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物理规律包括定律、定理、原理和定则等,是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。它是中学物理基础知识最重要的内容,是物理知识结构体系的枢纽。在物理教学过程中,学生认识运用物理规律,教师要创设一定的导学情境,做到学生循“导”而学,教师为学而“导”。也就是教师的教学应以“导”为核心。“导”就是引导,通过创设一个又—个的教学情境,引导学生由被动到主动,由依赖到自主,积极地对教学情境进行体验,并且在体验中学到探究知识的方法,掌握基础知识,应用知识解决生活中的实际问题,使学习活动成为学生的一种自觉行为。因此,教师的“导”必须落实到教学的每一个环节之中。提高学生认识运用物理规律要注意以下几个方面的引导。
一、要引导学生深入认识发现和建立物理规律的过程
发现物理规律的途径有两条:一条是在观察和实验的基础上,通过分析归纳、思维加工总结出来。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律等。一条是在以已知的事实为根据,在已有规律的基础上,通过科学推证总结出来。如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的;万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。
对于经历第一途径而被发现的物理规律,要再现物理现象得出物理规律。对于不是直接用实验的方法得出,而是在已有规律的基础上,通过科学推证总结出来的物理规律,应该让学生能够从已有的物理概念和规律出发,领会推证中每一步所蕴含的物理道理,全面深入领会物理规律。牛顿定律和万有引力定律反映了宏观世界的物体机械运动的规律;分子动理论、热力学第一、第二定律等反映了物体热运动的规律;欧姆定律和法拉第电磁感应定律等反映了电磁相互作用的规律。应当让学生了解物理规律的来龙去脉,得到一个能够反映事物之间密切联系的、完整的认识,而不是一句总结性结论或一个公式,防止死记硬套。物理规律作为科学规律的真理性的体现,就是它对客观世界的描述与客观世界的运动是相吻合的。
二、要引导学生注意物理规律的适用范围
物理规律并不是绝对准确的,它只是客观现实的近似描述。物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,只能在一定的范围内使用。超越这个范围,物理规律则不成立,有时甚至会得出错误结论。这一点往往易被学生忽视,他们一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,或者盲目外推,得出错误结论。因此,要使他们能够根据条件,恰当地选择规律,正确使用物理规律解决实际问题。在物理规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用范围。
比如运用机械能守恒定律时,要注意它的适用范围是只有重力和系统内的弹力做功,应明确不是只受重力,可以受其它力,只要其它力不做功或其它力做功的代数和为零;或理解成某一系统内物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化。又如动量守恒定律的范围是系统不受外力或所受外力的含力为零,在实际问题中,物体所受的重力和摩擦力等外力远小于系统内的相互作用力时(例如在碰撞或爆炸过程中)也可以应用。
三、要引导学生充分认识物理规律的物理意义
一个物理规律中数学表达式有确定的物理意义,只有引导学生深入理解物理规律中的物理量的物理意义,才能全面、系统、深刻地理解这个物理规律。如F=ma中的F指的是物体所受的合外力,进而明确物体的加速度与物体所受的合外力成正比,与物体的质量成反比,不能只根据公式的数学形式提出物体所受的合外力与其质量成正比,或者反过来说成物体的质量与所受的合外力成正比(m=F/a)。又如在a=△v/△t中,要区别v、△v、△v/△t的物理意义进而认识加速度a,在E=△ψ/△t中,要区别ψ、△ψ/△t的物理意义进而认识感应电动势E。再如电场强度E=F/q,对同一处而言,不能说电场强度跟电场力成正比。跟试探电荷的带电量成反比,该处的电场强度是由本身性质决定。
四、要引导学生总结物理规律间的相互联系
