時間:2023-07-19 17:31:48
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇歐姆定律的相量形式,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
在物理教學中物理定律的概念很多,物理定律是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表達式相同,就必須加以區別(如電阻的定義式與歐姆定律的表達式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關的物理定律之間的關系,還要明確定律的適用條件和范圍。
一、牛頓第一定律。采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的含義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當做第二定律的特例;慣性不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以......”教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
二、牛頓第二定律。在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應注意公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
三、萬有引力定律。教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力常量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
四、機械能守恒定律。這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不做功或所做的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
五、動量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
六、歐姆定律。中學物理課本中歐姆定律是通過實驗得出的。公式為I=U/R或U=IR。教學時應注意:①“電流強度跟電壓成正比”是對同一導體而言;“電流強度跟電阻成反比”是對不同導體說的。②I、U、R是同一電路的三個參量。③閉合電路的歐姆定律的教學難點和關鍵是電動勢的概念,并用實驗得到電源電動勢等于內、外電壓之和。然后用歐姆定律導出I=ε/(R+r)(也可以用能量轉化和守恒定律推導)。④閉合電路的歐姆定律公式可變換成多種形式,要明確它們的物理意義。⑤教師應明確,普通物理學中的歐姆定律公式多數是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,導體就不服從歐姆定律。但不論導體服從歐姆定律與否,R=U/I這個關系式都可以作為導體電阻的一般定義式。中學物理課本不把 R=U/R列入歐姆定律公式,是為了避免學生把歐姆定律公式跟電阻的定義式混淆。這樣處理似乎欠妥。
七、楞次定律。可以采用探究教學法,讓學生通過實驗得到的結論歸納出定律。教學時應注意:①楞次定律是確定感生電流方向的規律,同時也確定感生電動勢的方向。如果是斷路,通常我們可以把它想象為閉合電路。②感生電流的磁場只能“阻礙”原磁通的變化,不能“阻止”它的變化,否則就不會繼續產生感生電流。“阻礙”或者說“反抗”原磁通的變化,實質上是使其他形式能量轉化為電能的一種表現,符合能量守恒定律。③要使學生熟練掌握應用楞次定律判定感生電流方向的3個步驟。④明確右手定則可看作是楞次定律的特殊情況,并能根據具體情況選用定則或定律來判斷感生電流的方向。
(作者單位:河南省鞏義市芝田鎮第一初級中學)
第一種,學生觀看視頻
這種教學法是教師將歐姆定律的探究過程在課前以邊講邊操作的方式制作成錄像,然后在上課時直接播放給學生看.教師在上課時不需要做任何講解,一直等到實驗數據分析、歸納得出歐姆定律以后再進行課堂訓練,以幫助學生理解歐姆定律的意義,學會用歐姆定律進行簡單的計算.
第二種,學生瀏覽課件
這種方法是教師將教學內容制作成幻燈片,如實驗題目、實驗方法、實驗電路圖、電路連接注意點、用實物連接電路、通過滑動變阻器的調節對電壓與電阻進行控制、實驗數據表格及數據閱讀分析、歐姆定律的文字描述、公式、單位等等.在課堂上,教師邊講解邊放幻燈片,學生則合著老師的講解進行觀察、思考、分析、歸納與記憶.在歐姆定律得出以后,同樣進行課堂訓練,以鞏固知識,加深理解.
第三種,學生實驗探究
這種方法是教師上課時先通過演示實驗啟發學生發現問題、提出猜想與假設,然后再引導學生思考實驗研究方法,幫助學生討論、設計與制訂實驗計劃、分組進行實驗探究,記錄、分析、歸納實驗結論,再在此基礎上對實驗誤差進行評估與交流等等.具體過程如下:
第一步,教師在演示電路板上用導線將干電池組、開關、小燈泡連接成一簡單的電路,閉合開關小燈泡發光后,啟發學生思考討論,要想改變小燈泡的亮度可怎么做?有幾種方法?當學生討論回答出改變電池節數和用滑動變阻器串聯移動滑片兩種方法時,再引導學生明確燈泡亮度的變化是由于燈泡電壓的變化使得通過燈泡的電流發生了變化,從而啟發學生提出通過燈泡的電流與電壓有關的猜想與假設.
