地确定像的位置、大小、倒正、虚实以及成像区域或观察范围等.把它与公式法结合起来,可以互相补充、互相验证。
2.光路追踪法用作图法研究光的传播和成像问题时,抓住物点上发出的某条光线为研究对象。
不断追踪下去的方法.尤其适合于研究组合光具成多重保的情况。
3.光路可逆法在几何光学中,一所有的光路都是可逆的,利用光路可逆原理在作图和计算上往在都会带来方便。
实验辅导
物理学是一门以实验为基础的科学。近年来对学生物理知识的各种全面测试中(如高考等)也非常重视对学生实验能力的考查。因此,物理实验的`复习是整个总复习中不可缺少的一个重要组成部分.
一、实验的基本类型和要求
中学物理学生实验大体可以分为四范其要求如下:
1.基本仪器的使用除了初中已接触过的常用仪器(如天平秤、弹簧秤、压强计、气压计、温度计、安培计、伏特计等)外.高中又学习了打点计时器、螺旋测微器、游标卡尺、万用电表等,要求了解仪器的基本结构,熟悉各主要部件的名称,懂得工作(测量)原理,掌握合理的操作方法,会正确读数,明确使用注意事项等.
2.基本物理量的测量初中物理中巴学过长度、时间、质量、力、温度、电流强度、电压等物理量的测量,高中物理进一步学习了对微小长度和极短时间、加速度(包括g)、速度、电阻和电阻率、电动势、折射率、焦距等物理量的测量。
要求明确被测物理量的含义,懂得具体的测量原理。掌握正确的实验方法(包括了解实验仪器、器材的规格性能、会安装和调试实验装置、能选择合理的实验步骤,正确进行数据测量以及能分析和排除实验中出现的常见故障等),妥善处理实验数据并得出结果。
3.验证物理规律计有验证共点力合成的平行四边形定则、有固定转动轴物体的平衡条件、牛顿第二定律、机械能守恒定律、玻意耳定律等。
其要求与物理量的测量相同,着重注意分析实验误差,并能有效地采取相应措施尽量减少实验误差,提高准确度。
4.观察、研究物理现象,组装仪器如研究平抛运动、弹性碰撞、描绘等势线、研究电磁感应现象、变压器的作用、观察光的衍射现象。
把电流计改装为伏特计等.其中,对观察型实验,只要求会正确使用仪器,显示出(或观察到)物理现象,并通过直觉的观察定性了解影响该现象的有关因素。对研究型实验(包括组装仪器),要求不仅能使用仪器,掌握正确的实验研究方法,把有关现象的物理内客反映出来;或把有关参数测量出来,还能够通过具体的测量作进一步的定量研一究或实验设计。
二、实验的设计思想
在中学物理实验中涉及的主要设计思想为:
1.垒积放大法把某些物理量(有时往在是难以直接测量的测量的微小量)累积后测量,或把它们放大后显示出来的一种方法。
如通过若干次全振动的时间测出单摆的振动周期;把员杨螺杆的微小进退.通过周长较大的可动到度盘显示出来(螺旋测微器)等。
2.平衡法根据物理系统内普遍存在的对立的、矛盾的双方使系统偏离平衡的物理因素,列出对应的平衡方程式,从而找出影响平衡的一种方法如用天平测质量、验证有固定转动因乎衔条件、验证玻意耳定律等。
3.控制法在多因素的物理现象中,可以先控制某些量不变,依次研究某一个因素对现象产生影响的一种方法。
如牛顿第二定律实验。可以先保持质量一定,研究加速度与力的关系等。
4.转换法用某些容易直接测量,(或显示)的量(或现象)代替不容易直接测(或显示)的量(或现象)。
或者根据研究对象在一定条件下可以有相同的效果作间接的观察、测量。如把流逝的时间转换成振针周期性的振动;把对电流、电压、电阻的测量转换成对指针偏角的测量;用从等高处抛出的两球的水平位移代替它们的速度等。
5.留迹法把瞬息即逝的(位置、轨迹、图象等)记录下来的一种方法。
如通过纸带上打出的小点记录小车的位置Z用描述法画出平抛物体的运动轨迹;用示波器显示变化的波形等。
三、实验验数据处理
数据处理是对原始实验记录的科学加工。通过数据处理,往往可以从一堆表面上难以觉察的、似乎毫无联系的数据中找出内在的规律,在中学物现中只要求掌握数据处理的最简单的方法.
1.列表法把被测物理量分类列表表示出来。
通常需说明记录表的要求(或称为标题)、主要内容等。表中对各物理量的排列月惯上先原始记录数据,后计算果。列表法可大体反映某些因素对结果的影响效果或变化趋势,常用作其他数据处理方法的一种辅助手段。
2.算术平均值法把待测物理量的若干次测且值相加后除以测量次数。
必须注意,求取算术平均值时,应按原测量仪器的准确度决定保留有效数字的位数。通常可先计算比直接测量值多一位,然后再四会五入。
3.图象法把实验测得的量按自变量和应变量的函数关系在坐标平面上用图象直观地显示出来.根据实验数据在坐标纸上画出图象时。
最基本的要求是:
(1)两坐标轴要选取恰当的分度
(2)要有足够多的描点数目
(3)画出的图象应尽是穿过较多的描点在图象呈曲线的情况下,可先根据大多数描点的分布位置(个别特殊位置的奇异点可舍去),画出穿过尽可能多的点的草图,然后连成光滑的曲线,避免画成拆线形状。
四、实验误差分析
测量值与待测量真实值之差,称为测量误差。主要来源于仪器(如性能和结构的不完善)、环境(如温度、湿度、外磁场的影响等)、实验方法(如实验方法粗糙、实验理论不完善等)、人为因素(如观测者个人的生理、心理习惯、不同观察者的反应快慢不一等)四方面。在中学物理中只要求定性分析实验误差的主要原因,了解绝对误差和相对误差的概念。
高考物理必须掌握的16种题型技巧01.直线运动问题
题型概述:直线运动问题是高考的热点,可以单独考查,也可以与其他知识综合考查。单独考查若出现在选择题中,则重在考查基本概念,且常与图像结合;在计算题中常出现在第一个小题,难度为中等,常见形式为单体多过程问题和追及相遇问题。
思维模板
解图像类问题关键在于将图像与物理过程对应起来,通过图像的坐标轴、关键点、斜率、面积等信息,对运动过程进行分析,从而解决问题;对单体多过程问题和追及相遇问题应按顺序逐步分析,再根据前后过程之间、两个物体之间的联系列出相应的方程,从而分析求解,前后过程的联系主要是速度关系,两个物体间的联系主要是位移关系。
02.物体的动态平衡问题
题型概述:物体的动态平衡问题是指物体始终处于平衡状态,但受力不断发生变化的问题。物体的动态平衡问题一般是三个力作用下的平衡问题,但有时也可将分析三力平衡的方法推广到四个力作用下的动态平衡问题。
思维模板
(1) 解析法:解决此类问题可以根据平衡条件列出方程,由所列方程分析受力变化;
(2) 图解法:根据平衡条件画出力的合成或分解图,根据图像分析力的变化。
03.运动的合成与分解问题
题型概述:运动的合成与分解问题常见的模型有两类。一是绳(杆)末端速度分解的问题,二是小船过河的问题,两类问题的关键都在于速度的合成与分解。
思维模板
(1)在绳(杆)末端速度分解问题中,要注意物体的实际速度一定是合速度,分解时两个分速度的方向应取绳(杆)的方向和垂直绳(杆)的方向;如果有两个物体通过绳(杆)相连,则两个物体沿绳(杆)方向速度相等。
(2)小船过河时,同时参与两个运动,一是小船相对于水的运动,二是小船随着水一起运动,分析时可以用平行四边形定则,也可以用正交分解法,有些问题可以用解析法分析,有些问题则需要用图解法分析。
04.抛体运动问题
题型概述:抛体运动包括平抛运动和斜抛运动,不管是平抛运动还是斜抛运动,研究方法都是采用正交分解法,一般是将速度分解到水平和竖直两个方向上.