物理规律间存在一定的联系,要引导学生总结物理规律间的相互联系,以便更深入的理解物理规律。如动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系;动量守恒定律与动量定理、牛顿第三定律的关系等。动能定理是根据力F所做的功W=Fs,牛顿第二定律F=ma,运动学公式v22-v21=2as,得出W=ma(v22-v21)/2a,即W=mv22/2-mv21/2。动量定理是根据牛顿第二定律F=ma,运动学公式a(v2-v1)/t,得出Ft=mv2-mv1。动量守恒定律又是根据动量定理、牛顿第三定律得出的。
五、引导学生归类、梳理知识,运用物理规律解决实际问题
掌握物理规律最终要指导学生运用物理规律去分析和解决具体的物理问题,在使用中进一步加深对物理规律及其物理意义的理解。培养学生运用物理规律解决实际问题的能力,即要注意横向联系又要注意纵向联系,使学生知识的储备进一步系统化,知识的应用更加灵活。人的思维的敏捷性和知识的迁移能力,是以思维的条理性为前提的,只有系统性、条理性强的知识,才便于掌握和迁移。教材中有关规律内容,是根据课文知识的章节安排的。学生所掌握的有关方面的知识,往往既多又乱,因此,在复习中可以将原教材中内容进行重新进行归类、梳理。
比如运用动量守恒定律时,既要联系弹力、摩擦力,又要联系电场力、磁场力、安培力作用下动量守恒,还要结合能量守恒。首先从子弹击木块模型引入(如图1),质量为M均木块静置于光滑的水平面上,质量为m速度为v0的子弹水平射入木块且未穿出。设木块对子弹的阻力恒为f,子弹射入木块后,受摩擦力做匀减速运动,木块受摩擦力做匀加速运动,经一段时间后两者达相同速度v,处于相对静止,就不会从木块中穿出,打人深度为d。
以子弹和木块为一系统,合外力为零由动量守恒定律得
mv0=(m M)v
可以求出两者后来的相同速度v;
由能量关系得
fd=mv20/2-(m M)2/2。
若子弹射出木块,子弹射出时速度为V1,木块速度为v2由动量守恒得
mv0=mv1 Mv2;
由能量关系得发热的热量
Q=mv20/2-(mv21/2 Mv22/2)。 接着可以延伸到光滑的水平面上的带同种电荷的两小球A和B(如图2),质量分别为m和M,球B静止,球A以速度v0向球B运动,此时两小球间的库仑力相互排斥,相当于子弹击木块模型中的摩擦力,球A相当子弹,受库仑力做匀减速运动,球B相当木块,受库仑力做匀加速运动,经一段时间后两者间距最小达相同速度v。
同样以两棒为一系统,合外力为零,由动量守恒定律得
mv0(m M)v
可以求出两者后来的共同速度v;
由能量关系得两棒在运动中产生的焦耳热
Q=mv20/2-(m M)v2/2
掌握物理规律是一个复杂的认识运用过程,它是感性认识与理性认识、特殊认识与一般认识反复结合、相互作用的发展运用过程。简单的规律要经过数次反复来掌握,复杂的规律则要经过几个阶段的学习才能掌握。物理规律的教学过程就是帮助学生完成上述复杂认识的过程。学生掌握物理规律的过程就是他们研究探索客观规律的过程,教师应运用比较、分析、综合、判断、推理来抓住事物的本质特征以及事物间的联系。
一、要引导学生深入认识发现和建立物理规律的过程
发现物理规律的途径有两条:一条是在观察和实验的基础上,通过分析归纳、思维加工总结出来。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律等。一条是在以已知的事实为根据,在已有规律的基础上,通过科学推证总结出来。如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的;万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。
对于经历第一途径而被发现的物理规律,要再现物理现象得出物理规律。对于不是直接用实验的方法得出,而是在已有规律的基础上,通过科学推证总结出来的物理规律,应该让学生能够从已有的物理概念和规律出发,领会推证中每一步所蕴含的物理道理,全面深入领会物理规律。牛顿定律和万有引力定律反映了宏观世界的物体机械运动的规律;分子动理论、热力学第一、第二定律等反映了物体热运动的规律;欧姆定律和法拉第电磁感应定律等反映了电磁相互作用的规律。应当让学生了解物理规律的来龙去脉,得到一个能够反映事物之间密切联系的、完整的认识,而不是一句总结性结论或一个公式,防止死记硬套。物理规律作为科学规律的真理性的体现,就是它对客观世界的描述与客观世界的运动是相吻合的。
二、要引导学生注意物理规律的适用范围
物理规律并不是绝对准确的,它只是客观现实的近似描述。物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,只能在一定的范围内使用。超越这个范围,物理规律则不成立,有时甚至会得出错误结论。这一点往往易被学生忽视,他们一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,或者盲目外推,得出错误结论。因此,要使他们能够根据条件,恰当地选择规律,正确使用物理规律解决实际问题。在物理规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用范围。