第二步,移去變阻器,在上述簡單電路中并聯接入另一只不同規格的燈泡,閉合開關,引導學生觀察兩燈泡亮度的不同,思考討論燈泡并聯電壓相同,兩燈泡電阻的不同使得通過燈泡的電流不同,從而引起燈泡亮度不同,在此基礎上啟發學生提出通過燈泡的電流與電阻有關的猜想與假設.
第三步,當學生得出電流與電壓和電阻有關的猜想后,教師引導學生討論實驗探究方法、規劃實驗方案、設計實驗電路圖、畫出實驗記錄表格.
第四步,分組進行探究與實驗、記錄實驗數據、分析討論與歸納實驗結論,引導學生在坐標紙上將研究電流與電壓關系的實驗數據用描點的方法作圖,驗證電流與電壓的正比關系.
第五步,在實驗結論得出后,介紹歐姆定律及其公式表達形式,討論各物理量單位的使用,對各小組實驗進行評估,分析誤差和錯誤產生的原因.
第六步,討論歐姆定律變換公式及其物理意義,利用歐姆定律及變換公式進行簡單的計算.
以上三種教學方案中,第一種方案是老師在課前要進行實驗操作錄像并作配音講解;第二種方案是老師只要從網上下載課件并稍作修改即可;第三種方案是老師在課前要準備演示及分組實驗器材.第一種和第二種教學方案中,學生在課堂上主要是在老師放錄像和課件時認真地聽講、觀察、思考和記憶,這是一種接受式學習方式.而第三種教學方案中,學生在老師的引導下自主發現并提出問題、進行猜想與假設,自行制訂實驗規劃、設計實驗電路圖,小組合作實驗探究,師生共同討論、歸納建構物理知識,這是一種以生為本的體驗式的學習方式.前兩種與后一種在落實課程目標和促進學生發展等方面有著明顯的差別.我們可以從《歐姆定律》這節課的教學目標進行分析:
教育部2011年新版義務教育物理課程標準將歐姆定律的實驗探究由原來的教師演示實驗改成了學生必做的實驗.根據新課標,《歐姆定律》一課的教學目標大致有以下幾個方面:
1.知識與技能目標:
(1)理解歐姆定律及其變換公式的物理意義,能初步運用歐姆定律計算有關問題.
(2)學會同時使用電流表和電壓表測量一段導體兩端的電壓和其中的電流.
(3) 進一步體會用圖像法研究物理問題的優越性.
2.過程與方法目標
(1)通過實驗探究電流、電壓、電阻的關系,會用滑動變阻器改變部分電路兩端的電壓.
(2) 提高學生依據實驗事實,分析、探索、歸納問題的能力,知道通過實驗總結物理規律的研究方法.
3. 情感態度與價值觀目標
介紹歐姆的故事,增進學生熱愛科學、追求科學、獻身科學的學習熱情.重視學生對物理規律的客觀性、普遍性和科學性的認識,注意學生科學世界觀的形成.
教師如果采用前兩種多媒體教學方案替代第三種學生實驗探究教學方案,就會改變多媒體教學輔地位,違背教學規律,弱化教學效果.
首先,不恰當地使用多媒體教學手段,會抑制學生的學習興趣,難以調動學生主體的積極性,從而影響教學效果.
夸美紐斯說過:“興趣是創造一個樂觀與光明的教學環境的主要途徑之一.”興趣作為誘發學生學習動機的重要因素,在物理教學中主要是靠教師引導學生觀察物理現象、動手做各種實驗來激發學生學習興趣的.雖然第一、第二種教學方案中的光、聲、像等信息作用于學生感官,以直覺形象也能激發學生濃厚的學習興趣,但由于是人為的錄制、合成的,學生沒有身臨其境、親自動手,就很難體會到電壓、電阻對電流的影響.即使通過多媒體教學展示了實驗過程,一部分學生會認為這是由老師設計制作好的,缺乏可信性.因此,當老師向學生介紹歐姆的故事時,學生就難以體會到科學家探索知識的艱苦與辛勞、成功與快樂,學生的科學世界觀就難以形成.
我們都有這樣的體會:電腦電視上歌舞銀屏再精彩,也還抵不住到劇院看現場演出,哪怕是一般的演出也會讓人感到很興奮.這是什么原因?這就是人們普遍具有的一種強烈的“參與”意識.卡拉OK的流行不就是人們這種參與意識的外在體現嗎?因此用錄像投影來代替做實驗,往往會抑制學生具有的人類天性――“參與”意識,甚至會讓學生對科學知識的形成產生懷疑,學習興趣就此會大打折扣,主體的積極性很難被調動起來,從而影響教學效果.
