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【關(guān)鍵詞】溫度;體積;熱量;做功
人教版初中物理《內(nèi)能》一節(jié),是初中熱學(xué)部分的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。說是重點(diǎn),因?yàn)閮?nèi)能是熱學(xué)部分的核心,它把熱學(xué)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)貫穿到了一起。說是難點(diǎn),由于內(nèi)能與微觀的分子有關(guān),且內(nèi)能與質(zhì)量、溫度、體積、做功、熱傳遞之間存在著較為復(fù)雜的關(guān)系。通過多年的教學(xué),我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對內(nèi)能、熱量、溫度之間的關(guān)系比較模糊。鑒于初中學(xué)生的已有知識(shí)水平,要從理論的高度講深、講透,有一定困難。但作為教師,首先需要自己把內(nèi)能這個(gè)概念真正的理解透,通過各種與內(nèi)能有關(guān)的現(xiàn)象的分析、判斷,在教學(xué)中才能構(gòu)建一個(gè)完整的內(nèi)能概念,引導(dǎo)學(xué)生真正認(rèn)識(shí)內(nèi)能的本質(zhì)特點(diǎn)。下面就我對內(nèi)能的理解,談?wù)勛约捍譁\的認(rèn)識(shí)。
一、推敲教材中的內(nèi)能概念的表述
在教材中,內(nèi)能的概念是在分子動(dòng)理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合物體的動(dòng)能、勢能等知識(shí),通過“類比”的方法來引入:“分子在不停地做著無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),同一切運(yùn)動(dòng)的物體一樣,運(yùn)動(dòng)的分子也具有動(dòng)能。物體溫度越高,分子運(yùn)動(dòng)越快,它們的動(dòng)能就越大?!币龇肿觿?dòng)能;“由于分子間有相互作用的引力和斥力,所以分子間還具有勢能?!币龇肿觿菽埽弧拔矬w內(nèi)部所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢能的總和,叫做物體的內(nèi)能?!睔w納出定義。
教材通過與機(jī)械能類比,完整、準(zhǔn)確、自然的建立起了內(nèi)能的概念。從定義中我們可知:內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量,它的大小取決于物體的質(zhì)量、溫度和體積。但教材在定義之后的講述中,重點(diǎn)突出了溫度對內(nèi)能的影響,對其他因素一帶而過,這樣學(xué)生容易片面的認(rèn)為內(nèi)能只與溫度有關(guān)。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生對“分子的動(dòng)能”容易理解,但為什么是所有分子呢?如何理解分子勢能?這兩個(gè)問題解釋起來本身就有一定的難度,初中階段不做過多的要求,所以好多學(xué)生并未真正理解,表現(xiàn)在處理關(guān)于內(nèi)能的具體問題時(shí)只從溫度去考慮,而忽略了其它兩個(gè)因素,從而形成一個(gè)不完整的內(nèi)能概念。
二、探討影響內(nèi)能的因素
無容置疑,溫度是影響內(nèi)能的因素之一,學(xué)生也很容易理解,這里不再細(xì)說。
內(nèi)能定義中提到了所有分子,說明質(zhì)量也是影響內(nèi)能的因素之一。組成物體的分子是大量的,物體內(nèi)部各個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的速率都不盡相同,因而每個(gè)分子的動(dòng)能也不相同。由于分子在不停的做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng),它們會(huì)相互碰撞,這些發(fā)生碰撞的分子動(dòng)能還會(huì)變化。因此,研究每個(gè)分子的動(dòng)能是無意義的,也是不可能的,只能研究物體所有分子的動(dòng)能的平均值。
教材中有這么一句話:“同一個(gè)物體,在相同物態(tài)下,溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,內(nèi)能越大。物體溫度降低時(shí),內(nèi)能會(huì)減小”。這句話充分運(yùn)用了物理上的“控制變量法”?!巴粋€(gè)物體”說明質(zhì)量不變;“相同物態(tài)”說明體積不變,在此前提下得出“溫度越高,內(nèi)能越大?!憋@然合情合理。但在實(shí)際教學(xué)中,往往過于強(qiáng)調(diào)內(nèi)能與溫度的關(guān)系,而忽視內(nèi)能與體積的關(guān)系,得出:“溫度越高,內(nèi)能越大?!钡腻e(cuò)誤結(jié)論,從而淡化體積對內(nèi)能的影響。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,顯然體積的改變不會(huì)影響分子的動(dòng)能,但從內(nèi)能定義可知,體積的改變會(huì)引起分子勢能的變化,從而影響內(nèi)能的。
分子動(dòng)理論告訴我們,分子之間既有引力,又存在著斥力,引力和斥力的大小跟分子間的距離有關(guān)。下面我們應(yīng)用高中提到的圖像進(jìn)行分析:
圖1說明:圖1中,CQ=DP,r0處為平衡位置,圖1中右上方曲線表示斥力,右下方曲線表示引力,中間的曲線表示合力,與圖2間的虛線為平衡位置r0。
從圖1可知:①在分子間距r>r0的區(qū)域內(nèi),F(xiàn)引>F斥,合力表現(xiàn)為引力,當(dāng)分子間距減小時(shí),分子力做正功,分子勢能減?。虎谠诜肿娱g距r
從上分析,分子勢能與分子間距的關(guān)系可用圖2表示。從圖可知:當(dāng)分子距離增大時(shí),即體積增大時(shí),其分子勢能有可能增加,也有可能是減小的。所以①當(dāng)物體的溫度升高時(shí),內(nèi)能不一定增加。物體的溫度升高,分子動(dòng)能增加,若分子勢能減小的量大于分子動(dòng)能增加的量時(shí),則內(nèi)能減小。只有在溫度升高前后,物質(zhì)的體積基本不改變,分子勢能無變化時(shí),內(nèi)能才增加。②物體的溫度不變,物體的內(nèi)能可能改變。如晶體的熔化和凝固過程。晶體在熔化過程中,溫度保持不變,即分子動(dòng)能不變,但其體積變化了,分子勢能增加了,因而內(nèi)能增大了。
三、改變內(nèi)能方法的準(zhǔn)確表述
我們從教材中已經(jīng)知道:熱傳遞和做功是改變內(nèi)能的兩種方法,但在具體的表述中一定要注意它的前提。比如:“物體吸收熱量,內(nèi)能一定增加。物體放出熱量,內(nèi)能一定減少。”是在沒有做功參與的前提下說的。“物體對外做功,內(nèi)能一定減少。”是在沒有熱傳遞的情況下說的。但在沒有熱傳遞的情況下,“外界對物體做功,物體的內(nèi)能可能增加?!保且?yàn)橥饨缱龉梢赞D(zhuǎn)化為其它形式的能,如用力推物體,可以使機(jī)械能增加;教材中的“壓縮空氣引火儀”實(shí)驗(yàn),活塞對氣體做功,氣體溫度升高,內(nèi)能增加。
由上可知,在做功和熱傳遞同時(shí)存在的過程中,物體內(nèi)能的變化,則要由做功和所傳遞的熱量共同決定。在這種情況下,物體內(nèi)能的增量U就等于從外界吸收的熱量Q和對外界做功W之和。即U=W+Q(外界對物體做功W為正,物體對外界做功W為負(fù),吸收熱量Q為正,放出熱量Q為負(fù),U為正則內(nèi)能增加,為負(fù)則內(nèi)能減少。)雖然此公式在高中物理中才會(huì)學(xué)到,但借助于它更有利于初中學(xué)生理解內(nèi)能的變化,但不要求用此公式進(jìn)行數(shù)值上的計(jì)算,通過這個(gè)公式可將內(nèi)能的變化準(zhǔn)確、完整、清晰的表述出來。
其實(shí)上面涉及到的改變內(nèi)能的方法,不管是通過熱傳遞還是做功來改變內(nèi)能,最終還是改變了物質(zhì)的溫度或體積,從而使物體內(nèi)能變化。所以說溫度和體積對內(nèi)能都有影響,不能顧此失彼。
四、內(nèi)能、熱量、溫度三者的關(guān)系
一、控制變量法
物理學(xué)中對于多因素(多變量)的問題,常常采用控制因素(變量)的方法,把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題。每一次只改變其中的某一個(gè)因素,而控制其余幾個(gè)因素不變,從而研究被改變的這個(gè)因素對事物的影響,分別加以研究,最后再綜合解決,這種方法叫控制變量法。它是科學(xué)探究中的重要思想方法,廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究之中。