思维模板
(1)平抛运动物体在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做匀加速直线运动,其位移满足x=v0t,y=gt2/2,速度满足vx=v0,vy=gt;
(2)斜抛运动物体在竖直方向上做上抛(或下抛)运动,在水平方向做匀速直线运动,在两个方向上分别列相应的运动方程求解。
05.圆周运动问题
题型概述:圆周运动问题按照受力情况可分为水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动,按其运动性质可分为匀速圆周运动和变速圆周运动。水平面内的圆周运动多为匀速圆周运动,竖直面内的圆周运动一般为变速圆周运动.对水平面内的圆周运动重在考查向心力的供求关系及临界问题,而竖直面内的圆周运动则重在考查最高点的受力情况。
思维模板
(1)对圆周运动,应先分析物体是否做匀速圆周运动,若是,则物体所受的合外力等于向心力,由F合=mv2/r=mrω2列方程求解即可;若物体的运动不是匀速圆周运动,则应将物体所受的力进行正交分解,物体在指向圆心方向上的合力等于向心力。
(2)竖直面内的圆周运动可以分为三个模型:
①绳模型:只能对物体提供指向圆心的弹力,能通过最高点的临界态为重力等于向心力;
②杆模型:可以提供指向圆心或背离圆心的力,能通过最高点的临界态是速度为零;
③外轨模型:只能提供背离圆心方向的力,物体在最高点时,若v
06.牛顿运动定律综合应用问题
题型概述:牛顿运动定律是高考重点考查的内容,每年在高考中都会出现,牛顿运动定律可将力学与运动学结合起来,与直线运动的综合应用问题常见的模型有连接体、传送带等,一般为多过程问题,也可以考查临界问题、周期性问题等内容,综合性较强.天体运动类题目是牛顿运动定律与万有引力定律及圆周运动的综合性题目,近几年来考查频率极高。
思维模板
以牛顿第二定律为桥梁,将力和运动联系起来,可以根据力来分析运动情况,也可以根据运动情况来分析力.对于多过程问题一般应根据物体的受力一步一步分析物体的运动情况,直到求出结果或找出规律。对天体运动类问题,应紧抓两个公式:
GMm/r2=mv2/r=mrω2=mr4π2/T2 ①
GMm/R2=mg ②
对于做圆周运动的星体(包括双星、三星系统),可根据公式①分析;对于变轨类问题,则应根据向心力的供求关系分析轨道的变化,再根据轨道的变化分析其他各物理量的变化。
07.机车的启动问题
题型概述:机车的启动方式常考查的有两种情况,一种是以恒定功率启动,一种是以恒定加速度启动,不管是哪一种启动方式,都是采用瞬时功率的公式P=Fv和牛顿第二定律的公式F-f=ma来分析。
思维模板
机车以额定功率启动.机车的启动过程如图所示,由于功率P=Fv恒定,由公式P=Fv和F-f=ma知,随着速度v的增大,牵引力F必将减小,因此加速度a也必将减小,机车做加速度不断减小的加速运动,直到F=f,a=0,这时速度v达到最大值vm=P额定/F=P额定/f。
这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算,不能用W=Fs计算(因为F为变力)。
08.以能量为核心综合应用问题
题型概述:以能量为核心的综合应用问题一般分四类:
第一类为单体机械能守恒问题,
第二类为多体系统机械能守恒问题,
第三类为单体动能定理问题,
第四类为多体系统功能关系(能量守恒)问题。
多体系统的组成模式:
两个或多个叠放在一起的物体,用细线或轻杆等相连的两个或多个物体,直接接触的两个或多个物体。
思维模板
能量问题的解题工具一般有动能定理,能量守恒定律,机械能守恒定律。
(1)动能定理使用方法简单,只要选定物体和过程,直接列出方程即可,动能定理适用于所有过程;
(2)能量守恒定律同样适用于所有过程,分析时只要分析出哪些能量减少,哪些能量增加,根据减少的能量等于增加的能量列方程即可;
(3)机械能守恒定律只是能量守恒定律的一种特殊形式,但在力学中也非常重要.很多题目都可以用两种甚至三种方法求解,可根据题目情况灵活选取。
09.力学实验中速度的测量问题
题型概述:速度的测量是很多力学实验的基础,通过速度的测量可研究加速度、动能等物理量的变化规律,因此在研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒等实验中都要进行速度的测量。
速度的测量一般有两种方法:
一种是通过打点计时器、频闪照片等方式获得几段连续相等时间内的位移从而研究速度;另一种是通过光电门等工具来测量速度。
思维模板
用第一种方法求速度和加速度通常要用到匀变速直线运动中的两个重要推论:
①vt/2=v平均=(v0+v)/2,
②Δx=aT2,为了尽量减小误差,求加速度时还要用到逐差法.用光电门测速度时测出挡光片通过光电门所用的时间,求出该段时间内的平均速度,则认为等于该点的瞬时速度,即:v=d/Δt。
10.电容器问题
题型概述:电容器是一种重要的电学元件,在实际中有着广泛的应用,是历年高考常考的知识点之一,常以选择题形式出现,难度不大,主要考查电容器的电容概念的理解、平行板电容器电容的决定因素及电容器的动态分析三个方面。
思维模板
(1)电容的概念:电容是用比值(C=Q/U)定义的一个物理量,表示电容器容纳电荷的多少,对任何电容器都适用.对于一个确定的电容器,其电容也是确定的(由电容器本身的介质特性及几何尺寸决定),与电容器是否带电、带电荷量的多少、板间电势差的大小等均无关。
(2)平行板电容器的电容:平行板电容器的电容由两极板正对面积、两极板间距离、介质的相对介电常数决定,满足C=εS/(4πkd)
(3)电容器的动态分析:关键在于弄清哪些是变量,哪些是不变量,抓住三个公式[C=Q/U、C=εS/(4πkd)及E=U/d]并分析清楚两种情况:一是电容器所带电荷量Q保持不变(充电后断开电源),二是两极板间的电压U保持不变(始终与电源相连)。
11.带电粒子在电场中的运动问题
题型概述:带电粒子在电场中的运动问题本质上是一个综合了电场力、电势能的力学问题,研究方法与质点动力学一样,同样遵循运动的合成与分解、牛顿运动定律、功能关系等力学规律,高考中既有选择题,也有综合性较强的计算题。
思维模板(1)处理带电粒子在电场中的运动问题应从两种思路着手
①动力学思路:重视带电粒子的受力分析和运动过程分析,然后运用牛顿第二定律并结合运动学规律求出位移、速度等物理量。
②功能思路:根据电场力及其他作用力对带电粒子做功引起的能量变化或根据全过程的功能关系,确定粒子的运动情况(使用中优先选择)。
(2)处理带电粒子在电场中的运动问题应注意是否考虑粒子的重力
①质子、α粒子、电子、离子等微观粒子一般不计重力;
②液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子一般考虑重力;
③特殊情况要视具体情况,根据题中的隐含条件判断。
(3)处理带电粒子在电场中的运动问题应注意画好粒子运动轨迹示意图,在画图的基础上运用几何知识寻找关系往往是解题的突破口。
12.带电粒子在磁场中的运动问题
题型概述:带电粒子在磁场中的运动问题在历年高考试题中考查较多,命题形式有较简单的选择题,也有综合性较强的计算题且难度较大,常见的命题形式有三种:
(1)突出对在洛伦兹力作用下带电粒子做圆周运动的运动学量(半径、速度、时间、周期等)的考查;
(2)突出对概念的深层次理解及与力学问题综合方法的考查,以对思维能力和综合能力的考查为主;
(3)突出本部分知识在实际生活中的应用的考查,以对思维能力和理论联系实际能力的考查为主.
