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关键词:电动势;电压;电流;电阻;功率
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)12-0060-3
1 P于闭合电路欧姆定律
1.定律内容:在外电路为纯电阻的闭合电路中,电流的大小跟电源的电动势成正比,跟内、外电阻之和成反比。
2.定律的得出:仔细分析人教版和教科版教材,他们给出定律的过程是相同的。在电源外部,电流由电源正极流向负极,在外电路上有电势降落,习惯上称为路端电压或外电压U,在内电路上也有电势降落,称为内电压U';在电源内部,由负极到正极电势升高,升高的数值等于电源的电动势。理论和实践证明电源内部电势升高的数值等于电路中电势降低的数值,即电源电动势E等于外电压U和内电压U'之和,即E=U+ U'=U+Ir。若外电路为纯电阻,则U=IR,所以E=IR+Ir,I=
从教学实际看,上述给出定律的方法很多同学并不能理解,只能生硬的接受,这给学生对定律的理解和运用带来困难。在教学中笔者尝试从能量角度推导定律,效果较好,过程如下:从能量转化观点看,闭合电路中同时进行着两种形式的能量转化:一种是把其他形式的能转化为电能,另一种是把电能转化为其他形式的能。
设一个正电荷q,从正极出发,经外电路和内电路回转一周,其能量的转化情况如下:
在外电路中,设外电路的路端电压为U,那么正电荷由正极经外电路移送到负极的过程中,电场力推动电荷所做的功W=qU,于是必有qU的电能转化为其他形式的能量(如化学能、机械能等)。在内电路中,设内电压为U',那么正电荷由负极移送到正极的过程中,电场力所做的功W=qU',于是必有qU'的电能转化为内能。若电源电动势为E,在电源内部依靠非静电力把电量为q的正电荷从负极移送到正极的过程中,非静电力做的功W=qE,于是有qE的其他形式的能(化学能、机械能等)转化为电能。
因此,根据能量转化和守恒定律,在闭合电路中,由于电场力移送电荷做功,使电能转化为其他形式的能(qU+qU'),应等于在内电路上由于非静电力移送电荷做功,使其他形式的能转化成电能(qE),因而qE=qU+qU',即E=U+U'。若外电路为纯电阻R,内电路的电阻为r,闭合电路中的电流强度为I,则U=IR,U'=Ir,代入上式即得I=
E/(R+r)。
3.定律的理解:不论外电路是否为纯电阻,E=U+ U'=U+Ir总是成立的,只有当外电路为纯电阻时,才能成立。闭合电路欧姆定律的适用条件跟部分电路欧姆定律一样,都是只适用于金属导电和电解液导电。
2 不同的物理量间的图像关系以及对图像的理解(以外电路为纯电阻为例)
图像1 电路中的总电流与外电阻的关系即I-R图像
图像2 外电压与外电阻的关系即U-R图像
由闭合电路欧姆定律可得:
分析可得:R增大,U增大;R减小,U减小,但不成线性关系。R0,U0; R∞,UE。故U-R图像如图2所示。当外电路短路(R=0),外电压为0;当外电路开路R∞,外电压等于电动势E,即若题目中告诉某一电源的开路电压,则间接告诉了电动势E的值。
图像3 外电压与总电流的关系即U-I图像
由闭合电路欧姆定律可得:U=E-U'=E-Ir。
分析可得:由于E、r为定值,故U与I成线性关系,斜率为负,故图像应如图3所示。当I=0,U=E,即图像的纵截距表示电动势;当 此时外电路短路,此电流即为短路电流,即横截距表示短路电流。斜率k=-r,即斜率的绝对值表示内电阻。
由上述分析可知,若给出了U-I图像,则由图像就可以知道电源电动势E和内阻r这两个重要的参量。若将不同电源的U-I图像画在同一个图中,如图4所示,则可以比较不同电源的电动势和内阻的大小。由图4可知E1=E2、r1
图像4 电源的输出功率与外电阻的关系,即P-R图像
图像5 电路中的功率与总电流的关系,即P-I图像
与闭合电路相关的功率有3个:电源的总功率、电源内部的热功率、电源的输出功率。
由P=IE可知P与I成正比,图像应为过原点的一条倾斜的直线。
由P=I2r可知图像应为顶点过原点的关于纵轴对称的开口向上的抛物线的一半。
由P=P-P=IE-I2r可知图像应为过原点的开口向下的抛物线的一部分。
若将3个功率与电流的关系图像画在同一图像中,则分别对应着图6中的图线1、2、3。
利用图线1可求电动势E,利用图线2可求内阻r,需要特别注意的是:此图像中3条图线不能随意画。“1”“2”交点说明此时P=P,即P=0,外电路短路,电流最大,此状态下图线“3”与横轴交点值一定是“1”“2”交点对应的横坐标值,否则就是错误的。“2”“3”交点的含义为P=P,此状态下R=r,则“2”“3”交点对应的横坐标一定为 ,若不是则错误。还必须注意的是“2”“3”的交点一定是“3”的最高点,因为R=r时,P最大,若不是这样则此图画错了。
案例 在图7(a)所示电路中,R0是阻值为5 Ω的定值电阻,R1是一滑动变阻器,在其滑片从最右端滑至最左端的过程中,测得电源的路端电压U随电流I的变化图线如图7(b)所示,其中图线上的A、B两点是滑片在变阻器的两个不同端点时分别得到的,讨论以下问题:
问题1 滑片从最右端滑至最左端的过程中,电流表示数如何变化?
分析:滑片从最右端滑至最左端的过程中,由电路结构可知外电阻R变小,由I-R图像可知电流表示数变大。
问题2 滑片从最右端滑至最左端的过程中,电压表示数如何变化?
分析:滑片淖钣叶嘶至最左端的过程中,由电路结构可知外电阻R变小,电压表测量的是外电压,由U-R图像可知电压表示数变小。
问题3 电源电动势和内阻各为多大?
分析:图7(b)给出的是外电压与电流的关系,由图可求得斜率绝对值为20,将图线延长与纵轴相交,可得纵截距为20,由U-I图像的物理含义可知电源电动势E=20 V,内阻r=20 Ω。
问题4 滑片从最右端滑至最左端的过程中,电源的输出功率如何变化?最大输出功率为多少?
分析:由题目所给条件可求得R1的最大阻值为75 Ω,滑片从最右端滑至最左端的过程中,外电阻的变化范围为80 Ω~5 Ω,由P-R图像可知P先变大再变小。调节过程中可以满足R=r,则当R1的有效阻值为15 Ω时,电源输出功率达最大 ,即为5 W。
问题5 若在上述条件下,仅将R0的阻值改为30 Ω,滑片从最右端滑至最左端的过程中,电源的输出功率如何变化?电源的最大输出功率为多少?
