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美国心理学家ML比格指出:“学习的效率,大半依学生们所学得知识,可能迁移的数量和质量而定。因而,学习迁移是教育最后寄托的柱石。”大量心理学实验表明,产生迁移的关键是学习者在两种活动中概括出它们之间的共同原理,依据已有的经验去辨认当前的新问题,把当前的课题纳入已有经验的系统中去,实现知识、技能的同化或顺应,从而实现迁移。
在学习和解决物理问题的各种策略中,知识的迁移和变通是最基本、最重要、且最具有普遍意义的策略。在物理教学中,动力学部分是基础中的基础。因此在教学中对这部分基础知识概括掌握得全面而扎实对学习电场,磁场等部分有重要意义。
带电粒子在交变电场中运动的问题是中学物理教学的难点问题.这类问题所涉及的电场发生周期性变化,带电粒子受到的电场力是一个变力,使得带电粒子的运动情况相当复杂,求解这类问题,分析难度大,综合能力强,思维层次高。如果在前面动力学部分的教学中对受周期性外力作用下物体的运动分析引起重视,在电场中就会降低教学难度。 以力学中的质点运动向带电粒子在大小不变、方向周期性变化的电场中的运动迁移为例具体加以说明。
动力学原题模型:如图所示(图略),一质点在大小恒定、方向呈周期性变化的力的作用下,沿x轴自静止开始向正方向运动。试分析该质点的运动并画出速度和时间的关系图像。
可以利用周期对称性解决问题.质点先在恒力作用下,从静止开始做匀加速直线运动,历时T/2后,力的大小不变,方向改变,于是质点沿原方向做加速度大小相同的匀减速运动;又历时T/2,质点速度恰减为零。此后,质点又做匀加速运动,……如此反复,但质点的运动方向始终是不变的,即位移越来越大。其v-t图像如下图所示(图略)。
在此基础上进而提出若该质点在T/4时受力或在T/8时受力,它的速度、位移怎样变化?仍然可以根据对称性画出其v-t图像帮助我们分析。
在T/4时受力的v-t图像如下图所示:(图略)
由图可知:该质点先做匀加速直线运动,历时T/4后做匀减速直线运动,按照对称性又历时T/4后速度恰减为零,之后反向做匀加速直线运动经T/4反向减速,又经T/4恰减为零。如此反复。在一个周期内沿x轴正方向的位移大小等于沿x 轴负方向的位移大小。做往复运动。
在T/8时受力的v-t图像如下图所示:(图略)
由图可知:该质点也做往复运动。只是在一个周期内沿x轴正方向的位移大于沿x轴负方向的位移。
通过这样的例子,使学生对力与加速度、速度之间、位移的关系形成清晰的认识。这也为以后分析带电粒子在电场中的运动打下了一个良好的力学基础。
在电场问题中: 如图甲所示(图略),两平行金属板竖直放置,左极板接地,中间有小孔.右极板电势随时间变化的规律如图乙所示(图略).电子原来静止在左极板小孔处.(不计重力作用)下列说法中正确的是( )
A.从t=0时刻释放电子,电子将始终向右运动,直到打到右极板上
B.从t=0时刻释放电子,电子可能在两板间振动
C.从t=T/4时刻释放电子,电子可能在两板间振动,也可能打到右极板上
D.从t=3T/8时刻释放电子,电子必将打到左极板上
由图可知电子受到大小恒定、方向呈周期性变化的电场力的作用,迁移方法同时考虑到两板间距问题:从t=0时刻释放电子,如果两板间距离足够大,电子一直向右运动直到打在右极板上.电子不可能向左运动;如果两板间距离不够大,电子也始终向右运动,直到打到右极板上。
从t=T/4时刻释放电子,如果两板间距离足够大,电子将在两板间往复运动;如果两板间距离不够大,则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板上。
从t=3T/8时刻释放电子,如果两板间距离不够大,电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上;如果第一次向右运动没有打在右极板上,那就一定会在第一次向左运动过程中打在左极板上。选项AC正确。
在教学中还可以把这个模型进行变通。如:若电场电压呈正余弦规律变化,则带电粒子的运动情况如何;若电场条件不变,把带电粒子改为垂直于电场方向飞入,则带电粒子的运动情境则又如何等等,都可以锻炼学生的思维能力。