其次,不恰當地運用多媒體教學手段取代相關的實驗,會違背學生的認知規律.
物理學家牛頓認為:“科學研究離不開實驗,應在實驗的基礎上,運用歸納的方法總結規律,進而建立起理論.”這也是哲學中由實踐到理論、由感性認識到理性認識過渡的普遍規律.現行中學物理教材也正是遵循這一規律而編寫的.然而在教學中,如果違背學生的認知規律,不恰當地用多媒體教學手段去取代實驗,必然會導致事與愿違的結果.實踐證明:實驗是學生認識過程的起點,通過實驗有助于學生將感性認識上升到理性認識的高度,同時還可以使學生在反復的實踐中加深對所學知識的理解.第一、第二種教學方案雖然通過多媒體教學方式也能反映實驗過程,但這個過程不是學生自己動手做的,缺乏實踐體驗,因此就沒有感性認識,電流與電壓、電阻之間關系的結論就不能由學生自主建構.
再次,以多媒體教學手段取代物理實驗,會影響學生實驗技能和各種能力的發展,不利于學生學習情感、態度、價值觀的培養.
一、增加物理教學的趣味性
根據調查可以發現,很多高中生普遍認為高中物理理解起來很難,很多同學因為找不到學習的正確方向而放棄了學習。而老師針對這個情況要做到通過一切可以運用的手段來提升學生的趣味性,“興趣是最好的老師”,有了學習的興趣,才可以談物理學習的進步,而如果很多學生對物理沒有興趣,那么老師講得天花亂墜都沒有任何意義。物理老師可以提前使用PPT或者是其他展示軟件設置和課程相匹配的教學課件,通過向同學播放有趣課件的方式來提高學生對物理的學習興趣。
二、提高物理課堂效率
過去的物理教學課堂,單純依靠板書來完成,物理老師進行板書會消耗大量的時間和精力,老師板書的時間可以多講兩到三個知識點。而電教媒體可以改善傳統教學模式,可以大范圍的展示知識脈絡,讓很多抽象知識更加的清晰直觀,不僅增強課堂的趣味性,并且大大提升了物理課堂的效率,讓很多知識的呈現方式更加簡單明了。通過使用電教媒體,在教學過程中老師可以和同學達成互動,讓更多的學生對高中物理產生濃厚的興趣。
三、創設物理教學新情境
每當物理課堂進行了新理論的教學后,必然要通過不同的方式對知識加以鞏固和實踐。而很多物理知識因為較為抽象,單靠單純的背誦和機械的重復是沒有任何效果的,不僅乏味并且效率很低。這個時候,就可以利用多媒體創設不同的物理學習情境,把知識和物理情境結合在一起,能讓學生在短時間內鞏固自己已學知識,并且可以充分的理解。例如,在高二物理第二章恒定電流中的《歐姆定律》一節中,很多學生認為歐姆定律難以理解,老師在這時就可以利用多媒體創設幾個可以應用歐姆定律的例子和情境,這就可以讓學生了解到歐姆定律的多種用途,還有歐姆定律的來源和起因。又如,在《電阻定律》這一節中,因為電阻定律適用于很多領域,但是單憑老師的口頭講解,學生無法在腦中形成一個易于理解的總體概念,這個時候,老師可以通過制作有關不同類型電阻的動畫,讓學生加深對電阻形成的印象,以及對電路閉合等知識的了解,通過這種方法,大大提升了課堂效率,使得學習程度不同的學生都能接受,還在無形中提升了學生的抽象思維能力。
四、進行課程聯想,提高物理學習創造力
在老師運用多媒體進行教學時,可以采用很多不同方式來表述整節課的中心課程。多媒體可以展示出豐富多彩的圖片和課程有關的動畫,以及帶有趣味性的小故事等。通過多媒體教學,能夠促進學生進行課程聯想,能夠與之前所學知識緊密結合,在日常生活中也能提高學生的創造力。例如,在高二物理第三章第一節《磁現象和磁場》這一章節中,可以先問學生發現了身邊哪些磁現象,然后通過劃分小組,討論身邊的磁現象是如何產生的,隨后,老師就可以直接引入本節課的主題,通過多媒體來展示日常生活中的各種磁現象,并且以動畫的形式來解釋磁現象產生的原因,從而對整體的磁現象進行講解,在多媒體的展示過程中,可以聯系之前學過的知識,提問之前學過的知識哪些和磁現象有關,或者能對磁現象造成影響等問題,通過這種方式,來提升學生的思維發散能力,能夠由點及面,層層深入,找到適合自己的物理學習方法。久而久之,學生在腦海中形成了固定的發散模式,物理成績則會突飛猛進。
五、結束語
使用電教媒體來豐富高中物理課堂,是一個簡單易行的事情。在教學過程中,物理老師應該將理論和實踐相結合,充分調動學生的積極性。但如何能把電教媒體的優勢發揮到最大化,是每個高中物理老師應該思考的問題。
作者:曲廣宏單位:通遼市奈曼旗實驗中學
一、電磁學教材的整體結構
電磁運動是物質的一種基本運動形式。電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用。其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等。為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此,應從以下三個方面來認真分析教材。
1. 電磁學的兩種研究方式。
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來。只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力。