分析:滑片从最右端滑至最左端的过程中,外电阻的变化范围为105 Ω~30 Ω,由P-R图像可知P一直变小。由于无法满足R=r,则电源输出功率不可能为,则当R与r最最接近即R1=0 Ω时电源输出功率最大,计算可得为4.8 W。
与闭合电路欧姆定律应用相关的题目较多,题型多种多样,解决这类题目的关键是要搞清电路结构,搞清电表的测量对象,分清已知量与未知量,再运用相应规律求解则可。当然,这也不是一蹴而就的,只有多做、多练、多思考才能达到较好的效果。在解答闭合电路问题时,部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律经常交替使用,这就要求我们认清研究对象是全电路还是某一段电路,是这一段电路还是另一段电路,以便选用对应的欧姆定律,并且要注意每一组物理量(I、U或I、E、R、r)的对应关系是对同一研究对象的,不可“张冠李戴”。
参考文献:
一、创新教学内容,激发学生潜力
教师在讲授课程内容时,往往习惯于从前到后一节节地讲下去。教师注重知识的连贯性和系统性,无可厚非,但理论讲得多、实际操作少,学生学起来感到枯燥无味,教师也总是抱怨学生素质差。实际上,教师在进行教学时,应该把那些系统、繁琐、难以理解的知识通过一个个实践项目分解开,变成一个个相互独立又有联系的模块来讲授,这样才更便于学生理解和掌握。例如,笔者在讲授“电功和电功率”时,就采用了这种方法。笔者先指定内容、提出问题,让学生课前预习,并分组讨论;然后笔者进行系统的、有重点的知识讲授,引导学生针对疑难点提出问题、解决问题;再让学生结合学习的理论知识,拆卸和组装电度表;最后笔者引导学生进行安装、接线、调试、固定,并通电检测。这样在操作的过程中,学生既对理论知识进行了巩固,又对实际操作产生了浓厚的兴趣,既动了脑,又锻炼动手操作的能力。学生的学习积极性大大提高,学有动力,潜力也被充分激发出来。
二、创新教学方法,激发学习兴趣
教学工作是一种创造性的劳动。教师在课堂教学活动中,不应拘泥于一种教法,而应根据教材内容、学生实际和企业的要求,对教学内容、教学方法进行最优化的组合,才能激发学生持久的学习兴趣。为此,教师在教学过程中,应把教法研究放在第一位。
1.开展启发式教学,巧设悬念
教学活动中,学生处于学习的主体地位,老师处于主导地位。老师必须注重激发和培养学生的学习兴趣,发挥学生的主观能动性,围绕课程的重点,创设良好的教育环境和氛围;精心设计,提一些有趣味性的问题;开展启发式教学,设置悬念,启发学生思考问题并解决问题。例如在讲基尔霍夫定律求支路电流的内容时,可从全电路欧姆定律引入并启发开来。
在这个简单电路中,学生能很快根据前面学过的全电路欧姆定律求出答案:
笔者对此进行了充分的肯定并大力表扬了学生,这样学生的积极性就被调动起来了。
然后笔者在图1(a)上又并联了一条支路,如图1(b)所示,图中E2=17V,R2=1Ω,再求I1=? I3=? I2=?
笔者直接提出问题:这个电路图能不能也直接运用全电路欧姆定律分析计算?学生们进行了认真思考,分析此电路图中包含2个电源和3个电阻,不属于简单的串、并联电路,因此不能直接运用全电路欧姆定律。那么怎么计算呢?这时笔者就自然而然地引出了下面要讲述的新内容――基尔霍夫定律。假设每条支路上的电流分别为I1、I3、I2,假设各支路电流的参考方向和两个独立回路的绕行方向如图1所示,利用基尔霍夫定律列出联立方程:
经过教师的启发,学生们都理解并掌握了新知识。
2.总结知识,提高迁移能力
电工基础课的教学也要像其他课程一样,要教会学生学习,提高学生解决问题的能力。老师要引导学生运用逻辑思维将已学的知识系统化、模式化,形成稳定的知识结构,并借助这种结构在新情境中迅速提取知识,迁移应用――寻求新途径,获得解决问题的成功经验,吸取受挫的教训,使自己的内功不断提高。心理学研究表明,对已有知识的概括水平越高,就越能揭示以前同类新问题的本质,而没有经过概括的知识是很难发生迁移的。因此教师要引导学生打破先前的教学顺序,对所学的知识进行系统、扼要的总结,形成易于提取的知识结构,同时还要通过解题引导学生对解决问题的思路、方法、经验进行总结。
如在图1(b)所示的电路中,已知条件不变,仍然是求各个支路的电流I1、I2、I3时,笔者就引导学生对全电路欧姆定律、基尔霍夫定律的应用进行总结,然后把已知电路看成是由两个新电路叠加而成,如图2所示。利用全电路欧姆定律,先求出两个电源单独作用时各支路上的电流,然后再求两个电源共同作用时各支路的电流。即把前面的计算结果分别进行叠加――电流同向相加,反向相减,即得到两个电源共同作用时各支路的电流,这就是叠加原理。分析计算步骤如下。
通过比较可以看出,利用叠加原理与用基尔霍夫定律解得的结果完全相同,这样既引导了学生实现了知识的迁移,又提高了学生解决问题的能力。
3.进行演示实验,强化对知识的理解
演示实验是以教师为主要操作者的表演性和示范性试验,旨在结合典型化的感知材料,引导学生观察、思考,获得知识、发展能力,并从操作技能与态度上为学生提供示范。教师在做实验时,要一丝不苟,态度严谨,有条不紊,才能为学生起到示范作用。如在讲授电磁感应这一内容时,笔者给学生做演示实验,把检流计与线圈连接成一个闭合回路,将条形磁铁放置在线圈中,当它静止时,检流计的指针不发生偏转,说明该回路中没有产生感应电流;如果将条形磁铁迅速插入或者拔出线圈,检流计的指针就会发生偏转,说明线圈中产生了感应电流。这时笔者向学生提出问题:电流从何而来?接着笔者进行讲解:这是由于条形磁铁在插入或者拔出线圈的瞬间,导致通过线圈的磁通发生变化而产生电流,这一现象称为电磁感应,也称为“动磁生电”,这就是发电机和电动机的工作
原理。
通过实验,学生对电磁感应这一现象有所了解和认识,从感性认识上升至理性认识,理论联系实际,强化了对知识的理解,为该课程的进一步学习打下了基础。
4.开展尝试教学,引导学生自我发现