在初中常見實(shí)例如:探究琴弦發(fā)聲的音調(diào)與弦粗細(xì)、松緊、長短的關(guān)系等;探究影響力的作用效果的因素;探究滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān);探究二力平衡的條件;探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān);探究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān);探究浮力的大小與哪些因素有關(guān);探究動(dòng)能(或重力勢能)與哪些因素有關(guān)等;探究影響液體蒸發(fā)快慢的因素;探究物體吸熱與物質(zhì)種類、質(zhì)量、溫度變化的關(guān)系等;探究影響電阻大小的因素;探究電流與電壓、電阻的關(guān)系;探究影響電流做功多少的因素;探究影響電流的熱效應(yīng)的因素;探究電磁鐵的磁性與哪些因素有關(guān);探究影響感應(yīng)電流方向的因素;探究通電導(dǎo)體在磁場中受力的方向與電流的方向、磁感線的方向的關(guān)系等。
二、轉(zhuǎn)換法
物理學(xué)中對于一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用易測量的物理量間接測量,這種研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。所謂“轉(zhuǎn)換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。初中物理在研究概念規(guī)律和實(shí)驗(yàn)中多處應(yīng)用了這種方法。
在初中常見實(shí)例如:可以通過敲動(dòng)音叉所引起的乒乓球的彈開來說明發(fā)聲體在振動(dòng);影子的形成可以證明光沿直線傳播;月食現(xiàn)象可證明月亮不是光源;物體發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變可證明此物體受到力的作用;在測量滑動(dòng)摩擦力時(shí)轉(zhuǎn)換成測拉力的大?。煌ㄟ^小桌陷入沙坑的深淺來比較壓力的作用效果;馬德堡半球?qū)嶒?yàn)可證明大氣壓的存在;運(yùn)動(dòng)的物體能對外做功可證明它具有能;研究影響動(dòng)能大小的因素時(shí),物體動(dòng)能的大小無法直接測量和比較,通過比較物體滾到斜面底端對其它物體做的功的多少,間接比較動(dòng)能的大??;擴(kuò)散現(xiàn)象可證明分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng);鉛塊實(shí)驗(yàn)可證明分子間存在著引力;霧的出現(xiàn)可以證明空氣中含有水蒸氣;用加熱時(shí)間長短來顯示吸收熱量的多少;研究電流時(shí)通過電流的熱效應(yīng)和磁效應(yīng)去研究;研究磁場時(shí)用放在磁場中的磁體會(huì)受到力的作用去研究;指南針能指南北可證明地磁場的存在;可以通過電磁鐵吸引鐵釘?shù)亩嗌賮盹@示電磁鐵的磁性強(qiáng)弱等。
測量儀器:秒表、電流表、電壓表、電阻表、彈簧測力計(jì)、氣壓計(jì)、微小壓強(qiáng)計(jì)、溫度計(jì)、托盤天平、電能表、測電筆等都是轉(zhuǎn)換法的體現(xiàn)。
三、等效替代法
等效替代法是在保證某種效果(特性和關(guān)系)相同的前提下,將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理的方法。
在初中常見實(shí)例如:把不易分析的復(fù)雜電路簡化為簡單的等效電路;研究串、并聯(lián)電路電阻的關(guān)系時(shí)引入總電阻(等效電阻)的概念;研究同一直線上二力的關(guān)系時(shí)引入合力;在研究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中,用兩根完全相同的蠟燭,用未點(diǎn)燃的蠟燭等效替代另一根點(diǎn)燃的蠟燭的像,用玻璃板等效替代平面鏡等。
四、建立模型法
即將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示。在初中常見實(shí)例如:研究運(yùn)動(dòng)時(shí)建立勻速直線運(yùn)動(dòng)的模型;研究液體壓強(qiáng)時(shí)用液柱模型;研究連通器原理時(shí)用液片模型;用簡單的線條代表杠桿;研究光現(xiàn)象時(shí)用到光線模型;研究磁現(xiàn)象時(shí)用到磁感線模型;電路圖是實(shí)物電路的模型;研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)建立原子核式結(jié)構(gòu)模型等。
五、類比法
在認(rèn)識(shí)一些物理概念時(shí),我們常將它與生活中熟悉且有共同特點(diǎn)的現(xiàn)象進(jìn)行類比,以幫助我們理解它。在初中常見實(shí)例如:內(nèi)能與機(jī)械能類比;用彈簧連接的小球類比存在著相互作用力的分子;在研究電流時(shí),用水流進(jìn)行類比;認(rèn)識(shí)電壓時(shí),用水壓進(jìn)行類比;用抽水機(jī)類比電源;原子結(jié)構(gòu)與太陽系;水波和電磁波等。
六、理想實(shí)驗(yàn)法
理想實(shí)驗(yàn)法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法。
在初中常見實(shí)例如:伽利略斜面實(shí)驗(yàn);推導(dǎo)出聲音不能在真空中傳播;推導(dǎo)出牛頓第一定律;推導(dǎo)出電荷的種類等。
七、比值定義法:
比值定義法就是用兩個(gè)基本的物理量的“比”來定義一個(gè)新的物理量的方法。
在初中常見實(shí)例如:速度、密度、壓強(qiáng)、功率、比熱容、熱值、電流等概念公式采取的都是這樣的方法。
八、積累法
在測量微小量的時(shí)候,我們常常將微小的量積累成一個(gè)比較大的量。
在初中常見實(shí)例如:測量一枚大頭針的質(zhì)量;測量出一張郵票的質(zhì)量;測量出心跳一下的時(shí)間;測量出導(dǎo)線的直徑等。
九、比較法
比較法是通過對不同的物理概念、定義或事物進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和根本區(qū)別,找出研究對象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn),從而進(jìn)一步揭示事物的本質(zhì)屬性,它是認(rèn)識(shí)事物的一種基本方法。
在初中常見實(shí)例如:比較慣性和慣性定律的區(qū)別;比較蒸發(fā)和沸騰的特征;比較汽油機(jī)和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理;比較發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、能量轉(zhuǎn)化;比較電壓表和電流表的使用規(guī)則等。
十、歸納法
歸納法是從個(gè)別性知識(shí),引出一般性知識(shí)的推理,是由已知真的前提,引出可能真的結(jié)論。
在初中常見實(shí)例如:在日常生活中了解到各種聲音都是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的,從而歸納出:一切發(fā)聲體都在振動(dòng)的結(jié)論;通過銅、鐵、鋁、銀等金屬能導(dǎo)電歸納出金屬都能導(dǎo)電等。
十一、圖象法
本節(jié)課是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》必修二第七章第七節(jié)中所涉及的內(nèi)容, “動(dòng)能和動(dòng)能定理”的學(xué)習(xí),可以使學(xué)生深入理解功能關(guān)系,是高中物理的核心概念之一,也是本章乃至整個(gè)力學(xué)的重點(diǎn)之一,為其他學(xué)科和今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).
2 學(xué)情分析
本課針對高一學(xué)生,學(xué)生基礎(chǔ)較好,思維比較活躍,從知識(shí)準(zhǔn)備上,由于學(xué)生在初中對物理有一定了解,并學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)知識(shí),且對功和能的概念有了認(rèn)識(shí),并且通過第六節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)到做功和物體速度變化的關(guān)系即W正比于速度的平方的基礎(chǔ)上,但是由于初中學(xué)生還沒有深入學(xué)習(xí)功能關(guān)系,所以容易憑借生活經(jīng)驗(yàn)形成錯(cuò)誤的潛概念理解,本課的內(nèi)容與我們的生活實(shí)際息息相關(guān),所以本節(jié)課,我將在培養(yǎng)學(xué)生思維轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上,聯(lián)系實(shí)際力求將STS的理念以及辯證關(guān)系滲透到本課的教學(xué)中.
3 教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)和技能方面.第一,學(xué)生要理解動(dòng)能的概念,理解動(dòng)能定理的物理意義,并進(jìn)行相關(guān)的分析和計(jì)算,第二,深入理解合外力做功的含義,第三,學(xué)會(huì)聯(lián)系實(shí)際運(yùn)用和解決動(dòng)能定理相關(guān)問題的步驟.