場的方法是研究電磁學的一般方法。場是物質,是物質的相互作用的特殊方式。中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電場、恒定電場、恒定磁場、靜磁場、電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容。
2. 物理知識規律。
物理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系。
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的。但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性。
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系。
電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體。
3.通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點。
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用。運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種場——磁場。磁體的周圍也存在著磁場。磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態。
二、以“學科體系的系統性”貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
1. 場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題。電場強度、電勢、磁場磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念。電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段。要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解。
2. 電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用。在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別。
3. 認真做好演示實驗和學生實驗,使抽象的概念形象化,通過演示實驗是非常重要的措施。把各種實驗做好,不僅使學生易于接受知識和掌握知識,也是基本技能的培養和訓練。安排學生自己動手做實驗,加強對實驗現象的分析,引導學生從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力。從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看,應著力培養學生的獨立實驗能力和自學能力,使知識的傳授和能力的培養統一在使學生真正掌握科學知識體系上。
1.遵循新課程理念,用好教材,教學流程設計突出過程與方法。
下面是我在處理電動勢這個教學難點的具體做法:
師問:電源的作用是什么?(假定自由電荷為正電荷)
生答:電源是把自由電荷從負極經電源內部搬運到正極。
師問:把自由電荷從負極經電源內部搬運到正極過程中自由電荷受幾個力作用?與電荷運動方向關系?
生答:受兩個力。靜電力的方向與正電荷的運動方向相反,另一個力與運動方向相同。
分析總結:正、負極堆積著正、負電荷,所以電源內部存在著有正極指向負極的靜電場,正電荷在電源內部受到的這個靜電力的方向與正電荷的運動方向相反,靜電力充當阻力。要把電荷從負極搬運到正極就還要受克服靜電場對電荷的作用力。這個力由電源提供叫做非靜電力,方向與靜電力相反。
師問:這兩個力對電荷做功嗎?電荷的能量變嗎?
生答:靜電力做負功,非靜電力做正功。電荷的電勢能增加。
分析總結:從能量轉化的角度看,電源是把其它形式的能轉化為電能的裝置,通過非靜電力做功,讓電勢能增加。即使是把相同的電荷量從負極移到正極,非靜電力在不同的電源中做功也不一樣,就像把相同的重物從一樓搬上二樓,如果樓層的層高不一樣,人力做功就不一樣。非靜電力對電荷做的功與電荷的比值有特殊意義(相當于樓層的層高),定義為電動勢。電動勢是電源的一種特性,其大小與非靜電力的性質有關,與W和q是無關的。
通過這樣的教學過程,學生能建立閉合電路中電荷運動的圖景,在分析討論中感受到比值定義物理量的思想和做功研究能量變化的思想,這些對學好物理,提高解題能力有根本性的幫助。
2.注意學生自主學習能力的培養。
“高中物理新課程標準明確提出,要加強學生自主學習能力的培養,注重發展好奇心與求知欲,培養科學態度和科學精神”。[1]我在本章教學時安排兩次自主學習的內容,一次是電阻定律的推導,另一次就是閉合電路的歐姆定律。下面是我在教第七節“閉合電路的歐姆定律”時安排的一節自學的情況:
我提出了如下幾個思考題:
(1)閉合電路歐姆定律的推導過程?