教师在开展课堂教学活动时,要想方设法让课堂有利于学生自主学习、自我发现,成为有利于学生想象力发展的充满生机和活力的课堂。这就要求教师要改变“牵着学生鼻子走”的注入式教学方式。为此,笔者在教学中尝试了“讨论发现”的教学模式。如在讲授测量电路中的工作电流时,把学生每4人分成一组,给每一组发放万用表、电流表、钳形电流表,让学生去测量电路中的工作电流,并比较哪一种电流表操作使用更简单。学生们认真仔细地操作,各小组激烈讨论并踊跃发言,最后大家得到一致结论:钳形电流表在不断开电路的情况下即可测量工作电流,应用起来最简单,既节省了工作时间,又提高了工作的效率。通过这样的教学方式,既提升了学生的操作技能和探索的能力,又培养了他们的合作意识和创新精神。
三、创新教学手段,激发学生思维
传统的教学采用的是教师讲、学生听的教学形式,显得沉闷而单调。而多媒体教学可以发挥三机一幕的优势,做到图文结合、声情并茂,充分展现知识的形成过程,使本来比较枯燥、乏味的内容丰富起来。在讲授单相交流电的产生这一节内容时,笔者采用了多媒体课件进行教学,让学生清晰地看到:当线圈在磁场中切割磁感线转动时,线圈将产生感应电动势,线圈回路闭合时有感应电流产生,使接在线圈回路中的小灯泡发光。学生对这一节课特别感兴趣,对知识理解得更加透彻。
(福泉市第三中学贵州福泉550500)
1. 背景
在过去十几年的教学中发现,初中毕业生升入高中后,往往感觉到物理特别难学,特别是实验教学,让学生难以接受和理解。由于工作变动,今年我又有幸从事了初中物理教学,带着对这一问题的思考,结合学科特点,为了做好实验教学,我在教学中做了一些思考和总结,按本文中所列几个方面入手,颇见成效,谨以此和大家分享,并请各位同仁批评指正。
2. 充分利用物理趣味实验,创设乐学情境,激发学生求知欲
兴趣是最好的老师。初中学生对生动形象的物理实验普遍怀有好奇心和神秘感,合适的实验不仅能帮助学生理解和掌握知识,而且能激起学生的兴趣,启迪其思维定向探究。实验导入是物理课堂导入的最主要的方法。我在教学实践中主要采用了惊奇现象导入,黑箱导入,配合故事导入,实验复习导入等方法。
3. 高瞻远瞩,正确理解概念
在初中物理教材中,速度的定义为物体在单位时间内通过的路程。这时,教师应讲清楚这个定义是对于物体作匀速直线运动而言的,由于物体在各个时刻运动的快慢和方向是相同的,因此任意时刻的速度都等于整段时间内的平均速度。对于物体作变速运动,物体在各个时刻运动的快慢和方向是不同的,这样定义出来的速度只能是平均速度。这样一来,为高中物理学习瞬时速度、平均速度打下了良好的基础。
4. 重视内涵和外延
例如:欧姆定律的内涵是导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,即部分电路欧姆定律。欧姆定律的外延是,电路中的电流与电源电动势成正比,与整个电路的总电阻成反比,即全电路欧姆定律。
5. 注重科学方法
“授人以鱼不如授人以渔”。这就要求初中物理教师在教学过程中,应积极采用探究式教学法以培养学生的创新能力。把科学家从事科学研究的一些基本做法反映到教学中来,让学生体验科学的结论都有其科学的产生过程,即“问题假设求证结论”的探究路径。注重对结论的产生过程的教学,将对培养学生的抽象逻辑思维能力起到积极的作用。
5.1注重科学探究的七个环节
5.1.1提出问题
我们要尽可能地引导、激发学生的想象能力,从而使他们会发现问题和提出问题。探究是从问题开始的,发现和提出问题是学习的开端。教师在教学中要善于创设问题情境,使学生在阅读、观察、调查中对自然现象、生活现象或实验现象产生好奇,发现或提出一些有探究价值的问题。
5.1.2猜想假设
猜想与假设是学生运用已有物理实验和实践经验,对问题的可能答案进行猜测,尝试性地提出自己的见解和想法。这一环节有利于调动学生参与学习的积极性和主动性,有利于促进学生思维能力、创造能力的发展。在教学中可根据具体的内容,采用多种方式,鼓励每位学生大胆说出自己的想法。
5.1.3设计实验
针对探究的目的和条件,设计明确、具体的操作步骤,达到预期目标。教学中教师应根据探究问题的难易程度,在设计实验方案时给学生必要的方法指导,注意实验设计的层次性和典型性,使学生逐步掌握统筹问题、分析问题及控制变量的意识。
5.1.4进行实验、收集数据。
通过实验,获取事实与证据;正确操作,确保实验顺利进行;科学记录实验现象及数据。
5.1.5分析论证得出结论
引导学生对实验进行解释并通过理性分析形成结论,这是实验的目标。教学中注意引导学生逐步学会用报告形式将实验进行总结,包括:实验的目的、方法、步骤、注意事项、结果、分析和讨论,学生通过比较、分类、归纳、概括等方法,对事实与证据进行简单的加工、整理、归纳、处理和分析,得出正确的结论。
这几种程序可依次进行,可穿插配合使用,也可单独进行。
5.2把课堂还给学生,使学生成为实验的主体
新课程背景下,老师只是课堂的组织者,引导者,管理者,聆听者,评价者,欣赏者。努力提高学生的实验思维,学生的动手,动脑,观察,归纳分析能力是老师的主要功能。
5.2.1重视课程改革,掌握探究性实验的特点和设计要求
传统的学生实验都是在新课学习之后安排时间进行的,属于验证性物理实验,且都只强调对实验基本技能的培养。在新课程改革目标中,尤为重视对学生探究能力的培养,致力于改善学生的智能结构,激发学生的创造精神。
探究性物理实验教学有如下特点:一是探究物理规律并培养学生基本的实验操作能力;二是让学生经历探究过程,学习科学研究的思想和方法,对学生进行情感教育;三是能充分体现课堂教学中学生的主体地位,教师的主导作用。为此,教师事前要做好安排,准备可供选择的实验器材。
5.2.2从“提”、“学”、“练”三个环节入手,做好探究性物理实验
(1) “提”:即提问。学生自己在学习中发现问题是至关重要的。当学生提出有价值的问题时教师应该因势利导,让学生知道什么样的问题有价值,这对培养学生发现问题的兴趣,养成提出问题的习惯,都有好处。学生发现并提出问题,是求知的起始,也是教师展开教学的最好开端。
(2)“学”:即在教师指导下学生预习、阅读课文,进行思考;
(3)“练”: 学生动手实验,正确观察、量度和整理、分析数据,从复杂多变的过程中剖析现象之间的因果关系,从而认识现象的本质特征,并抽象出物理规律。