在過程和方法上,掌握恒力和變力分別作用下動(dòng)能定理的推導(dǎo),并且學(xué)會(huì)對比分析動(dòng)力學(xué)知識(shí)與動(dòng)能定理的應(yīng)用優(yōu)勢.
在情感和價(jià)值觀方面,學(xué)生通過類比學(xué)習(xí),歸納推導(dǎo),培養(yǎng)科學(xué)探究的興趣,逐漸形成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度.
4 教學(xué)重難點(diǎn)
(1)重點(diǎn):對動(dòng)能概念的理解;動(dòng)能定理的理解和應(yīng)用
(2)難點(diǎn):[JP3]深入理解功能關(guān)系并利用動(dòng)能定理解決實(shí)際問題.
5 教學(xué)過程
5.1 復(fù)習(xí)回顧,引入新課
教師活動(dòng)1 運(yùn)用視頻資料,1998年上海虹橋機(jī)場一飛機(jī)緊急迫降時(shí),由于巨大機(jī)身與軌道摩擦產(chǎn)生爆炸這段視頻,讓學(xué)生回顧初中對動(dòng)能的認(rèn)識(shí),以及思考為什么會(huì)引發(fā)爆炸這一現(xiàn)象,進(jìn)而引出課題.
學(xué)生活動(dòng)1 讓學(xué)生交流,思考飛機(jī)迫降的巨大動(dòng)能最后為什么消失了?
設(shè)計(jì)意圖 調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考,鍛煉學(xué)生從現(xiàn)象探究本質(zhì)的思維,并且體會(huì)我們生活中處處存在物理.
教師活動(dòng)2 提出以下問題:
(1)在必修一學(xué)習(xí)速度這一物理量的時(shí)候,為什么會(huì)引入速度這一物理量?
(2)我們初中對物理的了解,知道物體會(huì)由于運(yùn)動(dòng)而具有能量,那么我們用什么來描述這一物理量呢?
學(xué)生活動(dòng)2 學(xué)生代表發(fā)言回答問題1,并思考問題2,能明確為了描述物體空間運(yùn)動(dòng)變化快慢而引入速度.
設(shè)計(jì)意圖 回顧知識(shí),并通過思考從“為什么引入這一物理量的角度”,用類比的思維方式引出對動(dòng)能的學(xué)習(xí).
5.2 新課教學(xué)
5.2.1 動(dòng)能
教師活動(dòng)3 利用多媒體展示以下問題
一個(gè)物體在只受牽引力作用下,從A位置沿直線經(jīng)過位移x到B位置,A點(diǎn)初速度為va,B點(diǎn)速度為vb,這一過程中物體的動(dòng)能如何變化?發(fā)生這種變化的原因是什么?
學(xué)生活動(dòng)3 學(xué)生動(dòng)腦思考,頭腦中建立模型,交流討論后發(fā)言.得出物體速度越來越大,所以動(dòng)能越來越大和由于這個(gè)過程牽引力做功,導(dǎo)致動(dòng)能增加.
教師活動(dòng)4 教師歸納總結(jié)動(dòng)能的定義,公式,單位以及注意事項(xiàng).
5.2.2 動(dòng)能定理
教師活動(dòng)5 給學(xué)生展示以下物理情境,計(jì)算,討論并總結(jié)以下過程中功能關(guān)系的關(guān)系式.
(1)一物體質(zhì)量為m,從高度h處,做自由落體運(yùn)動(dòng),下落h后,速度變?yōu)関1.
(2)物體質(zhì)量m,在只受力F的作用下,沿初速度v0的方向運(yùn)動(dòng),經(jīng)s位移,速度到v2.
學(xué)生活動(dòng)4 分別計(jì)算并歸納兩種情境下,物體各自所受的力做的功與他們對應(yīng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)能的變化.
設(shè)計(jì)意圖 讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn),歸納總結(jié),同一運(yùn)動(dòng)過程中,物體所受力做的功同動(dòng)能的變化的關(guān)系,從理性上,認(rèn)識(shí)功能關(guān)系,認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)知識(shí)與物理內(nèi)容之間的交叉運(yùn)用.并且鍛煉了學(xué)生的歸納推導(dǎo)能力.
教師活動(dòng)6 教師評價(jià)并總結(jié)單個(gè)力作用下,功和能的具體計(jì)算關(guān)系.再引發(fā)學(xué)生思考,如果多個(gè)外力的合力做功,它會(huì)導(dǎo)致什么能量發(fā)生變化.舉例,物體質(zhì)量為M,在受拉力F′和地面給的摩擦力f的作用下,沿直線由速度v0,經(jīng)s的位移,速度達(dá)到到vt,在這樣的物理情境下,分析計(jì)算各個(gè)外力做的功,以及合力做的功,同時(shí)計(jì)算初狀態(tài)和末狀態(tài)時(shí)分別的動(dòng)能大小.
學(xué)生活動(dòng)5 分組討論并計(jì)算,將推導(dǎo)總結(jié)出結(jié)果,發(fā)現(xiàn)同一過程中合外力做的功數(shù)值上等于這一過程初末狀態(tài)動(dòng)能的變化.
設(shè)計(jì)意圖 從單個(gè)的力作功與動(dòng)能變化多少的關(guān)系深入并類比到合力作功引起的動(dòng)能變化,讓學(xué)生思維循序漸進(jìn),并且自己計(jì)算推導(dǎo)的過程,加深對功能關(guān)系的理解.
教師活動(dòng)7 評價(jià)學(xué)生分組交流討論后的結(jié)果,總結(jié)動(dòng)能定理的定義,公式,以及單位.并且總結(jié):從數(shù)學(xué)角度動(dòng)能變化有正有負(fù),也恰恰符合之前所學(xué)習(xí)的做功有正有負(fù).繼續(xù)提出問題:讓學(xué)生在以一物塊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)從起點(diǎn)A繞一圈又回到A點(diǎn)這個(gè)背景下,從三個(gè)角度嘗試探究功能關(guān)系:
(1)全過程運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析;
(2)運(yùn)動(dòng)過程中找一中間點(diǎn),分為兩部分運(yùn)用動(dòng)能定理分析;
(3)全過程中運(yùn)用動(dòng)能定理.
學(xué)生活動(dòng)6 分組交流討論,并且計(jì)算分析,這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中三個(gè)角度分析問題的優(yōu)缺點(diǎn).
教師活動(dòng)8 評價(jià)學(xué)生結(jié)果,并總結(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)
驗(yàn)現(xiàn)象要突出、明顯,給學(xué)生出乎意料的震撼,也可以在實(shí)驗(yàn)之前,讓學(xué)生猜測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,若猜對,可以培養(yǎng)學(xué)生自信心;若猜錯(cuò),可激發(fā)學(xué)生的求知欲.如在“慣性”一節(jié)教學(xué)中,筆者設(shè)計(jì)了如圖2的實(shí)驗(yàn):塑料球和金屬球分別懸于礦泉水瓶中,當(dāng)瓶子向一方移動(dòng)時(shí),兩個(gè)球分別向相反方向移動(dòng);在說明“靜電除塵”效果時(shí),用銅棒穿過礦泉水瓶軸線、鋁箔紙粘于瓶內(nèi)壁分別作為除塵的兩極,如圖3.
2.3 設(shè)計(jì)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象討論的問題
[TP4GW41.TIF,Y#]如何引導(dǎo)學(xué)生分析、討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,是本教學(xué)設(shè)計(jì)的.教師在課堂教學(xué)前,預(yù)設(shè)有梯度的問題,指導(dǎo)學(xué)生討論的方向.如在瞬時(shí)速度教學(xué)中,針對學(xué)生難以理解“當(dāng)Δt0時(shí),[SX(]Δx[]Δt[SX)]就表示瞬時(shí)速度”這一點(diǎn),設(shè)計(jì)了圖4實(shí)驗(yàn),采集了表1所示數(shù)據(jù),預(yù)設(shè)如下問題.
問1:第一組實(shí)驗(yàn)得到的速度比車頭速度大還是小?