(2)定律的文字敘述、公式及單位?
(3)公式中各項意義及各部分之間的關系?
(4)閉合電路歐姆定律與部分電路歐姆定律的區別?
我要求學生完成自學筆記。絕大多數學生在30分鐘內完成。我再要求學生做3道淺顯的選擇題,學生一般5分鐘可完成。接下來我組織學生交流討論自習內容和體會。當然,自學從容量、深度等方面和正常一節課教學是有一定的差距,教師在學生自學的基礎上還需安排一定的時間對本節內容進行適當拓展加深,這對學生自學意識、自學方法和能力培養是有意義的。
3.加強學生實驗情況的研究、提高實驗教學效益。
本章的實驗非常重要,是高考重點,仔細分析一下這部分實驗,有些實驗對學生的實驗能力要求比較高,學生在做的過程中感到很難。按慣例,許多學校都是一課時完成一個實驗,結果大部分實驗效果都不好,我們通常都認為完全是學生不認真造成的,其實不完全是這樣。有一次我聽了幾節“電阻定律”實驗探究課,那是全市青年教師課堂教學大賽,即使重點中學的學生,在教師十幾分鐘的講解提示以后,能在二十多分鐘做完實驗、拿出較好數據的也只有兩三組,而且幾節課的情況大致相同,再結合高三學生實驗復習暴露出來的情況,我對本章一些實驗的教學作了一些調整。
比如在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗前,我專門增加了一節有關分壓電源內容的教學,希望學生能對分壓電源電路的結構、特點,以及與以前串聯限流電路的區別有一個清楚的認識。實驗除了正常實驗要求,我還特別強調兩點:(1)每位學生至少親手連一遍電路;(2)電路連結分兩步,先連分壓電源再連測量部分,注意分壓電源正負極。雖然我作了調整,但還有近一半的學生感到有困難。我們以前認為分壓電電源電路不怎么難,其實對初學者來說還是很難,根據學生實驗過程反映和暴露出的問題,主要表現在學生對分壓電源電路工作原理的理解,實驗電路結構復雜程度和受以前串聯限流電路干擾等方面。因此,我們在實驗教學過程中,應認真分析、研究學生的實際學習狀況,及時調整教學進度和教學內容,耐心幫助學生解決實驗中遇到的困難,而不是一味責怪學生。
本章還一個重要的實驗是第九節“實驗測定電池的電動勢和內阻”分組實驗,暴露出最大的問題是圖像法處理數據,為此,我花了一節課專門針對該實驗的數據進行處理。
4.重視“科學?技術?社會”觀念滲透教育,加強對學生情感態度價值觀的培養。
《普通高中物理新課程標準》強調讓學生“了解體會物理學對經濟、社會發展的貢獻。關注并思考與物理學相關的熱點問題,有可持續發展的意識,能在力所能及的范圍內,為社會可持續發展做出貢獻”。[2]本章教材中與社會、生活、科技相關的有電池問題、電阻問題、集成電路問題、照明電問題。我們在教學中應予以重視。
我將班級分成若干小組,對市場上可充電電池進行調查,調查哪些種類電池對環境污染較大,哪些則相對較小?各小組根據自己的調查,寫出了調查報告。經過評比,我選出其中較好的三份報告在全班進行交流。學生的熱情還是比較高的。通過交流,學生對于電池對環境可能造成的污染和對人類可能造成的傷害有了清晰的認識,并且了解了一些關于如何處理廢舊電池的正確方法,不僅知道了科學技術造福人類,而且了解科技的發展帶來的一些社會問題。學生由此明白,我們應站在更高的層面認識“科學?技術?社會”,養成環境保護、可持續發展的意識,身體力行,從每件小事做起。
[關鍵詞]物理教學 電磁學 電磁場 電路
物理教材中所闡述的內容主要是經典物理學的基礎知識,這些理論是建立在牛頓時空觀的基礎上,以力學、電磁學為重點。本文就電磁學部分的教學談談自己的觀點。
一、電磁學的知識體系
電磁運動是物質的一種基本運動形式。電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用,其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象、電磁輻射和電磁場等。為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此,應從以下三個方面來認真分析教材。
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行。只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力。
場是物質的相互作用的特殊方式。電磁學部分完全可用場的概念統一起來,靜電場、恒定電場、靜磁場、恒定磁場、電磁場等,組成一個關于場的體系。
“路”是“場”的一種特殊情況。物理教材以“路”為線的框架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等。
“場”和“路”之間存在著內在的聯系。麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的,“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法。
2.認識物理規律
規律體現在一系列物理基本概念、定律、原理以及它們的相互聯系中。
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較,找出它們相互之間存在的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的。
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系,電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體。
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念。