6. 积极开展家庭物理实验的形式以补充物理教学,培养学生的观察力、注意力、毅力等优良品质
教材每一章后面都附有一些小实验,这些小实验都有是一些取材方便、简单易做、现象明显的实验,教师可指导学生在家庭的条件下独立完成这些小实验。如在学生“物体浮在液面的条件”后可安排一个家庭实验《鸡蛋的浮沉》,通过这个实验来加深对“浮沉原理”的理解。
7. 在实验教学中培养学生的创新精神
1.2011年大纲版和课标卷的对比分析
1.试卷结构、题型、题量及赋分值
课标卷物理试题(满分110分)
2.试题测试内容、能力及难度(见第63页表)
二、试题特点
1.高考试卷结构稳定、难度适中,具有连续性
对照2009年至2011年的高考试卷,无论是大纲版还是课标版,都分别延续了已有的结构和模式。而在试卷的难度上,横向比较,两份试卷整体难度相当;纵向比较,2009年至2011年无论是大纲版还是课标版试卷,试题难度都无太大的波动,相对稳定。试题以基础知识和基本技能考查为重点,主要考查学生对于基础知识技能的掌握情况,题目紧扣课程标准、考试大纲和考试说明,没有出现偏题、怪题。难点布局合理,整份试卷具有较好的区分度。
2.试题突出主干知识,不强调考点的覆盖面,物理学科基础核心内容占比大
在两份试卷中,试题均涵盖了高中物理的“力、热、电、光、原”五大板块的知识,只是在课标卷中以必修和选修模块的方式呈现。
在大纲版试卷中,力学占31.7%,电学占48.3%,热学占10%,光学和原子物理各占5%。而在电学部分,计算题第24题是电磁感应与电路以及力学的结合问题,计算题第25题考查带电粒子在电场中的类平抛运动和在磁场中的匀速圆周运动,这两道题也是力与运动的典型问题。全卷中力电合计占比80%。
在课标卷中,必答题95分的试题中,考查纯力学知识的分数占47分,电磁学占48分。选择题第18题考查电场强度概念,也考查力和运动的关系;选择题第20题电磁炮问题,除了考查安培力知识外,还考查了安培力作用下物体运动问题,也需要用牛顿运动定律或动能定律求解;计算题25题也是带电粒子在组合场中的匀速圆周运动,力电结合占比也超过80%。这充分说明力学是物理学的基础,应充分重视力学的思想和分析方法。
试题有一定的覆盖面,但并不强调考点的覆盖面。超重和失重、库仑定律、自感、交变电流的图像、正弦交变电流的函数表达式、远距离输电、受迫振动和共振、麦克斯韦电磁场理论、电磁波谱、全反射、光的干涉、衍射和偏振现象、相对论、原子核衰变、半衰期、核力、核反应方程、结合能、质量亏损、裂变反应和聚变反应等多个考点均未出现在大纲卷和课标卷试题中,纵观全卷,试题以对力、电等基础物理主干知识和方法的覆盖,体现经典物理知识和方法在物理体系中的基础地位,体现新课程“基础性”理念。
3.注重能力的全面考查,强调能力立意,以知识为载体,能力蕴含其中
高考试题把能力考查放在首位,全面考查了学生的理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力。选择题均以主干知识为载体,着重考查了理解和推理能力,引导考生注重理解物理概念和物理规律,并能灵活地加以应用。在这些能力考查中,对应用数学处理物理问题的能力要求给人留下了深刻印象,如大纲卷中计算题第25题,粒子出电场时速度方向和磁场边界的夹角与紧接着在磁场中做匀速圆周运动的弦切角的关系以及运算,是能否正确解答问题的重点和难点环节。在课标卷必考题中的计算题第25题,几何关系的确定及数学方程的求解构成本题的难点和关键。选考题中3-4模块第34题第二问,实际上考查了平面几何知识,画出光路图后,还要作辅助线,才能找到角度关系,求出折射率。这道题的难度其实体现在数学能力上。
4.注重考查实验与探究能力,既考查基本实验,又依托基本实验寻求创新
在这两份试卷中,均采用了一个基本实验和一个改装创新的实验。在大纲卷中,实验题第22题和第23题的前两问均为基本实验方法技能考查,第23题第三、第四问设计巧妙新颖,也是整个试卷中难度最大的题。解法有两种,一是利用电流表刻度均匀,在多用电表接外部电路时和短接时对应的电流之比等于指针偏转的格数之比,其中短接时对应满偏50格。二是利用欧姆表的表盘中指电阻即为其内阻,联立闭合电路的欧姆定律算出电动势和短接时的电流。在课标卷中,第22小题用等效法测电流表的内阻,比较基础。第23小题实际为学生实验中“研究匀变速直线运动规律”拓展,用光电门代替了打点计时器测时间,利用滑块的下滑力代替了钩码拉绳的力。本题要求建立函数、画图象,并利用图象和函数求出结果,考查考生实验探究性能力、推理能力、数学处理问题的能力,突出了对科学素养的考查。
5.试题注重理论联系实际,题目背景新颖、渗透新课标的理念
高考物理试题注重理论联系实际,注重科学技术和社会、经济发展的联系,注重物理知识在生产、生活等方面的广泛应用。如在大纲卷中,选择题第16题以太阳光进入雨滴中发生色散这一生活现象为背景,考查了光的折射和全反射知识,选择题第17题以闪电为背景考查电场的相关知识,选择题第19题以“嫦娥一号”探月卫星为背景。计算题第26题则以装甲车和战舰的防护钢板抵御穿甲弹的射击为背景,提问角度新,但考查的仍然是常规的碰撞问题。在课标卷中,地磁场、蹦极、卫星电话等与科技、生活相联系的素材被设计为题目背景,问题新颖,旨在倡导学生发现问题、提出问题、尝试用所学的知识来分析解决问题,渗透了新课程改革的理念。
三、后期复习备考的策略
1.关注新课程标准与考纲的差别,明确考纲对考试内容的划定与能力要求,把握备考的方向。
新课标背景下的物理教材越来越多,教材中部分内容较原来加深加宽了,这让一部分学生感到困惑。在新课程教学中让同学们普遍感到困难和陌生的逻辑电路、示波器的使用及广义相对论等内容,在新考纲中均不做要求;超重和失重、静电感应现象、静电屏蔽等难点知识在考纲中均为I级要求;而在学生实验中,去掉了电表的改装(涉及到半偏法和校对电路),而验证动量守恒、用单摆测重力加速度、用油膜法估测分子直径、测定玻璃折射率、用双缝干涉测光的波长等实验因属于选考部分,其难度及出题的概率可能受限于选考部分所占的比例。应该明确的是,课程标准规定范围较大、《考试大纲》小于课程标准的范围。命题依据考纲而不拘泥于考纲,指的是分析解决问题所用到的基本概念和基本原理必须是考纲中要求学习的,否则视为超纲。所用材料可以是考纲中没有的,涉及没有学过的概念、原理、公式等,可以以信息的形式出现。