問2:[JP3]表中四組實(shí)驗(yàn)得到的速度呈現(xiàn)出什么規(guī)律?如何解釋?
問3:猜一下車頭通過光電門時(shí)的速度約是多少?
問4:怎樣精確測定車頭通過光電門時(shí)的速度?
問5:若實(shí)驗(yàn)中,對速度要求“精確到兩位有效數(shù)字”,哪一組可以表示車頭通過光電門速度?
問6:由此可得出什么結(jié)論?
討論過程中,指向明確且有梯度的問題,既可以指導(dǎo)和駕馭學(xué)生討論方向,又可以培養(yǎng)學(xué)生良好的邏輯思維能力.在教學(xué)實(shí)踐中,由于學(xué)生受到心智、經(jīng)歷等因素的限制,有些在教師看來順理成章結(jié)論,卻無法提煉出來,這時(shí)候教師切勿越俎代庖,一定要留出足夠的時(shí)間,讓學(xué)生展開充分討論.討論的過程就是對物理規(guī)律和概念的理解過程,充分的討論使學(xué)生更加牢固的理解知識(shí)的內(nèi)涵和外延,有利于學(xué)生應(yīng)用知識(shí),同時(shí)提高教學(xué)質(zhì)量,杜絕思維很快、但思考很淺的現(xiàn)象.
2.4 形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論
經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的深刻討論,得出客觀的規(guī)律,是本教學(xué)設(shè)計(jì)最終目的.在層層深入的問題的引導(dǎo)下,逐漸剔除表面、膚淺的認(rèn)識(shí),學(xué)生在腦海中慢慢形成概念和理解規(guī)律.雖然學(xué)生不能用流暢的語言完整的概括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象揭示的規(guī)律性的東西,但這不影響對規(guī)律的理解.概念的形成是首要的,其次才是名稱(趙凱華語).
3 基于實(shí)驗(yàn)情境的教學(xué)設(shè)計(jì)的意義
3.1 讓教學(xué)設(shè)計(jì)充滿挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)主要根據(jù)《教學(xué)大綱》、《學(xué)科指導(dǎo)意見》等確定的重、難點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)過程.作為一般性的教學(xué)指導(dǎo)用書,《教學(xué)大綱》或《學(xué)科指導(dǎo)意見》僅從知識(shí)本身分析教學(xué),缺乏對學(xué)生實(shí)際情況的調(diào)研,針對性不強(qiáng),依據(jù)此設(shè)計(jì)的教學(xué)過程往往無法回答學(xué)生的疑惑,教學(xué)效果較差.“調(diào)查問卷”形成“反饋單”反映了學(xué)生中普遍的又具有個(gè)性化的問題,這些問題是無法預(yù)設(shè)的.針對學(xué)生的問題,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明問題或引發(fā)思考和討論,這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)過程對教師充滿了挑戰(zhàn).如在“電表的改裝”一節(jié)教學(xué)中,筆者把問卷調(diào)查前后的教案中一個(gè)片段做了對比.
問卷調(diào)查前
環(huán)節(jié)一:靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻
展示靈敏電流計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu),如圖5.告訴學(xué)生線圈由很長的銅導(dǎo)線繞成,所以電流計(jì)有內(nèi)阻.
問卷調(diào)查后
環(huán)節(jié)一:靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻
①設(shè)計(jì)如圖6所示電路,在A、B間接發(fā)光二極管,二極管正常發(fā)光.說明A、B之間有電壓(很小).
②問:能否將靈敏電流計(jì)接在A、B之間?
③把靈敏電流計(jì)接在A、B之間,電流計(jì)偏轉(zhuǎn)一定角度.
④展示圖5,介紹電流計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu).
修改目的
在初中教學(xué)中,認(rèn)為電流表內(nèi)阻為零.所以學(xué)生在“問卷反饋單”非常集中的反映無法理解“電流表有內(nèi)阻”.
兩個(gè)教案都重視了對電流表內(nèi)阻的教學(xué).但修改后的教案更注重用實(shí)驗(yàn)帶給學(xué)生的直觀體驗(yàn),同時(shí)在操作實(shí)驗(yàn)前的設(shè)問,激發(fā)了學(xué)生的迫切看到實(shí)驗(yàn)效果的欲望,教學(xué)效果顯著,給學(xué)生留下深刻印象.
基于實(shí)驗(yàn)情境的教學(xué)設(shè)計(jì),因?yàn)榱私鈱W(xué)生的問題,所以在課堂教學(xué)中緊緊抓住學(xué)生.在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,形成了探究問題,創(chuàng)造了思維環(huán)境,通過對實(shí)驗(yàn)的討論破解學(xué)生的疑惑.
3.2 提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性
【關(guān)鍵詞】類比法;教學(xué)
1. 類比已有知識(shí) 在學(xué)習(xí)中,巧妙運(yùn)用已學(xué)知識(shí)類比,不僅使學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固了所學(xué)知識(shí),而且使學(xué)生在新舊知識(shí)類比中加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,開拓思路,激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣,利于開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。如學(xué)習(xí)功率概念時(shí),可以通過學(xué)生已有的速度概念形成過程進(jìn)行類比:要比較運(yùn)動(dòng)快慢可用相等時(shí)間比路程,也可用相等路程比時(shí)間,但在時(shí)間和路程都不等時(shí)怎樣比較快慢?就要看單位時(shí)間內(nèi)通過路程的多少,從而定義了速度。要比較做功快慢可用相等時(shí)間比做功多少,也可用做相同的功比較所用的時(shí)間,在時(shí)間和功的多少都不等時(shí),看單位時(shí)間內(nèi)所做的功多少而定義了功率。初中物理中壓強(qiáng)、密度等概念均采用了類似比值法定義的。再如:將分子動(dòng)能和勢能與物體的動(dòng)能和勢能類比;將判斷磁場存在的方法與用轉(zhuǎn)換法判斷電流的存在方法類比等。通過類比使學(xué)生領(lǐng)略“類比”這一科學(xué)方法,并引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)探索新舊知識(shí)間的橫向聯(lián)系,從而更好解和掌握新知識(shí)。
2. 類比生活體驗(yàn) 學(xué)生在日常生活中積累了一定的生活經(jīng)驗(yàn),用學(xué)生身邊的事例進(jìn)行類比,活化學(xué)生頭腦中貯存的生活信息,可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,利于培養(yǎng)學(xué)生在生活中觀察和分析問題的能力。如把電流與生活中水流比較,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、能源作用、形成原因、流動(dòng)方向、強(qiáng)度大小等方面類比,促進(jìn)知識(shí)的正遷移。再如把照相機(jī)成像的原理與人的眼睛類比;把聲波與學(xué)生熟悉的水波和彈簧中產(chǎn)生疏密波類比。這樣的類比將抽象知識(shí)用形象事物來理解,能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,學(xué)生遇到新的概念和事物能自主作類比分析,既能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,又進(jìn)行科學(xué)思維和方法的訓(xùn)練,豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容。
3. 類比其它學(xué)科 用學(xué)生已學(xué)過的其它學(xué)科知識(shí)進(jìn)行類比,活化學(xué)生頭腦貯存的知識(shí)信息,使學(xué)生能動(dòng)地認(rèn)識(shí)、理解并掌握知識(shí),讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí),提高獲取知識(shí)的能力,掌握科學(xué)的思維方法。如歐姆定律變形公式R、密度公式ρ、串并聯(lián)電路中電壓、電流分配規(guī)律等公式與函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行類比找出異同,公式中的R與ρ等,它們反映的都是物體本身的物理屬性,與公式中其它物理量無關(guān),類同于數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式中的常數(shù)K。這樣類比加深了對物理公式的意義理解,還可避免物理公式數(shù)學(xué)化。再如把物理圖象與數(shù)學(xué)函數(shù)圖像類比;凸透鏡、凹透鏡的外形特點(diǎn)類比于字凸凹形狀;量筒、量杯的刻度特點(diǎn)類比于筒中的“同”刻度均勻和杯中的“不”刻度不均勻。這樣類比,易于使學(xué)理解和掌握知識(shí),逐漸形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò),并能有效探索獲取新知識(shí),有利于培養(yǎng)學(xué)生理解能力、思維能力、分析歸納能力和學(xué)生創(chuàng)造性思維能力。