思维模板
在处理此类运动问题时,着重把握“一找圆心,二找半径(R=mv/Bq),三找周期(T=2πm/Bq)或时间”的分析方法。
(1)圆心的确定:因为洛伦兹力f指向圆心,根据fv,画出粒子运动轨迹中任意两点(一般是射入和射出磁场的两点)的f的方向,沿两个洛伦兹力f作出其延长线的交点即为圆心.另外,圆心位置必定在圆中任一根弦的中垂线上(如图所示)。
(2)半径的确定和计算:利用平面几何关系,求出该圆的半径(或运动圆弧对应的圆心角),并注意利用一个重要的几何特点,即粒子速度的偏向角(φ)等于圆心角(α),并等于弦AB与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图所示),即?φ=α=2θ
(3)运动时间的确定:t=φT/2π或t=s/v,其中φ为偏向角,T为周期,s为轨迹的弧长,v为线速度。
13.带电粒子在复合场中的运动问题
题型概述:带电粒子在复合场中的运动是高考的热点和重点之一,主要有下面所述的三种情况:
(1)带电粒子在组合场中的运动:在匀强电场中,若初速度与电场线平行,做匀变速直线运动;若初速度与电场线垂直,则做类平抛运动;带电粒子垂直进入匀强磁场中,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。
(2)带电粒子在叠加场中的运动:在叠加场中所受合力为0时做匀速直线运动或静止;当合外力与运动方向在一直线上时做变速直线运动;当合外力充当向心力时做匀速圆周运动。
(3)带电粒子在变化电场或磁场中的运动:变化的电场或磁场往往具有周期性,同时受力也有其特殊性,常常其中两个力平衡,如电场力与重力平衡,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。
思维模板
分析带电粒子在复合场中的运动,应仔细分析物体的运动过程、受力情况,注意电场力、重力与洛伦兹力间大小和方向的关系及它们的特点(重力、电场力做功与路径无关,洛伦兹力永远不做功),然后运用规律求解,主要有两条思路:
(1)力和运动的关系:根据带电粒子的受力情况,运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。
(2)功能关系:根据场力及其他外力对带电粒子做功的能量变化或全过程中的功能关系解决问题。
14.以电路为核心的综合应用问题
题型概述:该题型是高考的重点和热点,高考对本题型的考查主要体现在闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、电学实验等方面.主要涉及电路动态问题、电源功率问题、用电器的伏安特性曲线或电源的U-I图像、电源电动势和内阻的测量、电表的读数、滑动变阻器的分压和限流接法选择、电流表的内外接法选择等。
思维模板
(1)电路的动态分析是根据闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律及串并联电路的性质,分析电路中某一电阻变化而引起整个电路中各部分电流、电压和功率的变化情况,即有R分R总I总U端I分、U分
(2)电路故障分析是指对短路和断路故障的分析,短路的特点是有电流通过,但电压为零,而断路的特点是电压不为零,但电流为零,常根据短路及断路特点用仪器进行检测,也可将整个电路分成若干部分,逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路欧姆定律进行推理。
(3)导体的伏安特性曲线反映的是导体的电压U与电流I的变化规律,若电阻不变,电流与电压成线性关系,若电阻随温度发生变化,电流与电压成非线性关系,此时曲线某点的切线斜率与该点对应的电阻值一般不相等。
电源的外特性曲线(由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,画出的路端电压U与干路电流I的关系图线)的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。
15.以电磁感应为核心的综合应用问题
题型概述:此题型主要涉及四种综合问题
(1)动力学问题:力和运动的关系问题,其联系桥梁是磁场对感应电流的安培力。
(2)电路问题:电磁感应中切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,这样,电磁感应的电路问题就涉及电路的分析与计算。
(3)图像问题:一般可分为两类:
一是由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图像;
二是由给定的有关物理图像分析电磁感应过程,确定相关物理量。
(4)能量问题:电磁感应的过程是能量的转化与守恒的过程,产生感应电流的过程是外力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能的过程;感应电流在电路中受到安培力作用或通过电阻发热把电能转化为机械能或电阻的内能等。
思维模板
解决这四种问题的基本思路如下:
(1)动力学问题:根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势,然后由闭合电路欧姆定律求出感应电流,根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向,进而求出安培力的大小和方向,再分析研究导体的受力情况,最后根据牛顿第二定律或运动学公式列出动力学方程或平衡方程求解。
(2)电路问题:明确电磁感应中的等效电路,根据法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电动势的大小和方向,最后运用闭合电路欧姆定律、部分电路欧姆定律、串并联电路的规律求解路端电压、电功率等。
(3)图像问题:综合运用法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则、右手定则、安培定则等规律来分析相关物理量间的函数关系,确定其大小和方向及在坐标系中的范围,同时注意斜率的物理意义。
(4)能量问题:应抓住能量守恒这一基本规律,分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量参与了相互转化,然后借助于动能定理、能量守恒定律等规律求解。
16.电学实验中电阻的测量问题
题型概述:该题型是高考实验的重中之重,每年必有命题,可以说高考每年所考的电学实验都会涉及电阻的测量.针对此部分的高考命题可以是测量某一定值电阻,也可以是测量电流表或电压表的内阻,还可以是测量电源的内阻等。
思维模板
测量的原理是部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律;常用方法有欧姆表法、伏安法、等效替代法、半偏法等。
高三物理必背知识点整理1.动量和冲量
(1)动量:运动物体的质量和速度的乘积叫做动量,即p=mv.是矢量,方向与v的方向相同.两个动量相同必须是大小相等,方向一致.
(2)冲量:力和力的作用时间的乘积叫做该力的冲量,即I=Ft.冲量也是矢量,它的方向由力的方向决定.
2.动量定理:物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化.表达式:Ft=p′-p或Ft=mv′-mv
(1)上述公式是一矢量式,运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向.
(2)公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力.
(3)动量定理的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系统.对物体系统,只需分析系统受的外力,不必考虑系统内力.系统内力的作用不改变整个系统的总动量.
(4)动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于随时间变化的力.对于变力,动量定理中的力F应当理解为变力在作用时间内的平均值.
3.动量守恒定律:一个系统不受外力或者所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变.
表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
(1)动量守恒定律成立的条件
①系统不受外力或系统所受外力的合力为零.
②系统所受的外力的合力虽不为零,但系统外力比内力小得多,如碰撞问题中的摩擦力,爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多,可以忽略不计.
③系统所受外力的合力虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统的总动量的分量保持不变.
(2)动量守恒的速度具有“四性”:①矢量性;②瞬时性;③相对性;④普适性.
4.爆炸与碰撞
(1)爆炸、碰撞类问题的共同特点是物体间的相互作用突然发生,作用时间很短,作用力很大,且远大于系统受的外力,故可用动量守恒定律来处理.
(2)在爆炸过程中,有其他形式的能转化为动能,系统的动能爆炸后会增加,在碰撞过程中,系统的总动能不可能增加,一般有所减少而转化为内能.
(3)由于爆炸、碰撞类问题作用时间很短,作用过程中物体的位移很小,一般可忽略不计,可以把作用过程作为一个理想化过程简化处理.即作用后还从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动.