2.突出力学基础、强化力电综合,以专题的形式提升学科能力
分析近三年的高考题,特别是课标卷,均重点考查了匀变速直线运动、力学、电磁学(尤其是与力学结合的问题)等主干知识。在结束了第一轮复习后,应制定相应的专题进行专项训练。比如:运动图像和追击问题、牛顿第二定律的应用、整体法和隔离法、抛体运动的分析计算、圆周运动向心力分析、万有引力与卫星问题、功和能、带电粒子在电磁场中的运动、电磁感应中的综合问题等等,还应留意针对选修部分设置的相关专题。通过专题的形式加深对主干知识的理解与应用,熟悉典型的物理模型,提升学科的思维水平和能力,尤其是分析综合能力和应用数学处理物理问题的能力。
3.以基本实验为依托、挖掘新实验,总结实验方法
逐一落实考纲中列举的学生实验。在实验的复习中,以实验目的联想实验原理和方法,从而明确器材、弄清实验步骤,从实验原理和方法入手进行分析误差,突出实验数据的处理方法。理解实验原理、明确实验方法是实验复习的关键。通过基本实验的复习,归纳掌握一般的探究实验方法,如控制变量法、等效替代法、应用表格、应用图像处理数据的实验方法等。高考中的设计性实验看似新颖灵活,其实就是依托基本实验做了一些变形,其实验的原理和方法通常是可以迁移的。比如:伏安法测电阻中的安安法、伏伏法,把电阻箱当电表使用等,其原理都是欧姆定律。测电源电动势和内阻的实验中,也可利用电阻箱与电流表配合测量路端电压和电流,其原理仍然是闭合电路欧姆定律。数据处理的方法也通常是图像法,而且应用了原“验证牛顿第二定律”实验中图像的化曲线为直线的方法。另外,力学的设计性实验也值得关注。通过与基本实验的对比,总结并储备一些常见的设计方法,积累设计经验。适当转换思路,有时将实验题当计算题处理也能帮助我们打开思路,通过列式推导探寻实验方法,通过数据运算选择仪器、甚至是筛选优化电路结构等。
4.通过高仿真的模拟训练,提升得分能力
第一是熟悉新高考模式下的试卷结构。选修部分,考生应注意只能在三个选修模块中选择一个,多选的情况下仅以第一个模块即3-3部分评卷,不管该部分是否答题。现阶段,应该明确自己把握最大的选修模块,对多数考试来说,理综考试时间非常紧张,在考试中对三个模块做出判断和选择不是明智之举。同时,尝试并找到适合自己的答题顺序也很重要,可将选修部分的答题顺序提前。
第二是提升审题能力、训练答题技巧和答题规范。审题是解决物理问题的关键,看得清才能做得对。首先是弄清物理过程和物理情景,解题的过程就是用规律、方程对物理过程进行再描述。所以只要读懂了一句话、看清了一个过程,再将它用物理规律(即公式)写出来就能得到分数,因此同学们要树立起物理大题一定能得分的信念。可见审题至为重要,要做到眼看、手画、脑思。在关键字下划线,边读题边画过程图,并将已知量的符号标注上去,有时“一图胜千言”“不画图不做题”。在训练中熟悉解题的基本程序:逐字逐句、仔细审题;想象情景、建立模型;分析过程、画出草图;寻找规律、列出方程;推导结论、讨论意义。做到读题要慢,落笔要快。
关键词:物理实验探究 多媒体 整合
实验探究是物理研究最重要的方法,而多媒体又展现出现代信息技术的巨大威力,将二者整合在一起,往往能起到取长补短、相互促进的作用。所谓整合,是指将实验探究、多媒体与课堂教学有机结合融为一体,而不是二者的简单组合,其核心思想都是为教学服务。这需要从整体的观点来看问题,从大局上进行把握。用普通教学一样能达到要求的,就没有必要特地使用实验探究和多媒体,与教学无关或关系不大的实验探究和多媒体无论制作得多好都必须予以舍弃。整合的最佳效果应该是让学生感受不到他们在进行实验探究或上多媒体课,而觉得这是一堂很普通的物理课,所有的实验探究和多媒体都是很自然地毫不勉强地引入。这才能体现出整合的精髓,让实验探究、多媒体与课堂教学结合得天衣无缝、相得益彰。
物理是以实验为基础的自然科学,在物理教学中,实验是让学生获得感性认识的基本手段,是必不可少的。但是演示实验不可能十全十美的。以往的物理实验教学中的情景,我们可以看到有时的演示实验由于实验环境、器材本身的局限性,无法直接让全班学生都观察清楚实验的操作过程及实验现象,甚至有些实验根本无法实现。从中得出结论就是物理实验教学的失败!学生由于没有获得关于这些现象和过程的感性认识,因而对实验原理、现象、结论理解较为困难;有时则因为演示实验本身存在不足,学生难以产生丰富的联想,难以完成从实验现象到物理规律的抽象。有的实验现象发生时间短暂,无法看清,许多实验使用仪器设备较多,需要进行解释,分散了学生注意力,冲淡了主题。为此,我们可以发挥多媒体的作用:
一、用多媒体优化实验
于多媒体可以进行动态的演示,将实验操作的内容用文字、图像等形式制成动态的多媒体课件呈现在投影屏幕上,把学生的眼、耳、脑等器官都调动起来,使学习内容变得生动有趣,容易记忆、理解和掌握,增强实验的实效性,加深学生对自然科学知识的理解、激发学生的学习兴趣。例如:在观察欧姆定律演示实验时,先做实物演示实验,可能由于讲台桌上的实物相对较小,导线的连接相互交叉,学生观察时,可能不是十分的清楚地观察到电流表和电压表读数的变化情况,所以也就不能更深刻地理解欧姆定律中电流、电压和电阻三者之间的相互关系。为了能让学生进一步更深层次的理解欧姆定律的内容,用多媒体课件,将演示实验的内容以动态的课体形式投影到大屏幕上,当教师移动滑动变阻器时,就会产生的各种各样动态变化,如电流表、电压表指针的偏转、小电灯的亮度变化等,都会一一展现在学生眼前。这样学生就直观地观察到实验中各种数据的变化,以及各种物理量的变化关系,使学生在轻松的环境中牢固地掌握知识,同时大大激发了学生自然科学的兴趣。兴趣是最好的老师。在物理实验教学中,运用多媒体、网络课件,创造与教学内容相吻合的教学情境,使学生有如身临其境之感,这样可以充分地激发学生的学习兴趣和求知欲望,使他们的学习变得积极主动,进而收到很好的教学效果。