一、在教學(xué)中,通過把握過程而獲得物理知識(shí)
“探究學(xué)習(xí)”的第一個(gè)特點(diǎn)是“學(xué)生自主地抓住自然的事物、現(xiàn)象,通過探究自然的過程而獲得知識(shí)?!雹龠@就是說,在教學(xué)中,教師要把握好“知識(shí)”與“過程”的關(guān)系,這二者究竟誰為重點(diǎn)的問題,是傳統(tǒng)教育與“探究學(xué)習(xí)”的區(qū)別,所以在教學(xué)中應(yīng)正視探究自然的過程,將其列為重點(diǎn),要使學(xué)生通過過程的探究而獲得知識(shí)。為達(dá)到真正獲得知識(shí)的目的,必須注意以下幾點(diǎn):
1.要善于通過實(shí)驗(yàn)來探究自然過程
在物理學(xué)中,許多自然事物的本質(zhì)屬性要通過實(shí)驗(yàn)才能揭示。所以對于實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象,對于實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的變化,要善分析,要透過現(xiàn)象看到本質(zhì);通過數(shù)據(jù)的變化來抽象出概念或規(guī)則,所以探究實(shí)驗(yàn)的過程,往往就是獲得知識(shí)的過程。例如,密度的概念對初中生是很抽象的,利用不同質(zhì)量的同種物質(zhì),與相應(yīng)體積數(shù)值,通過實(shí)驗(yàn)可以求出其密度大小,若結(jié)合實(shí)驗(yàn),中學(xué)生是不難理解密度概念的。又例如在串、并聯(lián)電路中,對于總壓和分壓的關(guān)系,設(shè)有實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)也是很抽象的,若通過儀器的數(shù)據(jù)變化來分析,就容易理解了。
2.要善于用邏輯推理與數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法來探究物理學(xué)的自然過程
許多物理學(xué)的規(guī)則、公式,都是運(yùn)用已學(xué)過的舊知識(shí)在具體的條件下,通過數(shù)學(xué)的嚴(yán)密推導(dǎo)而得出結(jié)論,這又是一個(gè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn),所涉及為兩大方面:其一為邏輯推理方式;其二為思維的方法。例如,力學(xué)中的動(dòng)能:EK=12mV2我們不僅要知道其表達(dá)式,更應(yīng)知曉其推導(dǎo)過程:外力F對物體做的功W=FS,如果用EK表示物體的動(dòng)能,則有,EK=FS,根據(jù)牛頓第二定律F=ma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式V2=2as,可得:EK=FS=maV22a=12mV2
二、在教學(xué)中,教師要有目的的培養(yǎng)學(xué)生從事物理研究的能力
1.學(xué)科的學(xué)習(xí)方略 物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,所以該學(xué)科的主要學(xué)習(xí)方略就是自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論的統(tǒng)一。從自然科學(xué)認(rèn)識(shí)論來看,主要是從感性到理性,從形象到抽象的認(rèn)識(shí)過程。
高一物理是高中物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),但高一物理難學(xué),這事人們的共識(shí),高一物理難。難就在梯度大,難在學(xué)生能力與高中物理教學(xué)要求的差距大。高中物理教師必須認(rèn)真研究教材和學(xué)生,掌握初,高中物理教學(xué)的梯度,把我住初中教學(xué)的銜接,才能教好高一物理,使學(xué)生較順利的完成高一物理學(xué)習(xí)任務(wù)。
一, 高中與初中物理教學(xué)梯度:
初中物理教學(xué)是以觀察,試驗(yàn)為基礎(chǔ)材料內(nèi)容多是簡單的物理現(xiàn)象和結(jié)論,對物理概念和規(guī)律的定義與解釋簡單粗略,研究的問題大多是單一對象,單一過程,靜態(tài)的簡單問題,易于學(xué)生的接受;教材編寫的形式主要是觀察與思考、實(shí)驗(yàn)與思考、讀讀想想、想想議議,小實(shí)驗(yàn)、小制作、閱讀材料與知識(shí)小結(jié),學(xué)生容易閱讀。高中物理教學(xué)則是采用觀察實(shí)驗(yàn)、抽象思維和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合,對物理現(xiàn)象進(jìn)行模型抽象和數(shù)學(xué)化描述,要求通過抽象概括、想象假說、邏輯推理來揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)和變化規(guī)律,研究解決的往往是涉及研究對象(可能是幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的對象)多個(gè)狀態(tài)、多個(gè)過程、動(dòng)態(tài)的復(fù)雜問題,學(xué)生接受難度大。高中物理教材對物理概念和規(guī)律的表述嚴(yán)謹(jǐn),對物理問題的分析推理論述科學(xué)、嚴(yán)密,學(xué)生閱讀難度較大,不宜讀懂。
初中物理教學(xué)以直觀教學(xué)為主,知識(shí)的獲得是建立在形象思維的基礎(chǔ)之上:而高中,物理知識(shí)的獲得是建立在抽象思維的基礎(chǔ)之上,高中物理教學(xué)要求從形象思維過渡到抽象思維。在初中,物理規(guī)律大部分是有實(shí)驗(yàn)直接得出的,在高中,有些規(guī)律要經(jīng)過推理得出,處理問題要較多地應(yīng)用推理和判斷,因此,對學(xué)生推理和判斷能力的要求大大提高,高一學(xué)生難以適應(yīng)。另外,在初中階段只能通過直觀教學(xué)介紹物理現(xiàn)象和規(guī)律,不能觸及物理現(xiàn)象的本質(zhì),這種直觀教學(xué)使學(xué)生比較習(xí)慣于從自己的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā),對一些事物和形象形成一定的看法和觀點(diǎn),形成一定的思維定勢,這種有生活常識(shí)和不全面的物理知識(shí)所形成的思維定勢,會(huì)干擾學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)中對物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí),造成學(xué)習(xí)上的思維障礙。由于初中物理內(nèi)容少,問題簡單,課堂上規(guī)律概念含義講述少,講解例題和練習(xí)多,課后學(xué)生只要背背概念、背背公式,考試就沒問題。養(yǎng)成教師講什么,學(xué)生聽什么;考試考什么,學(xué)生練什么,學(xué)生緊跟教師轉(zhuǎn)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。課前不預(yù)習(xí),課后不復(fù)習(xí),不會(huì)讀書思考,只能死記硬背。而高中物理內(nèi)容多,難度大,課堂密度高,各部分知識(shí)相關(guān)聯(lián),有的學(xué)生仍采用初中的那一套方法對待高中的物理學(xué)習(xí),結(jié)果是學(xué)了一大堆公式,雖然背的很熟,但一用起來,就不知從何下手,還有學(xué)生沒有養(yǎng)成預(yù)習(xí)的習(xí)慣,每次上物理課,都覺得聽不大明白。由于每堂課容量很大,知識(shí)很多,而學(xué)生又沒預(yù)習(xí),因此上課時(shí),學(xué)生只是光記筆記,不能跟著老師的思路走,不能及時(shí)地理解老師講的內(nèi)容。這樣就使學(xué)生感到物理深?yuàn)W難懂,從心理生造成對物理的恐懼。
二、如何搞好初、高中物理教學(xué)的銜接:
根據(jù)教育心理學(xué)理論“當(dāng)新知識(shí)與原有知識(shí)存在著較大梯度,或是形成拐點(diǎn)時(shí);當(dāng)學(xué)生對知識(shí)的接受,需要增加思維加工的梯度時(shí),就會(huì)形成教學(xué)難點(diǎn),所以要求教師對教材理解深刻,度學(xué)生的原有知識(shí)和思維水平了解清楚,在會(huì)形成教學(xué)難點(diǎn)之處,把信息傳遞過程延長,中間要增設(shè)驛站,試學(xué)生分步達(dá)到目標(biāo);并在中途經(jīng)過思維加工,使部分新知識(shí)先于原有知識(shí)結(jié)合,變?yōu)樵俳邮芰硪徊糠中轮R(shí)的舊知識(shí),從而使難點(diǎn)得以緩解。”所以,高一物理教師要研究初中物理教材,了解初中物理教學(xué)方法和教材結(jié)構(gòu),知道初中學(xué)生學(xué)過哪些知識(shí),掌握到什么水平以及獲取這些知識(shí)的途徑,在此基礎(chǔ)上根據(jù)高中物理教材和學(xué)生狀況分析,研究高一教學(xué)難點(diǎn),設(shè)置合理的教學(xué)層次、實(shí)施適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法,降低“臺(tái)階”,保護(hù)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性,使學(xué)生樹立起學(xué)好物理的信心。