这是由“力与运动”这一知识带动对 “带电粒子在电场中的运动”学习的一个典型例子。在物理学习过程中就要巧妙地把物理结论、物理方法迁移到不同的物理过程中加以应用,开阔思路、化难为易。因此物理教师在教学中必须建立有序的知识结构,在此基础上,充分重视通过变通和迁移进一步培养和提高学生的应用能力。
在学习和解决物理问题的各种策略中,知识的迁移和变通是最基本、最重要、且最具有普遍意义的策略。在物理教学中,动力学部分是基础中的基础。因此在教学中对这部分基础知识概括掌握得全面而扎实对学习电场,磁场等部分有重要意义。
带电粒子在交变电场中运动的问题是中学物理教学的难点问题.这类问题所涉及的电场发生周期性变化,带电粒子受到的电场力是一个变力,使得带电粒子的运动情况相当复杂,求解这类问题,分析难度大,综合能力强,思维层次高。如果在前面动力学部分的教学中对受周期性外力作用下物体的运动分析引起重视,在电场中就会降低教学难度。 以力学中的质点运动向带电粒子在大小不变、方向周期性变化的电场中的运动迁移为例具体加以说明。
动力学原题模型:如图所示(图略),一质点在大小恒定、方向呈周期性变化的力的作用下,沿x轴自静止开始向正方向运动。试分析该质点的运动并画出速度和时间的关系图像。
可以利用周期对称性解决问题.质点先在恒力作用下,从静止开始做匀加速直线运动,历时T/2后,力的大小不变,方向改变,于是质点沿原方向做加速度大小相同的匀减速运动;又历时T/2,质点速度恰减为零。此后,质点又做匀加速运动,……如此反复,但质点的运动方向始终是不变的,即位移越来越大。其v-t图像如下图所示(图略)。
在此基础上进而提出若该质点在T/4时受力或在T/8时受力,它的速度、位移怎样变化?仍然可以根据对称性画出其v-t图像帮助我们分析。
在T/4时受力的v-t图像如下图所示:(图略)
由图可知:该质点先做匀加速直线运动,历时T/4后做匀减速直线运动,按照对称性又历时T/4后速度恰减为零,之后反向做匀加速直线运动经T/4反向减速,又经T/4恰减为零。如此反复。在一个周期内沿x轴正方向的位移大小等于沿x 轴负方向的位移大小。做往复运动。
在T/8时受力的v-t图像如下图所示:(图略)
由图可知:该质点也做往复运动。只是在一个周期内沿x轴正方向的位移大于沿x轴负方向的位移。
通过这样的例子,使学生对力与加速度、速度之间、位移的关系形成清晰的认识。这也为以后分析带电粒子在电场中的运动打下了一个良好的力学基础。
在电场问题中: 如图甲所示(图略),两平行金属板竖直放置,左极板接地,中间有小孔.右极板电势随时间变化的规律如图乙所示(图略).电子原来静止在左极板小孔处.(不计重力作用)下列说法中正确的是( )
A.从t=0时刻释放电子,电子将始终向右运动,直到打到右极板上
B.从t=0时刻释放电子,电子可能在两板间振动
C.从t=T/4时刻释放电子,电子可能在两板间振动,也可能打到右极板上
D.从t=3T/8时刻释放电子,电子必将打到左极板上
由图可知电子受到大小恒定、方向呈周期性变化的电场力的作用,迁移方法同时考虑到两板间距问题:从t=0时刻释放电子,如果两板间距离足够大,电子一直向右运动直到打在右极板上.电子不可能向左运动;如果两板间距离不够大,电子也始终向右运动,直到打到右极板上。
从t=T/4时刻释放电子,如果两板间距离足够大,电子将在两板间往复运动;如果两板间距离不够大,则电子在第一次向右运动过程中就有可能打在右极板上。
从t=3T/8时刻释放电子,如果两板间距离不够大,电子将在第一次向右运动过程中就打在右极板上;如果第一次向右运动没有打在右极板上,那就一定会在第一次向左运动过程中打在左极板上。选项AC正确。
在教学中还可以把这个模型进行变通。如:若电场电压呈正余弦规律变化,则带电粒子的运动情况如何;若电场条件不变,把带电粒子改为垂直于电场方向飞入,则带电粒子的运动情境则又如何等等,都可以锻炼学生的思维能力。
这是由“力与运动”这一知识带动对 “带电粒子在电场中的运动”学习的一个典型例子。在物理学习过程中就要巧妙地把物理结论、物理方法迁移到不同的物理过程中加以应用,开阔思路、化难为易。因此物理教师在教学中必须建立有序的知识结构,在此基础上,充分重视通过变通和迁移进一步培养和提高学生的应用能力。