二、变抽象为直观
物理学研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学,在物理教学中还有很多难理解、很抽象的概念,如力学中的功和能的概念,电磁学中的电场、磁场概念,热学中的布朗运动,光学中的干涉、衍射等,用传统的教学手段则难以表现和描述清楚,导致教学效果大打折扣。若我们能够充分利用多媒体、网络课件辅助教学,就完全可以在屏幕上模拟出相应的内容。变抽象为直观,易于学生的理解和想象。例如,在“平面镜成像”这节课中,学生往往难以理解为什么成的是虚像而非实像。为此,笔者特意制作了一段flas,解释了为何成的是虚像,化抽象为形象,降低了学生理解的难度。
三、应用多媒体技术可以加大课堂的信息量。
利用计算机多媒体技术可以做到大密度的知识传授,大信息量的优化处理,大大提高课堂效率。因为图形和动画比语言更直观、更形象,包容的信息量更大。如在“平面镜成像”的教学中,把拍摄的多张照片用屏幕展现出来,大大提高了可视性;制作的“平面镜成像”多媒体课件不仅可以表现像与物体关于镜面的对称,而且当移动物体的位置,屏幕上的像也会相应移动,从而非常直观地展示了平面镜成像的特点;而且用flash制作的平面镜成像作图的动画与传统的粉笔和尺作图相比,即生动有趣又节约了大量时间。
四、弥补实验的不足,增强实验演示效果
在我们物理实验教学中,存在着有些实验仪器可见度小,演示实验效果差的情况,实验现象短,实验现象重复性差。面对这一情况,我们可以利用多媒体来进行教学,教师可以将实验仪器都拿到视频投影仪或投影幻灯机上进行演示、测量、读数、分析,利用实物投影仪或幻灯机等电教媒体的放大作用,投影到大屏幕上,能让全班同学都能比较详细、全面观察到教师的具体操作过程和读数方法,弥补了实验的不足,增强了实验演示效果。
五、应用多媒体技术,强化学生实验操作的技能
在物理实验教学过程中,对一些实验装置和操作技能感困难的学生,应用多媒体技术为这部分学生先进行模拟操作,训练实验操作技能,然后再进行真正的实验。能起到很好的引导作用。例如电路的连接、用电流表、电压表测电流和电压等,这一系列的操作技能,光靠教师在课堂上的实验演示和教师的讲解,并不能使学生真正理解和掌握整个实验过程,如果运用多媒体技术设计一个全开放的实验环境,让学生在实验中自由选择实验所需仪器,当错误选择后,计算机给予正确提示,然后由学生自主地用所选的仪器进行实验,由计算机给出评价,并对不正确的给出实验后可能产生后果的进行现场模拟,通过这样一系列的模拟实验操作,学生基本上能很好地掌握了实验操作的技能。
六、提高自身素质
对于教师而言,应根据实际情况设计实验探究与多媒体的整合教学方案,除了要考虑环境因素(实验器材、硬件设施及软件)的影响,还要考虑学生的因素(年龄层次、学习方法、学习动机及适应能力)。更重要的是,教师要转变教学思想、提高自身素质(计算机水平和实验能力),根据课堂教学情况因势利导、灵活应用,以达到深化课堂教学改革、提高教学质量及全面提高学生素质的目的。要根据课程目标,选定适宜的探究内容,物理课程标准将科学探究作为学习内容,同时又作为一种重要的教学方式,这是课程目标将科学探究能力视为学生科学素养重要组成部分的具体体现。但探究不是唯一的学习形式,探究需要较多的时间和较大的空间,不可能将所学的知识都用探究的方式来获得。选定适宜的探究学习内容是教学设计的首要工作。探究内容应该依据探究目标、学生学习准备情况和学习特征而定,从教学内容看,物理基本概念的形成和规律的建立、探索性实验、日常生活中的物理问题都可作为探究的教学内容;从教学组织形式看,课内探究活动应侧重于物理课程的核心知识,可以是一个切入点,或者是一个片断,课外探究内容的选择可侧重于知识的应用、学习内容的延伸、与其他学科的综合等。无论课内还是课外,所选择内容必须是基于探究的、能自然地整合各种探究工具,其中包括利用信息技术,还应符合学生的心理特点,从学生熟悉的事物出发。 从探究技能而言,由于学生之间存在很大差异,许多学生在进行自主探究学习时会感到不知所措,容易产生无效学习。如网络环境下,一些学生为海量的信息资源淹没,由此带来浮躁的学习态度和无深度的思维习惯。教师要帮助学生明确探究任务和及时评价,使学生时刻感受到有形的探究任务带来的压力及来自实现某个具体目标的动力。
就信息技术这一探究学习工具而言,学生对其掌握的水平往往成为决定探究学习成败的关键因素。信息技术上的支持和指导是探究学习过程中的自然组成部分,教师应采取循序渐进的原则向全班引入必要的技术,逐步培养学生成为更熟练的信息处理者、常用工具软件的使用者,一般说来掌握Excel、几何画板、仿真物理实验室等软件是开展基于信息技术的物理探究学习所必需的。
信息技术已逐渐成为拓展人类能力的创造性工具,它向学生提供的自主探索、多重交互、合作学习、资源共享等学习环境,能把学生的主动性、积极性充分调动起来。信息技术环境下,学生的学习过程不再是被动的,而是转变为主动参与、积极探索。信息技术对优化物理探究学习过程、进而提高探究效益的积极意义得到越来越多的认可,信息技术作为学生学习的工具,在教学实践中也得到越来越多的重视。
总之,随着素质教育的实施,以多媒体和网络技术为核心的信息技术扮演着越来越重要的角色。多媒体技术广泛应用于课堂教学中。而物理是以实验为基础的一门学科,许多物理概念规律都建立在实验基础上,实验探究是其他方式所无法替代的。因此在物理教学中,如何整合实验探究与多媒体已成为一个重要课题。所谓整合,并非是二者的简单堆砌,而是将实验探究与多媒体与课堂教学有机结合融为一体,为课堂教学服务。多媒体虽然具有强大的功能,但在实验探究与多媒体的整合中,必须注意发挥二者各自的特性,区分主次。一般应以实验探究为主,多媒体为辅。实验探究与多媒体应相互补充,扬长避短,以达到最佳效果。
参考文献:
1.北京教科院基础教育教学研究中心编.信息技术与学科课程整合研究——信息技术与教学方式转变.北京科学技术出版社,2004年12月版
2. 许明勇 网络环境下物理探究性教学的实践与研究.