正如高中物理教學(xué)大綱所指出教學(xué)中“應(yīng)注意循序漸進(jìn),知識(shí)要逐步擴(kuò)展和加深,能力要逐步提高”。高一教學(xué)應(yīng)以初中知識(shí)為教學(xué)的“生長點(diǎn)”逐步擴(kuò)展和加深;教材的呈現(xiàn)要難易適當(dāng),要根據(jù)學(xué)生知識(shí)的逐漸積累和能力的不斷提高,讓教學(xué)內(nèi)容在不同階段重復(fù)出現(xiàn),逐漸擴(kuò)大范圍加深深度。例如“受力分析”是學(xué)生進(jìn)入高一后物理學(xué)習(xí)中遇到的第一個(gè)難點(diǎn)。在初中,為了適應(yīng)初中學(xué)生思維特點(diǎn)(主要是形象思維),使學(xué)生易于接受,是從日常生活實(shí)例引出力的概念,從力的作用效果進(jìn)行物體受力分析的,不涉及力的產(chǎn)生原因。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ),高一在講過三種基本力的性質(zhì)后,講授力分析方法時(shí),只講隔離法和根據(jù)力的產(chǎn)生條件分析簡單問題中單個(gè)物體所受力;在講完牛頓第二定律后,作為牛頓第二定律的應(yīng)用,再講根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和牛頓第二定律分析單個(gè)物體所受力;在講連接體問題時(shí),介紹以整體為研究對象進(jìn)行受力分析的思路。這樣從較低的層次開始,經(jīng)過3次重復(fù)、逐步提高,使學(xué)生教好地掌握了物體的受力分析思路與分析方法。
關(guān)鍵詞:物理學(xué);動(dòng)力學(xué)規(guī)律;內(nèi)在聯(lián)系;分析與研究
物理學(xué)中的動(dòng)力學(xué)規(guī)律通常是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的相關(guān)客觀規(guī)律以及應(yīng)用情況。其實(shí)動(dòng)力學(xué)相關(guān)問題的解決就是對物體相對運(yùn)動(dòng)的問題所進(jìn)行解決。而物理學(xué)中描述物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)以及所改變的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)間的聯(lián)系是作為動(dòng)力學(xué)所應(yīng)用的相關(guān)切入點(diǎn)。在進(jìn)行描述物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)所闡述量的速度和相關(guān)動(dòng)量以及動(dòng)能,相關(guān)改變狀態(tài)的整體性原因其實(shí)就是力和沖量以及功,所構(gòu)成的內(nèi)在聯(lián)系一般都包括牛頓第二定律和動(dòng)量定理以及相關(guān)的動(dòng)能定理,所有這樣都是組成動(dòng)力學(xué)整體體系的關(guān)鍵部分,也展示出物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的變化規(guī)律。具體分析與研究內(nèi)容如下文:動(dòng)力學(xué)關(guān)系著力與運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律,∑F=ma和力進(jìn)行位移的過程中所積累的規(guī)律性∑W=Ek其中是包括機(jī)械能守恒定律和力在一定時(shí)間內(nèi)所積累的規(guī)律性∑Ft=mv這里面也包括動(dòng)量守恒定律等規(guī)律作為重要的聯(lián)系紐帶,將物理動(dòng)力學(xué)的規(guī)律互相進(jìn)行結(jié)合??梢耘nD第二定律為重要基礎(chǔ)并采用運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)的公式,按照規(guī)定的條件進(jìn)行導(dǎo)出,下邊闡述動(dòng)力學(xué)規(guī)律內(nèi)在聯(lián)系,說明如下:在斜面傾角處,在恒力F的相關(guān)作用下以及質(zhì)量為m的物體,沿著斜面從A點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng),移動(dòng)到B點(diǎn)的位置,而若是A與B兩個(gè)點(diǎn)的高度設(shè)為h1與h2,那么物體與相關(guān)斜面之間的滑動(dòng)摩擦相關(guān)系數(shù)是物體在A與B兩個(gè)點(diǎn)的速度設(shè)為v1與v2,設(shè)由A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的時(shí)間是t。
問題分析為選取研究對象為物體m。而物體所受的四個(gè)力相關(guān)作用為重力G和恒力F以及物體運(yùn)動(dòng)受摩擦的力為f和相關(guān)斜面彈力為N,再按照牛頓第二定律:x軸的方向是N–mg-cos=0,y軸的方向是F–f–mgsin=ma,那么f=mgcos,也就是F–mgcos–mgsin=ma(1),因?yàn)槲矬w在x軸的方向所受恒力的相關(guān)作用下進(jìn)行勻變速運(yùn)動(dòng),那么所產(chǎn)生的加速度就是a=(v2-v1)/t,再進(jìn)行代入式(1)所得F–mgcos–mgsin=m(v2-v1)/t即所得的是(F-mgcos-mgsin)t=mv2-mv1也就是∑Ft=mv2-mv1此關(guān)系式直接表明了物體受的外力進(jìn)行的沖量是等于物體的動(dòng)量所產(chǎn)生的增量,即為動(dòng)量定理。如果物體沒有受到外力或者是所受的合外力都為零(當(dāng)∑F=0)的時(shí)候,按此理論進(jìn)行推導(dǎo)出∑mivi0-∑mivi=0,也可以寫成m1v10+m2v20=m1v1+m2v2,這些就直接表明系統(tǒng)沒有受外力或者所受的合力都為零的時(shí)候相關(guān)動(dòng)量所保持不變即為動(dòng)量守恒定律。這類動(dòng)力學(xué)規(guī)律其實(shí)適用很多物體組成的相關(guān)系統(tǒng),而動(dòng)量守恒定律也是系統(tǒng)動(dòng)量定理的特殊例子。在公式(1)中例如代入的是速度以及位移所表示的相關(guān)加速度a=(v22-v12)/2s得出F–mgcos–mgsin=m(v22-v12)/2s,即為(F–mgcos-mgsin)s=1/2mv22-1/2mv12(2)可以寫成∑W=Ek,也就表明了外力針對物體的功代數(shù)之和是等于物體動(dòng)能的相關(guān)增量的即為動(dòng)能定理。mgsins是物體從A點(diǎn)移到B點(diǎn)過程中重力對物體的負(fù)功,WG=mgsins=mgs=mgh1-mgh2,而mgh1與mgh2其實(shí)是物體在A點(diǎn)與B點(diǎn)相關(guān)的重力勢能。而重力是對物體做出的功并且等于物體的重力勢能相關(guān)的變化量,所得出的值是正負(fù)就需要從具體情況所定義。
因此運(yùn)用勢能概念時(shí)重力或是彈力將不再是此系統(tǒng)受的外力了而成為系統(tǒng)內(nèi)力。這樣,將WG=mgsins=mgh1-mgh2的左端移到相應(yīng)的右端,得出(F-mgcos)s=(1/2mv22+mgh2)-(1/2mv12+mgh1)其中動(dòng)能是1/2mv2,勢能是mgh為物體機(jī)械能用E表示W(wǎng)外=W動(dòng)-W阻=E2-E1也就是除重力與彈力外,動(dòng)力學(xué)對物體做的功相應(yīng)的是等于了物體機(jī)械能的相關(guān)增量,即為功能原理或關(guān)系。在動(dòng)能相關(guān)定理中,將重力或是彈性力都稱為外力,在對動(dòng)能定理應(yīng)用進(jìn)行解題的時(shí)候,掌握相關(guān)合力進(jìn)行物體功的相關(guān)代數(shù)和是等于相關(guān)物體動(dòng)能增量;在此原理中因?qū)⒅亓蚴菑椥粤κ窍到y(tǒng)內(nèi)力所進(jìn)行的處理并且引入勢能的概念,因此要掌握外力做功是等于相關(guān)機(jī)械能的增量,此功能原理實(shí)際上是在相關(guān)動(dòng)能定理的前提上應(yīng)用勢能相關(guān)概念。綜上所述,通過對物理中動(dòng)力學(xué)規(guī)律內(nèi)在聯(lián)系的分析并且闡述了其成立條件以及相應(yīng)的應(yīng)用范圍,這樣就可以達(dá)到正確的認(rèn)識(shí)了解相關(guān)物理意義,再解決物理動(dòng)力學(xué)實(shí)際操作產(chǎn)生的問題。在理解相關(guān)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系再深入研究動(dòng)力學(xué)的每個(gè)領(lǐng)域,再了解相關(guān)部分的個(gè)性以及聯(lián)系共性,撐握好物理動(dòng)力學(xué)規(guī)律的相關(guān)內(nèi)在聯(lián)系,從而在理解相關(guān)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的同時(shí),學(xué)習(xí)到其中的內(nèi)在聯(lián)系,為學(xué)習(xí)物理動(dòng)力學(xué)提供更具有參考價(jià)值的資料。
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1感受物理的規(guī)范美、嚴(yán)謹(jǐn)美
規(guī)范的格式、準(zhǔn)確的措辭、美觀整潔的書寫既有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,又能給人以美的享受.物理公式要用到許多的希臘字母,教師要指導(dǎo)學(xué)生如何寫好希臘字母,否則物理公式很難寫漂亮.比如密度用ρ表示,是八年級學(xué)生遇到的第一個(gè)難寫的希臘字母.筆者讓學(xué)生從下往上起筆,并帶有一定弧度,收筆圓潤干脆,不拖泥帶水.教師親自示范,學(xué)生互相評比.選書寫最佳的到黑板前示范.一定要讓初中生寫出的物理公式美觀整潔.