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律。在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線。本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。電磁感應的重點和核心是感應電動勢。運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步。
3.通過電磁場所表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明,在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用,運動電荷的周圍除了電場外還存在著磁場。磁體的周圍也存在著磁場,磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。科學實驗證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態。
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用,所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的。麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場。電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波。轉貼于
從場的觀點來闡述路。電荷的定向運動形成電流,產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場。導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處。導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷,當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止。
二、以知識體系貫穿始終,使理論學習與技能訓練相融合
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題。電場部分是學好電磁學的基礎和關鍵。電場強度、電勢、磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念。電場線、磁感應線是形象地描述場分布的一種手段。
2.電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用。在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等。場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度。在電場中用電場力做功,說明場具有能量。通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了。
要達到上述的目的,首先要抓好物理概念和物理規律的教學。抓好物理概念和物理規律的教學,使物理概念不僅揭示一類物理現象,而且突出它的本質屬性――抽象性,從不勝枚舉的物理現象中抽象出本質屬性,同時又注重學生的學習興趣的激發,使思維發散又巧妙收攏,如何歸納又如何總結,這不僅僅是教學程序的變化,而是如何培養,培養成什么能力的教學思想的更新。具體講,是以原有的思想和教學模式來對待“研究性學習”中的教師觀、學生觀?還是以研究性的態度對待新型的教學觀,說到底就是培養什么人才作為教學的目的。用舊的觀念對待新的課程觀所起到的負面影響遠大于舊觀念對待舊課程觀的危害,因此,在新課程即將實施的今天,用研究性學習的態度對待教與學,已是每位教育工作者必須首先定位與學習的事情。
例如:力概念的形成和深化,經歷了如下階段:
1、定性分析(受力分析)與定量計算,從本質上突出力的物質性、相互性和矢量性。通過分析系統內部之間的相互作用得出牛頓第三定律,將概念的內涵加以深化;
2、從力是改變物體運動狀態的原因,加速度作為橋梁解決兩類問題的思維方法――牛頓運動定律中把握力的瞬時性;
3、從力在空間位置上的累積效應――做功過程,從而實現物體之間不同形式能的相互轉化,深化力的做功結果;
4、從力在時間上的累積效應,引起物體狀態量――動量的變化,深化力的沖量效應。
在不同的階段,通過不同的物理規律來深化力的概念,通過解決具體物理問題,加深了對力的理解。因此,在物理課堂教學中開展研究性學習,要不失時機地將能力的依存點讓學生在思維過程中自我呈獻出來,即根植于教材,讀有字書,識無字理,形成良好的思維品質。
例如:在歐姆定律教學中開展研究性學習,建立的前提首先是掌握:電流強度、電壓和電阻三個重要的物理概念,根據實際應用提出:如何改變電流的大小,引導學生根據控制變量法,分別研究電流與電壓;電流與電阻的關系,從實驗數據得出歐姆定律,并在應用中加以鞏固和深化,從而加深對相關概念的理解,進而以歐姆定律為中心,研究直流電路,總結出串并聯電路的規律,在電功和電功率的計算中,靈活運用歐姆定律解決各種問題。在規律的應用和深化過程中,以已有的知識為基點,設計程序性問題,把獲取的方法,通過解決實際問題,達到能力的提高,這是傳統教學的思維方法,而“研究性學習”為教育思想的教學,把問題的呈現放在前面,以解決實際問題為教學的導入點,這不僅是教學順序的顛倒,而是新的教學觀念和教學目的更新。“伏安法測電阻”實驗是對電學知識的綜合運用,根據實際,不妨設計如下程序問題:
1、設計一實驗方案,如何測定待測電阻的阻值?
2、用電器阻值與安培表相比阻值較大或較小時,采用什么方法連接?
3、滑動變阻器的阻值較小,且想得到連續變化的電壓,電路如何連接?