http:///ReadNews.asp?NewsID=550
技能训练型实验主要是训练学生掌握基本物理仪器调整、使用方法及其注意的事项,主要突出使用仪器的规范化训练,使学生正确的应用仪器进行测量、观察和读数。培养学生学会看仪器说明书并学会使用仪器的能力。
测定性实验主要用来测量某些物理量或物理常数。测定性物理实验总是根据一定的物理原理进行测量,因此,组织该类物理实验,关键的问题是使学生明确实验所依据的原理或基本公式,确定待测量和相关量之间的关系,以及如何进行测量。
验证性实验是在学习物理规律之后进行的,其目的是通过实验验证物理规律的正确性,加深对物理知识的理解和训练实验技能。它要求学生必须正确的理解所验证的物理规律的内容和使用条件、明确实验的目的和方法。由于实验中不可避免的会出现误差,因此,必须向学生说明误差的允许范围,在误差的范围之内,实验的结果就可以认为与物理规律相符合,不能要求实验的结果和理论结果完全一致。
探究性实验是在学习物理规律之前进行的,也可以称为探索性实验,其目的是让学生通过对实验现象的观察,分析、归纳、总结出物理规律,或按照提出问题、猜想假设、设计实验方案、进行实验与收集证据、分析论证、评估、交流与合作的步骤探究物理规律,使学生体验科学探究的过程,感悟物理规律的形成过程,掌握探究自然规律的思想方法。
制作和装配性实验是为了巩固和应用所学的知识,提高理论联系实际的能力,训练学生的实际操作技能、技巧。
常见几种重要实验方法
1、等效替代法等效替代法是科学研究中常用的一种思维方法。对一些复杂问题采用等效方法,将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理,常可使问题的解决得以简化。因此,等效法也是物理实验中常用的方法。如在“验证力的平行四边形定则”的实验中,要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时,要与用两个弹簧秤互成角度同时拉橡皮条产生的效果相同——使结点到达同一位置O,即要在合力与分力等效的条件下,才能找出它们之间合成与分解时所遵守的关系——平行四边形定则;在“碰撞中的动量守恒”实验中,用小球的水平位移代替小球的水平速度;画电场中等势线分布时用电流场模拟静电场;验证牛顿第二定律时调节木板倾角,用重力的分力抵消摩擦力的影响,等效于小车不受阻力等等。
3、控制变量法:在高中物理中的许多实验,往往存在着多种变化的因素,为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变,依次研究某一个因素的影响,最典型的例子是《验证牛顿第二运动定律》的实验,我们研究的方法是:先保持物体的质量一定,研究加速度与力的关系:再保持力不变研究加速度与质量的关系,最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系;在研究欧姆定律的实验中,先控制电阻一定,研究电流与电压的关系,再控制电压一定,研究电流和电阻的关系。
【关键词】类比法教学;创造性思维
物理学发展史告诉我们:很多关键时刻,科学家巧妙地运用了类比推理,提出科学假说,从而获得巨大成功。康德曾说过:“每当理智缺乏可靠论证的思路时,类比这个方法往往指引我们前进。”法拉第了解到奥斯特发现电流能产生磁场后,就委自然地进行了逆向思考和类比推理:既然磁铁能使附近的铁块感应磁化,静止电荷可以使附近导体感应出电荷,那么电流也应该使附近的线圈中感应出电流。于是他在日记中写下一 个光辉的思想:“转磁为电。”他通过10年的探索、研究、实验,终于发现磁场中获得电流的方法,使电磁学得到突飞猛进的发展。麦克斯韦不仅注意到物理现象、定律之间以及物理现象、定律与其他事物之间的局部相似性,而且考虑到数学形式的类比,创造性地建立了电磁学方程,建立了完整的电磁场理论。
在多年的物理教学中,我发现类比法在中学物理教学中也能起到重大的作用,并对在物理教学中如何应用类比法进行了一 定的探索,归纳出利用类比法培养和开发学生创造性思维的方法:
1. 运用类比法教学,沟通新旧知识,深化、丰富教学内容 要开发学生的创造性思维,首先要打好扎实的基础,丰富学生的知识库存。在教学中,要特别重视在讲授新概念时联系旧知识,在新旧知识类比中加深理解,开拓思路。例如在讲授电势时,将电场和重力场进行类比,找出共同点――电场力和重力做功都与路径无关。为此,首先引入重力势能的概念,把一 个质量为m1的物体放在高度为h的地方,它具有重力势能m1gh,把质量为m2、m3……的物体放在高度为h的地方,它们分别具有重力势能m2gh、m3gh……,其势能值各不相同,但m1gh/m1=m2gh/m2=m3gh/m3……=gh是一 个恒量,我们可以把gh叫做重力势。其值只决定于重力场中的位置和零点的选择,与放入重力场中的物体的质量无关。由于学生对重力场知识了解较多,对重力势容易接受,再用类比法引入电势的概念,分析它的性质和区别于重力场的特点,这就化“抽象”为“具体”,使学生对新知识有似曾相识的亲近感,深化了教学内容。这样的类比在中学物理中还很多,如水位和电势、电势能和重力势能、热容和电容,质量和电量、重力场中质点的运动和匀强电场中带电粒子的运动等。运用类比教学法,既能激发兴趣,同时又进行了科学思维和科学方法的示范,学生遇到新的概念和事物也能作类比分析,并得出较为满意的结果。
2. 运用类比教学,建立知识网络,使知识条理化 随着物理教学的深入、学生掌握的知识逐渐形成网络,这里有知识的横向式拓宽,也有递进式的深入,学生的知识和能力就产生了质的飞跃,学生的创造性思维的发展也就寓于其中了。在这过程中,类比法是揭示这些知识内在联系的好方法。
例如,力学中的弹簧串联有1/K=1/K1+1/K2,静电场中串联电容器有1/C=1/C1+1/C2,稳恒电路中串联电阻有1/R=1/R1+1/R2,它们具有相同的数学形式和运算规律。通过类比,学生们对公式记得牢,使用条件清晰,运算起来也就熟练了。
再如图线教学中,V-t图线下的面积表示位移,F-t图线下的面积表示冲量,I-t图线下的面积表示电量,P-V图线下的面积表示功,F-S图线下的面积表示功。通过这些图线的类比,学生们对图线的物理意义有了深刻的认识。如果要求电容器的带电量,我们可以作电容器的放电电流I随时间t的变化规律图线,再由图线面积求电量Q。在恒定电流一章中有两个U-I图,一个是对定值电阻两端电压随流经它的电流的变化规律的描述,遵循部分电路欧姆定律,导体电阻不同则图线斜率不同;另一个是全电路中,路端电压随整个电路的总电流变化的规律。它们的研究对象不同,变化规律不同,物理意义也不同。通过类比能较好地弄清它们的使用条件和变化规律,使用起来也不会出现差错。
这样的类比,小的方面有形式上的类比、计算方法上的类比、不同概念和规律的类比,或者是某些性质和实验的类比,大的方面有规律和体系上的类比。例如平动和转动规律的类比,电学和力学规律的类比,有的观点和论点就是通过类比提出或发展起来的。例如我在教完电磁场后,曾引导学生列表比较重力场、静电场、和磁场的情况。通过列表比较,学生找到重力场、静电场、和磁场的相似之处,也明确了它们的区别,建立起横向和纵向的联系,建立起知识的网络,使知识条理化,同时也提出了很多新的问题。例如重力场如何用重力线描述、重力场的势如何描述、磁场有没有势?同学们考虑得更多更细更深刻了。分析归纳能力的提高,使创造性思维得到调动和及早的萌发。
一、理想化法
影响物理现象的因素往往复杂多变,实验中常可采用忽略某些次要因素或假设一些理想条件的办法,以突出现象的本质因素,便于深入研究,从而取得实际情况下合理的近似结果(通俗他说就是抓大放小)。例如在“用单摆测定重力加速度”的实验中,假设悬线不可伸长,悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力不计;在电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表,电流表变成内阻等于0的理想电流表等等实际都采用了理想化法。