初學(xué)物理,許多物理專有詞語對八年級學(xué)生而言,是模糊不清的.教師一定要把這些易混淆的詞語收集到一起,讓學(xué)生仔細(xì)區(qū)別.比如“溶化、熔化、融化”三個(gè)詞,用法是不同的,在學(xué)習(xí)物理之前,學(xué)生們通常容易混淆.
“溶化”指固體溶解在水或其它液體里.九年級化學(xué)“溶液”這一章用得較多.例如:“鹽放進(jìn)水里,很快就溶化了.”“兩塊冰糖擱進(jìn)杯子里的水中,慢慢就在水里溶化了.”“一勺雞精放到湯里,攪拌幾下就溶化了.”“這種膠塊兒放進(jìn)酒精里溶化得比較快.”
“熔化”指物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài).八年級物理“物態(tài)變化”這一章用得較多.例如:“當(dāng)鐵被加熱到1535 ℃,且不斷吸熱,鐵塊就會(huì)慢慢熔化成鐵水.” “激光產(chǎn)生的高溫,能在瞬間熔化鋼鐵.”“大塊狀的瀝青倒進(jìn)大鍋,加熱后就熔化了.”
“融化”這個(gè)詞,在文學(xué)作品中用得較多,文學(xué)色彩較濃.在語文上專特指冰、雪、霜受熱后化成水.例如:“初春,太陽照在桑干河上,冰開始融化了.”“太陽照射不到的地方,積雪融化得比較慢.”“太陽升起來后,花壇上的霜慢慢融化了.”
“時(shí)間、時(shí)刻”這兩個(gè)詞,在學(xué)完機(jī)械運(yùn)動(dòng)這一章,就要讓學(xué)生明白,這兩個(gè)詞在物理上其實(shí)有著嚴(yán)格的區(qū)別.時(shí)刻一定是某個(gè)時(shí)間點(diǎn),1點(diǎn)整就是時(shí)刻. 時(shí)間是兩時(shí)間點(diǎn)中的一段,比如“在濱江公園里,我們玩了20分鐘”,這個(gè)“20分鐘”就是指時(shí)間.如果借用數(shù)學(xué)語言表示,時(shí)刻是數(shù)軸上的一個(gè)點(diǎn),時(shí)間是數(shù)軸上的一個(gè)線段.
“煙、霧”:“煙”指的是固體小顆粒懸浮在空氣中.“霧”指的是懸浮在空氣中的許許多多的小液滴.比如說濃硝酸,濃鹽酸的揮發(fā),能在空中看到白霧.而一般化學(xué)反應(yīng)生成的固體小顆粒就叫做煙.比如說白磷在空氣中燃燒.金屬鈉與氯氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成了氯化鈉小顆粒固體,漂浮在空氣中就叫做白煙.所以煙其實(shí)是固態(tài),霧是液態(tài).它們都不是氣態(tài).
“物質(zhì)、物體”:“物體”是由“物質(zhì)”組成的.沒有不是由物質(zhì)組成的物體!但是物質(zhì)不一定都能夠組成物體,比方說,磁場是物質(zhì),但沒有由磁場組成的物體.物體可以由不同物質(zhì)組成,比如說桌面、桌腿可以是木頭的,連接處可以是金屬的.我們常用這樣一句話讓學(xué)生來體會(huì)“物質(zhì)”、“物體”的區(qū)別:“鐵錘和鐵釘是兩個(gè)不同的物體,但它們都是由同一種物質(zhì)‘鐵’構(gòu)成的.”
區(qū)分了以上詞語以后,學(xué)生會(huì)從內(nèi)心里覺得:物理是一門很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)其實(shí)就是一種美.
2體會(huì)物理的思想美
初中主要的物理思想方法有觀察法、比較法、控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、類比法、理想化物理模型法、放大法、圖像法等.在實(shí)際解題時(shí),還要有能量意識(shí)和整體思想.從能量角度考慮,不必考慮過程中的細(xì)節(jié),因而具有一定的優(yōu)越性.有時(shí)能將題目運(yùn)算大大簡化,甚至不必計(jì)算就能將難題解決.
如圖1所示,把一個(gè)質(zhì)量分布均勻不可伸長的繩子的兩端懸掛在天花板A、B兩點(diǎn)上,如果在繩的最下端c處用一個(gè)豎直向下的拉力緩慢向下拉成如圖1所示的“V”字形,則繩子的重心將
A.下降B.升高C.不變D.無法確定
即便繩子質(zhì)量均勻,繩子的重心對初中生來說,還是難以確定.當(dāng)用力將c往向下拉時(shí),拉力對繩子做功,天花板對繩子的兩個(gè)拉力由于沒有在力的方向上移動(dòng)距離,所以天花板對繩子不做功,而繩子在拉之前和拉之后,繩子的動(dòng)能均為為零.所以,做功的結(jié)果只能是繩子的重力勢能增加,繩子的重心升高.或者反過來,當(dāng)撤消外力后,繩子會(huì)上下跳動(dòng)許多次才能停下來,這是因?yàn)橹亓菽芎屠K子的動(dòng)能在相互轉(zhuǎn)化的緣故.也就是說,撤消外力后繩子的重心會(huì)下降.故拉繩子c處時(shí),繩子的重心是升高的.
系統(tǒng)是由相互作用、相互依賴的各部分組成的有機(jī)整體,用系統(tǒng)觀點(diǎn)分析、處理問題的方法稱為整體法.從整體考慮,可以使問題處理得到簡化.
如圖2所示,靜止在光滑水平面上的小車,受到手持磁鐵的吸引,整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況是
A.向左運(yùn)動(dòng),越來越快B.向右運(yùn)動(dòng),越來越快
C.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化D.條件不足,無法判斷
分析小車和磁鐵之間力的作用是相互的,對于小車和磁鐵整個(gè)系統(tǒng)而言,在水平方向上是不受力的,原來靜止的還將保持靜止.如果單獨(dú)對小車或磁鐵進(jìn)行受力分析,都將麻煩而難以解決.
通過這兩道題,學(xué)生一定會(huì)感到物理思想之美.