一、深入浅出,激发兴趣
物理是一门理性化很强的学科,在学生的心目中它枯燥、抽象。但是,只要我们动点心思,用几句小口诀就可以使复杂的知识深入浅出,而且能活跃气氛,提高学生学习物理的兴趣。例如,学习光的反射时,将反射作图规律概括成“一面两点三条线,对称莫忘记心间”,帮助学生画图入门,并为后面的平面镜成像学习打下坚实的基础。讲电学画图时用“横平竖直拐角方,元件画在图中央”,培养学生良好的画图习惯。在学习电路图设计时四句口诀解决所有问题,“清查元件莫心慌,确定连接是关键。画完支路画干路,按部就班在心间”。在学习凸透镜成像规律时“物三像二成小像,物二像三成大像”(以透镜为中心,到一倍焦距为一区,一倍焦距到二倍焦距为二区,二倍焦距以外为三区)。电学解题三二一九法:三是确定串并联和两表的作用,二是两个不变(电源电压不变,定值电阻的阻值不变)。一是一个欧姆定律。力学的四步法:1.明确知识点;2.确定公式或者影响因素;3.找不变的量和相关量的变化;4.落实结论。这些有生命力的方式和方法师生在学习过程中感受到快乐并收获了成功的喜悦,极大地调动了学生学习物理的积极性。
二、巧用游戏。加深理解
在物理教学中,把学生不容易理解的物理概念或规律与学生熟悉的现象进行类比,可以达到理解知识深刻的目的。例如,在学习“决定电阻大小的因素”时,我用班级列与列、行与行与之间距离大小类比成电阻,人群流动量类比成电流学习。先是两个横截面积一样,但长度不一样的距离让学生比赛。再用两个长度一样但横截面积相差很大的列与列之间的距离进行比赛。特别是后一个游戏,真正理解了为什么横截面积越大,电阻越小,让学生在游戏中掌握知识,并达到事半功倍的效果。学习“凸透镜成像”时除了用口诀帮助学生记忆外,我们还自编了小双簧,一个学生当透镜,找两个穿黑衣服的同学上来分居左右,找好距离当焦点。再找两个穿红衣服的学生分居左右在二倍焦距的点,剩下的学生就是两个两个上来表演物像移动的小双簧,生涩的知识在游戏中变得兴趣盎然。
三、精心设问。引导思考
提问是上课中的常事,如果能很好地利用提问,构建有效问题串,就会使学生思维敏捷,喜欢上物理课。这就要求我们在上课前把要提问的、探究解决的问题预先设计,使之有层次、有系统、前一问后一问有联系,层层深入。比如在讲电学复习的时候,可以用这样的开场白:“同学们,电学实际上就是三个演员在一个舞台上演出了很多精彩的节目,你们知道这三个演员是谁吗?这一个舞台又是什么?你知道精彩的节目有哪些吗?请你列出节目单,并简述节目的主要内容。”学生的热情很高,讨论非常热烈。大家一致认为三个演员分别是电压、电流、电阻,而一个“舞台”就是“电路图”。精彩的节目有研究电流与电压的关系、研究电流与电阻的关系、伏安法测电阻、测小灯泡的功率等。学生的思维一直处于兴奋状态,教学效果显著。在学新课理解电流、电压和电阻过程中把三个量想象成爷爷、爸爸、孙子三辈人,学生自然能清晰地知道没有电阻就没有电压,没有电压自然也就没有电流,从而清晰地知道三者之间的关系。
四、反思方法。总结规律
[关键词]初中物理 素质教育 传授知识 培养能力
[中国分类号]G427 [文献标识码]A [文章编号]1006-5962(2012)03(a)-0109-01
物理学是一门基础自然科学,它是自然界客观规律的反映,物理教学的过程就是一个不断提出问题和解决问题的过程。如何在初中物理教学中进行素质教育,我经过这几年实践,提出一些看法,供大家参考。
1 改变教育教学方法,创造条件
素质教育强调必须创造更多的机会让学生能够通过自身的参与和实践感悟科学方法,学习科学知识。素质教育不仅仅是教师做给学生看、讲给学生听的过程,教师要根据物理学科的特点,利用学校的实验器材和学生自己拥有的材料设计实验,尽可能让学生动手,进行观察和探究,教师讲、学生听的旧教学模式必须改变,教师应积极探索以学生活动为主的多种课堂教学形式。例如:在学习“电是什么”时,我要求学生提前预习,并且引导学生利用铜导线、塑料瓶、铝箔纸自制验电器,在教学中学生用自己的仪器进行实验,教学效果非常好。
学生学习的多数物理知识都是通过归纳和理论推导得出的,仅仅通过传统的以讲授为主的归纳和讲解引入概念和规律是不够的,教学中必须强化学生自身参与的归纳和推导训练,只有这样才能充分调动学生学习的积极性、主动性。例如:在学习“电阻的串联和并联”时,我让学生到黑板上来利用欧姆定律理论推导实验结论,通过这堂课,学生知道了理论推导并不可怕,只要掌握好了基础知识,自己一样可以推导。
2 充分重视学生的发展,充分重视学生学习兴趣的激发和保持
在物理教学中,教师要充分重视学生的发展,要善于激发和保持学生的学习兴趣,常用的手段主要有出乎意料的演示、生动形象的类比、深入浅出的解释、生活中以及社会中的有趣事例、幽默风趣的语言、探究性的学习活动和小实验、学生对问题的讨论等等。
要善于发挥教师的主导作用,引导学生发现自身的不足。教师应当善于设定一些情境和实验,使学生用已有的物理知识和技能不足以解决所面临的问题,从而清楚地看到自己已有物理知识的不足,并努力通过新的学习活动掌握新的物理知识。
例如:在牛顿第一定律建立过程中做演示实验时,学生直接观察到的是:小车从斜面滑下,经过不同粗糙平面时滑行的距离不同,反映出阻力大小对运动的影响,但牛顿定律所叙述的是”不受外力作用”的物体所处的状态,而不受力的物体客观上是不存在的。这里要打通学生的思维障碍,就要引导学生描绘理想化的物理图景,并进行推理。根据学生所观察到的现象,平面越光滑(平面对小车的阻力越小),小车从斜面上滑下后在水平平面上运动的距离就越远,再引导学生想象出“如果物体不受外力作用或所受外力作用之合为零,即物体在一个既光滑又无限长的水平轨道上运动”的情景,学生自然地得出“物体总保持静止状态或匀速直线运动状态”。最后告诉学生:我们今天所得出的结论,是伽利略、牛顿等几代物理学家通过大量实验事实想象推理、归纳才得出的一条重要定律。这一堂课,学生既顺利地建立起了牛顿第一定律的概念,也了解了物理学研究的方法,培养了学生观察实验、积极思维、大胆猜测、严密推理、归纳结论的综合素质。也可以根据一定的需要、依据必然规律,灵活多变的组合相关因素,鼓励提出新的设想;问题的答案可能不是单一的,而是多样的,甚至是开放式的。这种方法有助于培养学生的创新能力,特别是学生学会设定虚拟条件,根据解决问题的需要提出新方法,设想虚拟大前提,并且学会联想和利用看起来并非相关因素的时候,他们的创造性思维能力就会插上腾飞的翅膀。要达到这个目的,就需要教师在认真研究教材基础上,提出适合学生实际的问题,引导其创新思维。
3 创造活跃、平等、和谐的课堂气氛
在课堂上,可利用教材在每章开头的几个问题对学生提问,能引起学生注意,从而启动学生动脑思考,活跃思维。教学中充分利用这些问题,可以生动的引入新课,使学生明确本节课要解决什么问题;也可以利用这些问题,使学生联系生活实际,带着问题去学习,寻求解决问题的方法,积极渴望从课堂知识中去找答案,紧紧地抓住了学生的求知心理,为课堂教学的成功打好基础。如讲测量物体长度时,先出示有关反映长短尺寸的图片让学生判断其长度并提问:你的视觉判断正确吗?激发学生动手去进行长度的测量,学习掌握测量长度的方法。
讲平面镜成像时,先出示平面镜成像图片,提问物像等大吗?物、像距镜面的距离相等吗?在水深为两米的水面上看月亮,像距水面有多远?这时有的学生认为是“2m”,有的学生认为是“3.8×108m”,不同的答案,激发了学生寻求正确答案的求知欲,为接受平面镜成像的规律点亮了“灯”。
一、物理图像功能在高中物理实践教学中的意义