二、直接比较法
高中物理的某些实验,只需定性地确定物理量间的关系,或将实验结果与标准值相比较,就可得出实验结论的,这即是直接比较法。如在“研究电磁感应现象”的实验中,可在观察记录的基础上,经过比较和推理,得出产生感应电流的条件和判定感应电流的方向的方法。
三、平衡法
物理学中常常利用一个量的作用与另一个(或几个)量的作用相同、相当或相反来设计实验,制作仪器,进行测量。例如测量中的基本工具弹簧秤的设计是利用了力的平衡,天平的设计是根据力矩的平衡;温度计是利用了热的平衡。
四、放大法
在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下,往往采用放大法。根据实验的性质和放大对象的不同,放大所使用的物理方法也各异。如游标卡尺、放大镜、显微镜、示波器等仪器都是按放大原理制成的。在“测定金属电阻率”实验中所便用的螺旋测微器:主尺上前进(或后退)0.5毫米,对应副尺上有5n个等分,实际上是对长度的机械放大。许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。又比如在《卡文迪许扭秤实验》,其测定引力常量的思路最后转移到光点的移动,跟库仑静电力扭秤实验一样,都是将微小形变放大的具体应用。
五、模拟法
有时受客观条件的限制,不能对某些物理现象进行直接实验和测量,于是就人为地创造一定的模拟条件,在这样模拟的条件下进行实验。模拟法是一种间接实验的方法,它是通过与原型相似的模型,来说明原型的规律性。模拟法在中学物理实验中的典型应用是“电场中等势线的描绘”这一实验。由于直接描绘静电场的等势线很困难,而恒定电流的电场与静电场相似,所以用恒定电流的电场模拟静电场中等势线的分布情况。
六、累积法
将微小量累积后测量求平均的方法,能减小相对误差。实验中也经常涉及这一方法。例如,在“用单摆测定重力加速度”实验中,需要测定单摆周期,用秒表测一次全振动的时间误差很大,于是采用测量30-50次全振动的时间t,从而求出单摆的周期t=t/n(n为全振动次数)。又如在“测定金属电阻率”的实验中,若没有螺旋测微器时,也可把金属在铅笔上密绕若干圈,由线圈总长度来测出金属丝的直径。
七、控制变量法
在高中物理中的许多实验,往往存在着多种变化的因素,为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变,依次研究某一个因素的影响。最典型的例子是“验证牛顿第二运动定律”的实验,我们研究的方法是:先保持物体的质量一定,研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系。在研究欧姆定律的实验中,先控制电阻一定,研究电流与电压的关系,再控制电压一定,研究电流和电阻的关系。
八、转换法
转换法是物理实验中常用的方法。例如,以卡文迪许“利用扭秤装置测定万有引力恒量实验”为例。其基本的思维方法便是等效转换。卡文迪许扭秤发生扭转后,引力对t形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产主的扭转力矩这就是等效转换,间接地达到了无法达到的目的。本实验中转换法还应用于石英丝扭转角度的测量上,这个角度不是直接测出的,而是利用平面镜反射光在刻度尺上移动的距离间接测出的。又如测力计是把力的大小转化为弹簧的伸长量;打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动;电流表是利用电流在磁场中受力,把电流转换成指针的偏转角。转换法是一种较高层次的思维方法。是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。如变曲为直实际上就是该方法的应用。
九、等效替代法
【关键词】 类比教学法 物理教学
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-4772(2013)06-023-01
在多年的物理教学中,我发现类比法在中学物理教学中能起到重大的作用,因此,对在物理教学中如何应用类比法进行了一定的探索,归纳出利用类比法培养和开发学生创造性思维的方法:
1. 运用类比法教学,沟通新旧知识,深化、丰富教学内容
要开发学生的创造性思维,首先要打好扎实的基础,丰富学生的知识库存。在教学中,要特别重视在讲授新概念时联系旧知识,在新旧知识类比中加深理解,开拓思路。
例如:在讲授电势时,将电场和重力场进行类比,找出共同点――电场力和重力做功都与路径无关。为此,首先引入重力势能的概念,把一个质量为m1的物体放在高度为h的地方:它具有重力势能m1gh,把质量为m2、m3……的物体放在高度为h的地方,它们分别具有重力势能m2gh、m3gh……,其势能值各不相同,但■=■=■……=gh是一个恒量,我们可以把gh叫做重力势。其值只决定于重力场中的位置和零点的选择,与放入重力场中的物体的质量无关。
由于学生对重力场知识了解较多,对重力势容易接受,再用类比法引入电势的概念,分析它的性质和区别于重力场的特点,这就化“抽象”为“具体”,使学生对新知识有似曾相识的亲近感,深化了教学内容。
这样的类比在中学物理中还有很多,如水位和电势、电势能和重力势能、热容和电容,质量和电量、重力场中质点的运动和匀强电场中带电粒子的运动等。运用类比教学法,既能激发兴趣,同时又进行了科学思维和科学方法的示范,学生遇到新的概念和事物也能作类比分析,并得出较为满意的结果。
2. 运用类比教学,建立知识网络,使知识条理化
随着物理教学的深入、学生掌握的知识逐渐形成网络,这里有知识的横向式拓宽,也有递进式的深入,学生的知识和能力就产生了质的飞跃,学生的创造性思维的发展也就寓于其中了。在这过程中,类比法是揭示这些知识内在联系的好方法。
例如:力学中的弹簧串联有■=■+■,静电场中串联电容器有■=■+■,稳恒电路中串联电阻有■=■+■,它们具有相同的数学形式和运算规律。通过类比,学生们对公式记得牢,使用条件清晰,运算起来也就熟练了。再如图线教学中,v-t图线下的面积表示位移,f-t图线下的面积表示冲量,I-t图线下的面积表示电量,P-V图线下的面积表示功,F-S图线下的面积表示功。通过这些图线的类比,学生们对图线的物理意义有了深刻的认识。如果要求电容器的带电量,我们可以作电容器的放电电流I随时间t的变化规律图线,再由图线面积求电量Q。在恒定电流一章中有两个U-I图,一个是对定值电阻两端电压随流经它的电流的变化规律的描述,遵循部分电路欧姆定律,导体电阻不同则图线斜率不同;另一个是全电路中,路端电压随整个电路的总电流变化的规律。它们的研究对象不同,变化规律不同,物理意义也不同。通过类比能较好地弄清它们的使用条件和变化规律,使用起来也不会出现差错。
这样的类比,小的方面有形式上的类比、计算方法上的类比、不同概念和规律的类比,或者是某些性质和实验的类比,大的方面有规律和体系上的类比。例如平动和转动规律的类比,电学和力学规律的类比,有的观点和论点就是通过类比提出或发展起来的。
我在教完电磁场后,曾引导学生列表比较重力场、静电场、和磁场的情况。通过列表比较,学生找到重力场、静电场、和磁场的相似之处,也明确了它们的区别,建立起横向和纵向的联系,建立起知识的网络,使知识条理化,同时也提出了很多新的问题。例如重力场如何用重力线描述、重力场的势如何描述、磁场有没有势?同学们考虑得更多更细更深刻了。分析归纳能力的提高,使创造性思维得到调动和及早的萌发。
3. 通过类比,介绍知识的新领域,提出新的问题,把创造性思维的培养和开发引向科学的前沿
高中教材在介绍磁单极子的内容时,就采用了类比的方法:带电体周围有电场;磁体周围有磁场;同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引,这是它们的相似之处。但它们又不完全相似,在电现象里有电荷,正负电荷可以单独存在,在磁现象里有没有磁荷?磁单极子是否存在?科学研究的新课题就是这样通过类比提出来的,提出来后再通过实验来寻找,通过实验来验证。