3體會(huì)物理的真實(shí)美
流體在流速大的地方壓強(qiáng)小,在流速小的地方壓強(qiáng)大.在處理這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí),筆者常常采取這樣的實(shí)驗(yàn)引入新課:取一個(gè)吹風(fēng)機(jī),讓它豎直向上只吹冷風(fēng),然后將乒乓球放置于風(fēng)口,左右移動(dòng)吹風(fēng)機(jī),乒乓球一邊隨著吹風(fēng)機(jī)左右移動(dòng)一邊跳舞.甚至我們還可以用一只鐵圈從左向右憑空套過乒乓球.學(xué)生會(huì)很驚奇,為這種奇妙的物理現(xiàn)象所嘆服.物理之美已經(jīng)將學(xué)生牢牢地征服.這時(shí),再來分析乒乓球?yàn)槭裁床粫?huì)掉下來,學(xué)生就會(huì)很感興趣,水到渠成.學(xué)習(xí)物態(tài)變化時(shí),我們把固體分為兩類,晶體和非晶體.為什么取這樣一個(gè)名字呢?書上沒有講,筆者借機(jī)給學(xué)生補(bǔ)充并進(jìn)行美的熏陶: 晶體是原子、離子或分子按照一定的周期性在空間排列,在結(jié)晶過程中形成具有一定規(guī)則的幾何外形的固體.晶體在天然狀況下通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀,比如食鹽呈立方體;冰花呈六角棱柱體;明礬呈八面體等.雪花是冰的天然結(jié)晶,所以會(huì)有規(guī)則的外形.其實(shí)雪花的個(gè)體是極其微小的,大約5000顆雪花總質(zhì)量不過才1克,所以,很多同學(xué)并沒有仔細(xì)觀察過.教師適時(shí)推出一組雪花圖片(見圖3),學(xué)生大呼過癮.大自然的神奇、物理的對稱美,已經(jīng)深深印入學(xué)生腦海中.
4領(lǐng)略物理的和諧美、統(tǒng)一美
給學(xué)生心靈上切實(shí)的震撼、意想不到的感覺就是物理的和諧統(tǒng)一之美,它會(huì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.例如,一個(gè)地質(zhì)勘探小分隊(duì),在野外河邊休息時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種礦石,他們非常想盡快知道這種礦石的密度大約是多少,但是手中只有皮尺、直木棍和針線包中縫衣服用的針和細(xì)線,請你幫助他們利用現(xiàn)有的物品,設(shè)計(jì)一個(gè)測定礦石密度的方案,并推導(dǎo)出計(jì)算礦石密度的表達(dá)式.操作步驟如下:(1)在直木棍上選一固定點(diǎn)作為支點(diǎn),用細(xì)線把直木棍懸掛起來;(2)如圖4,使木棍在水平位置平衡;(3)分別量出懸掛礦石和石塊的點(diǎn)到支點(diǎn)的距離為l1和l2;(4)將礦石浸沒在水中,移動(dòng)石塊直到木棍再次水平平衡;(5)量出懸掛石塊的點(diǎn)到支點(diǎn)的距離為l3(如圖5);(6)計(jì)算礦石密度ρ礦=l2 l2-l3ρ水.
解析如下:F1l1=F2l2.
第一次杠桿平衡得
G礦l1=G石l2,
即ρ礦gV礦l1=G石l2(1)
第二次杠桿平衡得
(G礦-F浮)l1=G石l3,
即(ρ礦gV礦-ρ水gV礦)l1=G石l3(2)
由(1)和(2)可解得ρ礦=l2 l2-l3ρ水.
這時(shí),引導(dǎo)學(xué)生回憶浮力一個(gè)固定知識(shí)塊:一個(gè)實(shí)心物體在空氣中的重力為G,浸沒在水中時(shí)受到的拉力為F拉,那么物體的密度為:G G-F拉ρ水.
解析如下:
因?yàn)镕浮=ρ水gV排,
所以V物=V排=F浮 ρ水g=G-F拉 ρ水g,
ρ物=m物 V物=m物 V物=G/g G-F拉 ρ水g=G G-F拉ρ水.
筆者再次引導(dǎo)學(xué)生:圖4和圖5的裝置可理解為是一把秤,一把測重力的秤,在空氣中的示數(shù)為l2,浸沒在水中的示數(shù)為l3,這樣兩個(gè)題目的結(jié)果就實(shí)現(xiàn)了完美統(tǒng)一.和諧和統(tǒng)一在這道題中得到完美的詮釋,美再次在物理教學(xué)中得到體現(xiàn).
5在物理習(xí)題教學(xué)中滲透美學(xué)教育
物理規(guī)律肯定是美的,運(yùn)用物理規(guī)律解決問題同樣蘊(yùn)含著美.比如在物理習(xí)題課上,教師可以讓學(xué)生在美學(xué)思想的指導(dǎo)下,從美的角度思考,有時(shí)可以幫助學(xué)生理解,減少錯(cuò)誤的發(fā)生.
如圖6所示的電路,三個(gè)電阻是串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)?一直以來,筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對這種類型的題目比較頭疼.筆者處理這道題的方法之一就是先把三個(gè)電阻用不同的顏色區(qū)別開來,然后將電路進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化過程如下圖所示:
學(xué)生覺得物理原來可以這么美,不必聽老師枯燥的講解,只要將圖形變換竟然也能把復(fù)雜的題目弄懂.可以預(yù)見,學(xué)生一定會(huì)被物理所折服,并深深愛上物理.
課本上表達(dá)的物理知識(shí)是比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模瑢τ谝粋€(gè)定義會(huì)有長串的文字進(jìn)行表述,學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中可能會(huì)對定義把握不準(zhǔn),對其中的原理也不會(huì)特別清楚,這就需要教師將教學(xué)重心向過程和方法傾斜,讓學(xué)生理解原理是怎么得出的,公式是怎么推導(dǎo)的。只有讓學(xué)生理解了知識(shí)生成的過程,才會(huì)加深記憶,也才會(huì)在運(yùn)用時(shí)得心應(yīng)手。要讓知識(shí)生成的過程清晰呈現(xiàn)在學(xué)生的面前就需要教師在課堂教學(xué)中引入生活實(shí)踐,并由此啟發(fā)學(xué)生對物理知識(shí)的理解。在教學(xué)中引入生活實(shí)際,可以明確地告訴學(xué)生,他們學(xué)到的知識(shí)都是實(shí)用性很強(qiáng)的知識(shí),相當(dāng)一部分是生活常識(shí),因?yàn)橹R(shí)與自身的關(guān)聯(lián)性會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的熱情。例如在九年級《家庭電路中電流過大的原因》這一課中,就很明顯地看到這一課的實(shí)用價(jià)值。每個(gè)家庭中都有很多電器,包括上網(wǎng)學(xué)習(xí)的電腦,洗衣服的洗衣機(jī),做飯的電飯煲,等等。在使用過程中,有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電路故障,比如說保險(xiǎn)絲燒了。如果出現(xiàn)這種問題,我們該怎么辦,我們怎樣排除故障,這些都是這節(jié)課所能解答的。
二、課下作業(yè)設(shè)計(jì)生活問題
物理畢竟屬于理科,對于知識(shí)的運(yùn)用要求比較高,在初中階段對于知識(shí)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在課外作業(yè)上。在課堂上,教師不可能有足夠的時(shí)間和精力對學(xué)生進(jìn)行一一檢查,看他們是否能聽明白、是否能理解,較多的還是采用課下作業(yè)的形式。另外,適當(dāng)適量的課外作業(yè)不但不會(huì)加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),還能起到鞏固知識(shí)、激發(fā)興趣的作用。在課外作業(yè)的設(shè)計(jì)上,教師需要采取先易后難、逐步推進(jìn)的方式,力求讓學(xué)生舉一反三,但不能過分追求高難度、高強(qiáng)度。最為穩(wěn)妥的課外作業(yè)設(shè)計(jì)還是要回歸生活,從生活的點(diǎn)滴中選取合適的案例進(jìn)行課外作業(yè)。例如在《平面鏡成象》這一課中,學(xué)生對鏡子中的自己應(yīng)該十分了解,就可以設(shè)計(jì)一個(gè)課外作業(yè)讓學(xué)生找一面較大的鏡子、一面較小的鏡子都去照自己,看看有什么不同,怎樣能照到全身,而且還要思考平面鏡在生活中的其它應(yīng)用。由此引申,倘若鏡子不是平面的又會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢,可以指導(dǎo)學(xué)生參照課外閱讀進(jìn)行分析。
三、課余時(shí)間觀察生活現(xiàn)象