高中物理是一门具有公理化逻辑体系的学科,对学生的抽象思维能力要求相对较高,因此在教学过程中合理运用物理图像功能会使物理教学变得直观形象并能显现出物理过程的动态变化,将物理知识的抽象性变成具体的物理情境。物理图像能从整体上反映了2个或者3个物理量间的定量以及定性的关系,从而强化学生物理图像意识,提升学生数理融合能力,有助于拓展学生分析和解决物理问题的思路。这包括高中生完成物理相关实验,解决物理习题,理解物理规律,掌握解决物理问题的技能。因此,物理图像功能在高中物理实践教学中的应用具有重要意义。
二、高中物理教学中物理图像的应用研究
作为一门具有公理化逻辑体系的学科,物理枯燥的公式、定理以及文字表述,是很难有效调动学生学习的积极性。学生在学习物理过程中都会出现知识点理解上的困难,而物理图像恰能将抽象知识具体化,相比文字、图像以及物理公式,能更加生动直观地体现物理过程。高中物理实践教学中,物理图像功能运用的方式类型包括演绎推理、归纳推理以及灵活解答习题功能。
1.物理图像的演绎推理功能
物理图像演绎功能主要内容是从一般结论推理出个别结论,从已经学过的物理定理、公式或者概念法则出发,利用相关的条件和范围,进行仔细分析,推理出新的物理规律或者结论。演绎推理主要是在数学推导方式的应用条件下,得出分析推理结论,包括定量分析推理以及定性的分析推理。高中物理教学中物理图像的演绎推理功能主要体现在通过相应的物理过程,将物理知识以及规律以最为直观的形式进行呈现。例如某省高考2010年物理考卷中有一道题,要求在试卷中的电路图里,将规格一样的灯泡Ll、L2与活动的变阻器R、铁芯电线圈M均保持串联形式,在完成开关的闭合之后,对变阻器进行调整,保持Ll、L2的发光亮度,确定通过灯泡的电流I在断开开关的情况下,在某一时刻保持开关的闭合,在固定时段内前后的时间,准确得出流过Ll、L2的电流Il、I2。
该题中物理图像为并联电路,M产生暂态过程时与楞次定律相符合,一旦通电,电流会保持在一个相对稳定的数值范围内,而电阻R会直接确定在相对稳定的取值范围内,通过物理图像能快速将这一结论揭示出来,所以该题的答案应该选择A选项。
2.高中物理教学图像的归纳推理功能
所谓归纳推理是从物理个别结论出发,经过严格验证之后推理出来的一般性的物理规律,归纳的过程就是利用物理实验或者平时观察得出个别知识,再通过分析以及概括推理出规律。物理图像演绎推理功能主要是通过物理图像取得物理实验的相关数据,对图像进行分析,选择其中蕴含物理规律的多种数据,利用坐标轴画出曲线图像,绘制出物理数据对应的图像模型。如三角函数、指数函数等数学图像,以这些图像和模型为基础,与常见的物理条件或者物理现象结合,对物理知识成立的先决条件进行分析,总结出高中物理知识的相关规律等。
3.运用物理图像解答高中物理习题
高中物理习题求解过程中,恰当地运用物理图像思想,能更好地对物理题意进行理解分析。学生容易对习题的要求以及解题步骤方法有直观理解,运用巧妙方法在短时间完成习题的解答。
如例题:蚂蚁沿着直线行走,行走速度与离蚁穴距离成反比关系,当蚂蚁走到离蚁穴距离1m位置B处时,速度为v=2cm/s,如果蚂蚁从B处到达离蚁穴距离为2m的C处,问需要多长时间。
在解题过程中,常规方法是先无限分割BC,分割的每一等分均为匀速直线运动,然后求和。这种解题方法较为复杂,存在计算难度。但如果运用物理图像功能,充分利用已知的反比条件,画出的物理图像,则可以得到一条通过原点的直线,利用图像的面积,再通过对坐标轴所代表的对应物理量,最终获得蚂蚁行走的时间。该题反映出解决物理习题的过程中,应用物理图像的重点在于对坐标轴表示的物理量进行合理的选择。
4.物理图像功能在高中物理实验中的应用情况
利用物理图像可以有效探究高中阶段所学的物理规律。如利用线性关系图研究不同物理量间的联系,具体操作步骤为:在得出物理实验数据的前提下,绘制出对应的物理图像,若这一图像中穿过了原点,则横、纵轴上的物理量呈现出的是正比例关系。我们可以看出,图像法应用起来比较简单和直观。
物理图像的使用还能有效地对物理实验误差情况进行检测。例如电学中用伏安法测量未知电阻的阻值,实验方法包括了电流表的内、外两种接法。为了减少该实验误差,利用物理图像进行数据处理具有独特优势。在改变滑动变阻器阻值的情况下获得安培表、伏特表的电流值以及电压值,根据获得的电流值以及电压值画出对应图像,再利用欧姆定律推理出电压为电流的一次函数,该实验的图像为直线。利用实验获得的相关数据绘制出一条直线,这一直线表示的就是电流与电压的实际关系。另外,在正确绘制物理图像的前提下,从物理图像的面积、曲线交叉点以及该图像的斜率也能快速获得解题方法。
三、结语
关键词:电机与拖动基础;知识分类理论;陈述性知识;程序性知识
作者简介:王蕾(1977-),女,河北鹿泉人,南京工程学院自动化学院,高级工程师;刘启新(1957-),女,江苏镇江人,南京工程学院自动化学院,副教授。(江苏 南京 211167)
基金项目:本文系南京工程学院引进人才基金项目(项目编号:121108120002)、南京工程学院教学改革项目(项目编号:JG201116)、南京工程学院教学改革项目(项目编号:JG201312)、南京工程学院教学改革重点项目(项目编号:JG201306)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)28-0086-02
一、“电机与拖动基础”课程特点
“电机与拖动基础”课程是自动化、机电一体化及相近专业的一门重要的专业基础课。[1,2]从教学内容来看,该课程涉及到电学、磁学、力学等方面的概念和定律,课程具有综合性、复杂性和抽象性的特点;从整个课程体系来看,其先修课程包括“大学物理”、“电路原理”,后续课程为“电力拖动与运动控制”,这就使得该课程处于承上启下的重要环节;从本科教学实践环节来看,无论是金工实习,还是学生参加各个级别竞赛,都离不开该课程的知识作为支撑。
“电机与拖动基础”课程存在以下一些特点:
1.内容多,课时少
“电机与拖动基础”课程由原来的72学时减少到现在的56学时,但内容并没有减少。这就给课程的教学提出了更高的要求,如何用最少的时间学到最多的知识,并能理解、掌握、应用和创新,给“电机与拖动基础”的教学提出了挑战。
2.学生畏难情绪大,兴趣少
由于“电机与拖动基础”课程与大学物理和电路等知识紧密相关,这些课程内容的缺失会增大“电机与拖动基础”课程的学习难度;并且电机原理中的复杂物理知识,使得学生望而生畏,更谈不上感兴趣了。
3.学生对知识的综合应用能力差
由于第二个特点,造成学生对所学知识只知其然,而不知其所以然,难以达到灵活应用的程度。
针对以上特点,基于知识分类理论开展“电机与拖动基础”课程教学改革试验研究。
二、“电机与拖动基础”知识分类理论
信息加工心理学广义知识分类和学习阶段理论认为,[3,4]知识分为陈述性知识和程序性知识。陈述性知识回答“是什么”的问题,程序性知识回答“怎么做”的问题。陈述性知识是一种静态的知识,它的激活是输入信息的再现;而程序性知识是一种动态的知识,它的激活是信息的变形和操作。也就是陈述性知识达到的目标是“记忆”,而程序性知识达到的目标是“应用”。
对不同类型知识的学习,其达到的目标不同,因此学习活动也会相应不同,对学生需达到的能力要求也会不同。为了提高教学质量,拟采取以知识分类为前提,教学过程为主线,教学活动为载体,师生为主体的教学模式。
基于知识分类理论的教学模式包括陈述性知识的教学和程序性知识的教学。
1.陈述性知识的学习过程
陈述性知识的学习过程包括四个阶段:[4]知识的选择、知识的整合、知识的组织和知识的精加工等。在每个阶段中,教学主体(教师和学生)开展相应的教学活动。