比如运用机械能守恒定律时,要注意它的适用范围是只有重力和系统内的弹力做功,应明确不是只受重力,可以受其它力,只要其它力不做功或其它力做功的代数和为零;或理解成某一系统内物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化。又如动量守恒定律的范围是系统不受外力或所受外力的含力为零,在实际问题中,物体所受的重力和摩擦力等外力远小于系统内的相互作用力时(例如在碰撞或爆炸过程中)也可以应用。
三、要引导学生充分认识物理规律的物理意义
一个物理规律中数学表达式有确定的物理意义,只有引导学生深入理解物理规律中的物理量的物理意义,才能全面、系统、深刻地理解这个物理规律。如F=ma中的F指的是物体所受的合外力,进而明确物体的加速度与物体所受的合外力成正比,与物体的质量成反比,不能只根据公式的数学形式提出物体所受的合外力与其质量成正比,或者反过来说成物体的质量与所受的合外力成正比(m=F/a)。又如在a=△v/△t中,要区别v、△v、△v/△t的物理意义进而认识加速度a,在E=△ψ/△t中,要区别ψ、△ψ/△t的物理意义进而认识感应电动势E。再如电场强度E=F/q,对同一处而言,不能说电场强度跟电场力成正比。跟试探电荷的带电量成反比,该处的电场强度是由本身性质决定。
四、要引导学生总结物理规律间的相互联系
物理规律间存在一定的联系,要引导学生总结物理规律间的相互联系,以便更深入的理解物理规律。如动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系;动量守恒定律与动量定理、牛顿第三定律的关系等。动能定理是根据力F所做的功W=Fs,牛顿第二定律F=ma,运动学公式v22-v21=2as,得出W=ma(v22-v21)/2a,即W=mv22/2-mv21/2。动量定理是根据牛顿第二定律F=ma,运动学公式a(v2-v1)/t,得出Ft=mv2-mv1。动量守恒定律又是根据动量定理、牛顿第三定律得出的。
五、引导学生归类、梳理知识,运用物理规律解决实际问题
掌握物理规律最终要指导学生运用物理规律去分析和解决具体的物理问题,在使用中进一步加深对物理规律及其物理意义的理解。培养学生运用物理规律解决实际问题的能力,即要注意横向联系又要注意纵向联系,使学生知识的储备进一步系统化,知识的应用更加灵活。人的思维的敏捷性和知识的迁移能力,是以思维的条理性为前提的,只有系统性、条理性强的知识,才便于掌握和迁移。教材中有关规律内容,是根据课文知识的章节安排的。学生所掌握的有关方面的知识,往往既多又乱,因此,在复习中可以将原教材中内容进行重新进行归类、梳理。
比如运用动量守恒定律时,既要联系弹力、摩擦力,又要联系电场力、磁场力、安培力作用下动量守恒,还要结合能量守恒。首先从子弹击木块模型引入(如图1),质量为M均木块静置于光滑的水平面上,质量为m速度为v0的子弹水平射入木块且未穿出。设木块对子弹的阻力恒为f,子弹射入木块后,受摩擦力做匀减速运动,木块受摩擦力做匀加速运动,经一段时间后两者达相同速度v,处于相对静止,就不会从木块中穿出,打人深度为d。
以子弹和木块为一系统,合外力为零由动量守恒定律得
mv0=(m M)v
可以求出两者后来的相同速度v;
由能量关系得
fd=mv20/2-(m M)2/2。
若子弹射出木块,子弹射出时速度为V1,木块速度为v2由动量守恒得
mv0=mv1 Mv2;
由能量关系得发热的热量
Q=mv20/2-(mv21/2 Mv22/2)。 接着可以延伸到光滑的水平面上的带同种电荷的两小球A和B(如图2),质量分别为m和M,球B静止,球A以速度v0向球B运动,此时两小球间的库仑力相互排斥,相当于子弹击木块模型中的摩擦力,球A相当子弹,受库仑力做匀减速运动,球B相当木块,受库仑力做匀加速运动,经一段时间后两者间距最小达相同速度v。
同样以两棒为一系统,合外力为零,由动量守恒定律得
mv0(m M)v
可以求出两者后来的共同速度v;
由能量关系得两棒在运动中产生的焦耳热
Q=mv20/2-(m M)v2/2
掌握物理规律是一个复杂的认识运用过程,它是感性认识与理性认识、特殊认识与一般认识反复结合、相互作用的发展运用过程。简单的规律要经过数次反复来掌握,复杂的规律则要经过几个阶段的学习才能掌握。物理规律的教学过程就是帮助学生完成上述复杂认识的过程。学生掌握物理规律的过程就是他们研究探索客观规律的过程,教师应运用比较、分析、综合、判断、推理来抓住事物的本质特征以及事物间的联系。