2.程序性知识的学习过程
程序性知识的学习过程包括三个阶段:[4]知识的学习、知识的应用和知识的创新等。在每个阶段,教学主体开展相应的教学活动。其中创新是程序性知识学习过程非常重要的步骤。
我国目前普遍的大学生教学模式,对大学生的综合应用能力和创新能力培养不够,造成了大学生普遍存在的综合应用能力差、创新能力不足等问题。究其原因,一方面是学生在学习程序性知识的时候,学生能基本达到知识的简单应用,但是解决问题的能力和创新能力很难得到培养;另一方面是学生学得的知识表现为碎片化,即获得的知识单就某一知识学习效果比较好,但不够完整、系统。如何将碎片化的知识根据自己的需要进行加工整理,与原有的知识体系相互整合形成新的个人化知识体系,是面临的另一大挑战。
针对以上两个挑战,就“电机与拖动基础”课程进行教学改革初步探索。
三、“电机与拖动基础”教学改革措施
将“电机与拖动基础”教学内容中所涉及的知识分为两大类:陈述性知识和程序性知识。以直流电机的部分教学内容为例,进行教学改革措施举例。陈述性知识包括:直流电机的工作原理、结构、磁场、运行原理等。程序性知识包括:直流电机拖动系统的运动方程、机械特性、起动、制动、调速等。
1.陈述性知识的教学改革措施
以直流电机工作原理的教学为例进行说明。
在直流电机工作原理知识的教学之前,首先选择与电机知识关系比较密切的大学物理和电路中的有关电磁概念与定律进行复习,这些知识对于学生来说都属于旧知识,包括磁感应强度、磁通量、磁场强度、磁通势、磁路等物理概念,安培环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律、电磁力定律、电磁感应定律等基本定律。对这些旧知识的复习,能够使学生很快产生熟悉感,消除或减弱畏难情绪,同时温故而知新,为新知识的学习打下铺垫。
接着给出直流电机的工作原理示意图,如图1所示。图1(a)是直流发电机的工作原理示意图,图1(b)是直流电动机的工作原理示意图。
直流电机的基本工作原理就是基于电磁力定律和电磁感应定律的。在直流发电机中,运动的带电线圈切割磁力线,产生感应电动势;在直流电动机中,载流线圈在磁场中受到电磁力的作用。这些都是学生已经掌握的知识,将这些旧知识用于直流电机,整合得到新知识:直流电机的工作原理。这样直流电机工作原理这个新知识点就很容易被学生接受、掌握和记忆了。
然后对所学知识进行比较和组织。对于直流发电机和直流电动机的工作原理进行比较教学。两者的相同点是主体结构基本相同;不同点是直流发电机是先有运动后有电,而直流电动机是先有电后有运动。同时引入直流电机的可逆性,也就是直流发电机和直流电动机的统一性。这样两个知识点可以合并为一个知识点,利于学生记忆和掌握。
最后完成知识的精加工。通过对直流电机工作原理的理解和总结,可以将其概括为三个词:电动生磁、磁动生电、电磁生力。学生只要记住这三个词,就能掌握直流电机的工作原理。
由此可见,通过知识选择、整合、组织和精加工,很容易就完成了对直流电机工作原理这种陈述性知识的教学。
2.程序性知识的教学改革措施
以直流电动机拖动系统调速内容的教学为例进行说明。教学分为三个阶段:知识学习、知识应用和知识创新。
在直流电动机拖动系统调速知识的学习阶段,首先创设问题情境。采用实验的方法,使学生在实验中发现问题,提出问题,解决问题。比如,在讲述直流他励电动机调速课程之前,安排学生做直流他励电动机实验。在该实验中,直流测功机按他励发电机连接,作为直流电动机的负载,用于测量电动机的转矩和输出功率。通过调节直流电动机励磁回路中的励磁电阻来调节直流电动机的磁场,电枢回路由可调电源供电,电枢回路中串有可调电阻。实验过程中,首先起动电动机,电动机转速平稳后,分别调节励磁电阻、电枢回路电阻及电源电压,观察在不同物理量变化时,电动机转速、感应电动势、电枢电流等的变化情况,由此使学生直观了解电动机调速方法和调速过程中电动机各物理量的变化过程和特点。接着联系前面学过的直流电动机的机械特性相关知识,在验证了所学知识的正确性的同时,理解和掌握直流电动机的调速知识。另外,还可以由实验室老师给大家演示了一个他励直流电机失磁出现“飞车”的现象,然后引导学生讨论“失磁飞车”的危害,最后提示学生从电磁转矩的产生、转速特性等方面去思考飞车产生的原因,从而进一步加深了学生对直流电动机调速知识的理解。
在对直流电动机调速知识有了初步的掌握之后,教师选择一些实际应用中的相关例子,使学生对直流电动机的调速知识进一步的巩固,并能应用所学知识解决问题,从而加深对直流电动机调速知识的理解。比如给出某一型号他励直流电动机的铭牌数据,让学生根据铭牌数据回答下面的问题:降低电动机电枢电压时的瞬间转速和电枢电流是多大?降低电动机电枢电压时电动机稳定状态的电枢电流和转速是多大?在回答上面的问题中,使学生学会应用所学知识解决问题,从而对直流电动机的调速过程有更为具体的认识。
在学生具备使用直流电动机调速知识解决简单问题的能力之后,教师引导学生对知识进行创新理解。由教师创设比较复杂问题的情境,并让学生划分小组进行讨论,同时教师指导学生选择所学知识资源,通过分析和整理,寻求问题的解决方案。在整个创新过程中,教师起引导和监督的作用。教师应在课前把要问题情境的主要内容告诉学生,以便学生在课前查阅有关资料,做好准备。通过课上讨论,既能使学生对所学内容有清晰而深刻的理解,又能培养学生的阅读能力、思辨能力和语言表达能力,是一种非常有效的教学活动。
问题情境的选择可以从实际生产或生活过程中选择,也可以从大学生科技创新项目中选择。各类科技竞赛能引起学生极强的兴趣,无论是国家级诸如“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛,还是校内的“校董杯”巡线机器人大赛均在学生中有很大影响。小型直流电动机是这些竞赛中广泛应用的动力装置,在教学过程中,注重以这些竞赛题目为对象,鼓励学生参与此类竞赛,并提供指导。问题情境的创设需要考虑以下几个问题:
(1)问题情境应源于学生的现实生活。从同学们喜闻乐见的生活现象或大学生活动入手。分析生活现象,就会使学生产生浓厚兴趣,而且使学生真切地感受到直流电动机调速知识应用的广泛性和重要性。
(2)创设情境要符合学生的年龄特征。“电机与拖动基础”课程一般在大学三年级讲授,学生还有一年多的时间就要面临就业的考验。所以教师可以从已就业学生的工作中遇到的有关直流电机的问题选择问题情境,引起学生的兴趣和解决问题的欲望,从而促进学生更加积极地去开动脑筋,活跃思维,解决问题。
(3)问题情境的创设须参照学生的社会环境特征、思维活动水平和教学条件。由于不同的学生所处的社会环境不尽相同,所具备的知识背景与活动经验也各异,例如统招本科学生和自考本科学生有其自身的特点。教学中要关注所在地区的社会环境,所教学生的思维活动水平并考虑当地教学条件,创设适合学生发展,有利于学生思维训练并切合实际的问题情境,搞好电机教学。
四、结束语
通过采用基于知识分类理论的教学方法,降低了学生对该课程的畏难情绪,提高了学生的学习积极性和学习效率,同时也提高了学生参与科技创新的积极性。因此,该教学改革在活跃大学生创新思维和提高大学生对所学知识的综合应用能力、解决问题的能力上迈出了新的台阶。
参考文献:
[1]刘启新,张丽华,祁增慧,等.电机与拖动基础[M].第三版.北京:中国电力出版社,2012.
[2]钟国梁,卢帆兴,李明辉.“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践[J].中国电力教育,2013,(13):63-64.
关键词:研究性学习
物理教学
引导
渗透
在当今大力提倡创新精神和实践能力教育的背景下,物理教学要注意让学生体会某一知识或规律产生或发现的过程,将当初科学家们研究这一问题的过程适当地重现在学生面前,让学生体会到发现问题、分析问题、解决问题的乐趣,进而掌握某种处理问题的方式方法,提高学生的学习能力和创新意识,这才是物理学科教学的最终目标。作为一名物理学科教师,如何通过自己的教学活动和引导,使这一教学目标最终实现呢?经过几年的实践与探索,我认为可以从如下几个方面去着手:
一、充分认识研究性学习的内涵和特点以及必要性
1、概念
研究性学习是指学生在老师指导下,根据各自的不同的兴趣、爱好和自身条件,选择不同的研究课题,通过知识与经验并重的主体性探究性活动,实现自我发展,培养自己发现问题、分析问题、解决问题的能力,以及培养创新精神和创造能力的一种学习方式。
2、研究性学习特点
从教育心理学讲,研究性学习属于发现学习。发现学习的特征是学习的主要内容未直接出现,只呈现有关线索或例证,必须有学习者去独立发现,自己得出结论,然后再将发现内容和结论内化。而接受学习的特征是把要学习的全部内容或多或少地以定论的形式呈现给学习者,不需要学习者任何形式的独立发现,只需要学习者把学习材料加以内化,把新旧材料的内容有机地结合,即新学习的内容与认知结构中的有关内容融为一体,并存储下来。可见,发现学习过程比接受学习过程多一个即解决问题的阶段。前者比后者复杂。根据发现学习的特征我认为研究性学习的特点有:
①自主独立性 研究性学习的基本目标之一是培养个体的创新素养,这就决定了开展研究性学习要求学生自主独立性,能根据自己的特点,选择独立的方法、自主探索、自研交流,独立地解决学习中的问题。
②探索性 科学发展史,本身就是一部对奥秘的探索与对问题的解答历史。研究性学习要求学生亲身体验,善于探索,所谓那些没有受过未知物折磨的人,是不知道什么是发现的快乐的。
③过程性 研究性学习注重学习的过程、思维方法的培养,它强调的是学习的过程,而不是学习的结果或研究的成果,也就是说学生是否掌握某项具体的知识技能并不重要,关键是学生通过研究性学习是否能对所学的知识有所选择、判断、运用去解决一些基本的问题等。
④全体合作性 研究性学习主张学生全体参与,她重过程而不重结果,她目的是尽可能激活所有学生的潜能,研究性学习中无“尖子生”和“学困生”之别,成绩平平者的同学,很可能具有研究和创造的潜质。同时,研究性学习工程往往是自主学习和与他人合作学习的结合,她需要合作者的集体智慧和分工协作,学会与他人合作,与他人合作进行研究性学习,去解决一个问题,这也是研究性学习的一个特特点。
3、在技校物理教学中开展研究性学习很有必要
物理是一门重要的基础学科,其教学理应作为创新教育的主战场,有其高而深远的价值,有着其他学科不可替代的作用。当前技工学校的物理教学,存在着许多困惑,令人深思与反省。一是技工学校的学生大多数是公认的学习基础较差的学生群体,普遍对理论文化课的学习存在种种困难;二是受传统的应试教育影响,家长、社会对学校的认可标准,实际的教育是脱离了物理教学原有的本质。在一定程度上扼杀了物理教学应有的勃勃生机。在一个变革的社会中,每个人都需要科学技能,在培养这种技能方面,让学生进行研究性学习比其他的教学更为有效。
根据美国当代著名教育心理学家布鲁纳(Bruner,J.S.,1915~)的认知-发现理论。布鲁纳认为,教育不仅应当尽可能使学生牢固地掌握科学内容,还应当尽可能使学生成为自主且自动的思想家。这样的学生当他在正规的学校教育结束后,将会独立地向前迈进。布鲁纳认为,学生掌握学科结构的最好方法是发现法,发现法有助于提高智慧的潜力;有助于培养学生的内部学习动机,最好的学习动机莫过于对学习材料本身具有内在的兴趣,有新发现的自信感,发现法利用学科内部概念造成新奇、诱惑,引起学生对学习本身的兴趣;发现法有助于学会发现的探索方法;有助于记忆。
因此在技工学校的物理教学中,开展研究性学习,在物理课堂教学中引入研究性学习,以提高我们学生的创新精神和实践能力是很有必要的。
二、在技校物理教学中渗透研究性学习
目前阶段技校的教学形式仍然以班级授课制为主,因此如何在课堂教学中实施研究性学习这是一个非常实际的问题。技校教学中研究性学习的开展,关键是要把研究性学习的思想渗透到学科教学中,对于物理学科而言这一点就显得尤为重要。布鲁纳认为,教学不应当使学生处于被动接受知识的状态,而应当让学生成为发现者。在教学中运用发现法,要根据学科和学生的特点进行,其灵活性较大,老师教学时应注意:1、鼓励学生有发现的自信心;2、激发学生的好奇心,产生求知欲;3、帮助学生寻找新问题与已知事物的联系;4、训练学生运用知识解决问题的能力;5、协助学生进行自我评价;6、启发学生进行对比。参考布鲁纳的观点,我的具体实施方法如下:
1、在教科书的框架内尽可能多的扩大学生的自主学习空间
研究性学习的指导思想就是要发挥学生的主体作用,我们的教科书已经给定了学生学习的知识框架(学生不可以自主的选择学习的内容),作为教师就应该在这个框架内尽可能多的扩大学生自主学习的空间。
①首先,要注重启发学生对某一知识根据自己的经验提出问题和猜想(即培养学生提出问题的能力)。在技校物理教材中有许多内容都可以用来培养这一能力,如采用控制变量法研究的一些问题:滑动摩擦力大小的影响因素、物体加速度的研究过程、电阻大小的影响因素,欧姆定律的研究过程、电磁铁磁性强弱的影响因素、磁场对电流的作用规律、焦耳定律的研究过程等等。值得注意的是,学生提出的猜想其中可能有一些是不正确的,或者说存在概念错误,还有可能某些真正的影响因素他们根本没想到,这时我们教师千万不可单纯为赶进度,将这一过程留于形式,而应该耐心仔细的引导学生根据他们平时的生活经验和所学的物理知识进一步分析,从而提出更多的猜想,这样对于培养学生提出问题的能力大有好处。
②其次,引导学生在提出问题的基础上自主选择解决问题和验证猜想的方法、途径和工具(培养分析探究问题的能力)。鼓励学生大胆的提出了许多猜想,随后再根据各自的猜想将他们分成几个小组,引导各个小组的学生自主的选择验证各自猜想的方法,可以通过自己设计小实验去验证自己的猜想(由于此过程是在课堂教学的过程中进行,所以教师应尽可能多的准备一些实验器材,以供学生选用),对于学生设计的某些典型的实验,教师还可将它介绍给其他小组,其他小组的学生还可以提出改进意见,这就充分发挥了他们学习的自主性,培养了他们团结协作的精神。
例如,在讲授技校物理教材中第56页,第三章第二节《牛顿第二定律》时,可提出需研究的课题:在上节课的基础上,本节定量地研究“加速度a与外力F和物体质量m的关系”。要求设计解决方案,包括实验装置、实验器材、要观察测量记录哪些物理量、根据数据分析得出什么样的结论。
经一番思考讨论,学生会得出一些实验装置,然后教师加以引导并指导学生阅读书本,让学生统一认识到书本装置的好处。(之一小车匀加速直线运动便于控制),此时学生会提出书本图中用光滑木板,而这是理想的木板,我们实际并不能找到如此的木板,我们实际用的木板,当小车在木板上作匀加速直线运动时必然要受到摩擦力,此时小车受到的合外力实际应为F合=F绳-F摩,考虑到实际中摩擦力测量并不容易,而本实验要解决的问题中如何解决这个摩擦力问题是十分关键的。由此学生再次展开讨论;如何来平衡这个摩擦力,经分组讨论,学生很快提出:只需把木板一端略抬高些,让木板与水平面形成一个倾角θ,让小车的重力沿斜面向下的分力Gx=G·sinθ来平衡这个摩擦力F摩,使小车放在这个木板斜面上恰好能做匀速直线运动。
解决了摩擦力平衡问题后,学生情绪高涨,为自己探索的成功而兴奋,紧接着,趁热打铁,让学生思考本课题核心,加速度a与合外力F和质量m的关系,加速度a与合外力F、质量m两个变量有何关系,应如何研究。由于学生们在初中自然科学中学习电学《欧姆定律》时已学过类似方法。很快学生答出:采用“控制变量法”:先让两小车质量相同m1=m2,(控制一个变量不变)而让两小车受到的绳子拉力不同,测出相同的时间小车经过的位移,再由位移公式S=(1/2)*at2得a=2S/t2,从而研究加速度a与合外力F关系转化为位移S与合外力F的关系;再控制两小车受到的拉力这个变量相同F1=F2,让两小车的质量不同,测出相同时间小车经过的位移,仿前步骤,研究加速度a与质量m的关系转化为位移S与质量m的关系,综合两次实验结果,同学们很快会得出,a∝F和a∝1/m的结论。
在实验基础上,教师归纳牛顿第二定律,得出F合=ma。采用研究性学习这种模式后,整个学习过程充满乐趣,学生的情绪一直处于紧张而兴奋的最佳点,思维活跃,能对课堂上的知识点进行归纳总结。
③另外,对于某些同学提出的设想,倘若短时间内无法在课堂内用实验验证,我们还可以鼓励他们课后去验证,当然也可以采取其它的方法来帮助分析,例如,有同学认为滑动摩擦力的大小与运动速度有关,而这一实验又不便直接验证,那么我们还可以采用极端假设的方法来反驳,我们假想滑动摩擦力的大小随速度的增大而减小是正确的,那么必然会存在这样一种可能性,当速度达到一定的程度,滑动摩擦力的大小将等于零,物体的运动将不再需要动力装置来克服阻力,这显然是错误的。对于滑动摩擦力的大小与接触面积的大小无关也可采取这样的分析方法来反驳,假设滑动摩擦力的大小随接触面积的增大而增大是正确的,那么反过来说,滑动摩擦力的大小随接触面积的减小而减小,也应该是正确的,试想,当我们推一重物很费力时,是不是只要将它与地面的接触面积缩小就可以实现省力的目的呢?显然这样的设想是荒谬的,从这个例子我们可以看出采用这种反证法的思想来证明自己的观点,对于提高学生的思维能力也大有益处。
④提高学生学习自主性的最后一个环节就是鼓励学生从事实(物理现象)中得出自己的结论。学生在自主选择的基础上想方设法去验证自已的猜想,最后不管他们的猜想是否正确,都应该鼓励他们大胆地把他们的亲身体验小结成结论或经验。虽然这样的结论并不是非常全面,但对于提高学生口头表达能力以及分析总结的能力是非常有帮助的,当然在这个基础上,教师还需要再引导学生做更为深入的分析,最终去伪存真,综合分析得出更科学的结论。
2、在课堂教学过程中采用类比法扩大学生自主学习空间
在课堂教学过程中扩大学生自主学习空间的另外一种做法也值得一提,那就是采用类比法促使学生将所学到的新知识与自己生活中的经验进行类比,扩大他们思维的空间,以加深他们对新知识的理解。在现行教材中适合采用这种方法的教学内容非常多,如声波的传播形式可比作水波的传播形式、电流可比作人流或水流、电压可比作水压、原子核与原子体积大小的关系可比作乒乓球与地球的大小关系等,这些形象的类比是将学生平时的生活经验有效的融入课堂,对于某些抽象知识的理解非常有利,教学过程中教师可以利用自己的智慧打一些恰当的比喻帮助学生理解,同时也可以引导学生在理解的基础上自己来打比喻,加深理解。比如在学习导体电阻大小的影响因素时,教师首先引导学生分析猜想对电阻大小可以造成影响的因素有哪些,然后采用控制变量法对一个个因素逐一研究,然后为了加深学生的理解,还可以引导学生将自己的理解用比喻的形式表达出来,就有几位同学在讲解电阻随导体横截面的增大而减小时,打了这样一个比方:将电荷通过导体比作千军万马过桥,若桥越宽则军队越容易过桥,阻碍越小,那么电荷通过导体时导体横截面积增大,电荷通过时受到的阻碍也会越小,电阻越小。经过许多这样训练我认为既可以锻炼学生的思维能力和类比能力,同时还可以检验学生的理解是否出现偏差,效果十分理想。
3、在课堂教学中适当增加一些体验性的活动
研究性学习的最根本的出发点就是让学生充分体验获取知识的过程,在实践过程中丰富体验,构建知识。如:1牛的力是多大,20牛的拉力是多大,这完全可以让学生去亲自体验:用手托起两只鸡蛋所需的力约为1牛顿,用手拉开易拉罐所需的力约为20牛顿。再如力的作用效果与力的三要素有关,我们也可以让学生在开关门的过程中体验力的作用效果与三要素的关系;用弹簧测力计测量物体重力时测力计要保持静止,这一点也可以让学生将测力计加速上升或加速下降进行具体体验,显然通过这种方式获得的知识,要比在牛顿的著作中或在一本教科书中搜寻答案更有意义,这种“真正的体验活动”不仅可以让学生获得对知识的真正理解,而且还可以让学生得到“如何去获得知识”的能力,而这正是研究性学习的一个很重要的宗旨。
三、课后辅以一定的课题研究
课题研究是目前尝试开展研究性学习最常用的一种形式,物理学科与学生的日常生活、生产科技结合十分密切,学生利用课余时间适当开展一些与本学科知识有关的课题研究,对于提高学生的学习能力、知识的应用能力都非常有益。
1、课题研究要选好题目
要搞好这项活动首先是选题的问题,研究课题的来源可以源于课本或从现实生活中选择与学科内容相关的内容。
如:用学过的物理知识分析车床刀架上车刀受力问题、自行车上的力学问题、探究热水瓶内所盛开水的多少与保温性能的关系、调查不同服装材料的保温性能及其发展状况、学会抄读家用表(水表、煤气表、电能表)、装配直流电动机模型的体会、调查城市中的热岛效应等,这些问题都是非常有趣而且贴近生活的好课题。当然课本中的小实验和小制作,也可以作为学生课外研究的内容,教师可以根据教学进度适当布置。此外,我们还可以根据学生的具体情况,从他们平时现实生活中选取一些他们所关心的话题,结合自己所学的学科知识加以应用,解决一些实际问题,如:冬天到了,大风天气很多,许多同学到了室外都喜欢躲到树后或墙后避风,但两者的避风效果显然不同,同学们之间展开热烈的争论,我就把这个问题作为一个课题----“障碍物对气流的影响”让他们课后通过实验讨论并验证自己的结论,结果全班同学都参与了这个课题的研究,得出了许多重要结论,在交流讨论时,大家又做了改进,学习讨论的热情非常高。
2、课题研究的分组研究、总结成文
课题研究的第二步就是分组研究、总结成文。教师可以有计划地组织学生根据各自的兴趣爱好选择相应的课题,然后按照课题的种类将全班同学生分成几个专题研究小组,分别制订研究计划,进行合理的分工合作,通过查找资料、动手实验、社会调查等亲身实践获得对研究问题的直接感受,这个过程可能要持续相当长的时间,教师在整个过程中都要作为一个参与者,参与每个小组的讨论,同时可以给于适当的引导和帮助,让各组成员定期进行中期汇报,教师做好跟踪记录以防个别小组半途而废,最后要求各组按照规范的格式总结成论文,以便进行班内交流。为了进一步提高学生兴趣,我们还可以将每个学期学生课外课题研究论文装订成册。
3、课题研究的讨论与交流
课题研究的最后一个环节就是讨论与交流。交流的形式可以多种多样,可以采用演讲的方式、做报告的方式(可配带电脑PowerPoint制作的幻灯片)、答辩的方式等多种形式,交流过程中其它组的学生还可以提出一些改进意见,这样不仅有利于提高论文的深度,也有利于其它组学生拓宽知识面。充分体现了学生为学习主体的教学理念,在实际教学的过程中,受到非常好的教学效果。
四、结束语
以上就是我在物理学科教学过程中,渗透研究性学习的一些做法,这里我谈了许多研究性学习的优点,但这并不是说我们在学科教学的过程中都应该采用这样的教学方法,原因有二:第一,教学时间不允许;第二,每一种教学方式都各有所长,“研究性学习”在积累直接经验、培养学生的创新精神和实践能力方面有其独到之处,而“接受性学习”在积累间接经验、传递系统性学科知识方面,其效率之高是其他方法无法比拟的,因此这两种学习方式在学科教学中都是必要的,而且是相辅相成的,通过接受学习获得的知识可以用来解决问题,而发现学习也有扩大知识和检查知识理解得如何的作用,绝对不能以此来反对或摒弃其他学习方式。我相信只要我们正确处理好两者的关系,在教学过程中适当运用“研究性学习”的思想,使它的优势充分发挥,我们最终的学科教学必将变得丰富多彩,教学成果必将无比丰硕!
参考文献
1、《教育心理学》唐卫海 刘希平著南开大学出版社2005年12月第一版
2、《物理》(第三版)
全国技工学校通用教材
3、《有效教学方法》 [美]加里D鲍里奇著,江苏教育出版社2004年版。
4、《物理教学探讨》2005.1
5、《论研究性学习》王升(课程·教材·教法) 2002年第5期P11~P15。
6、《研究性课程的构建》谢树平.教育研究,2001,(6).