4、給出兩個阻值差別較大的用電器和阻值較小的滑動變阻器、安培表和內阻較大的伏特表,如何測定各用電器的電阻?設計出電路且寫出實驗測定的物理量?
課本對焦耳定律推導過程如下:
焦耳定律:電流做功時,消耗的是電能。究竟電能會轉化為哪種形式的能,要看電路中具有哪種類型的元件。
只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路是純電阻電路。電流通過純電阻電路做功時,電能全部轉化為導體的內能。電流在這段電路中做的功W就等于這段電路發出的熱量Q,即
Q=W=IUt
由歐姆定律 U=IR
代入上式后可得熱量Q的表達式
Q=I2Rt (4)
如此引入,Q=W=IUt,U=IR兩式成立均需要條件:純電阻電路。學生很容易順理成章地認為焦耳定律的表達式Q=I2Rt,也是只適用于純電阻電路。雖然課本中對此表達式做了一些解釋:
在推導(4)式的過程中,我們用到了“Q=W”這個條件,它要求電流做的功“全部變成了熱”,也就是電能全部轉化為導體的內能。因此,(4)式中的“P”專指發熱的功率。
但仍不能讓初學者明顯地看出此式適用于任何電路。學生很容易去想既然Q=W=IUt,U=IR兩式成立均需要純電阻電路,那么對于非純電阻電路,為什么熱量的表達式仍然是Q=I2Rt?如何推導?教學中雖再三強調,和學生一起分析教材,學生還是很難正確理解。
當然課本中有從特殊到一般推廣的例子,比如靜電力做功只跟初末位置有關與路徑無關的特點。先讓學生研究勻強電場中靜電力做功的特點,進而告訴學生在一切電場中靜電力做功有相同的特點。如此處理是因為學生的數學知識跟不上,無法研究非勻強電場中靜電力做功的特點,不得不如此處理。并且有重力做功特點做對比,把靜電力做功特點由勻強電場推廣到一切電場,學生是容易接受的。而本節中,學生對于純電阻電路與非純電阻電路是有能力去研究的,哪些公式適用于純電阻電路哪些適用于一般電路學生是有明確認識的,再由純電阻電路推廣到一般電路學生接受起來比較困難,肯定會有一些疑問。
1.相關概念釋義
邏輯思維(Logicalthinking)是指人們在認識過程中借助于概念、判斷、推理等思維形式能動地反映客觀現實的理性認識過程,又稱理論思維。它是作為對認識著的思維及其結構以及起作用的規律的分析而產生和發展起來的。只有經過邏輯思維,人們才能達到對具體對象本質規定的把握,進而認識客觀世界。它是人的認識的高級階段,即理性認識階段。在初中物理教學中培養學生的邏輯思維能力對更高層次的物理學習打下堅實的基礎。那么,在初中物理教學過程中如何培養學生的邏輯思維能力呢?筆者認為可以在課堂物理知識教傳授、解答物理問題、參加物理實驗等幾條途徑來實施。
2.在初中物理教學中培養學生邏輯思維能力的方法
2.1在物理知識授課中培養學生邏輯思維教師在物理概念、原理、公式等授課過程中要著重培養學生的邏輯思維能力。課堂教學是目前傳授知識的主要方式與方法,課堂也是老師與學生接觸與溝通機會最多的地方,因此,在課堂教學中教師可以更為直接的培養學生的邏輯思維能力。例如,教師在講解物理公式時所展現的推導過程就是一個培養學生邏輯思維能力的過程。已知歐姆定律U=IR,其中U為電壓,I為電流,R為電阻。下面推導串聯電路的串聯公式。
例一:如圖,這是一個最簡單的串聯電路,我們假設電阻R1和R2的電流和電壓分別為I1、I2和U1、U2,而電路的總電阻為R,總電流為I,總電壓為U。這里有一個條件是不計電源內阻。現在開始推導:由串聯電路的特點我們可以得到U=U1+U2(1)I=I1+I2(2)由歐姆定律可以得到U=IR,U1=I1R1,U2=I2R2,將這三個式子帶入(1)試可以得到IR=I1R1+I2R2(3)由(2)和(3)式可以得到R=R1+R2最后我們得出一個結論:串聯電阻的總電阻等于串聯電路中各電阻之和。這就是串聯電路的物理規律。在推導串聯電路的物理規律的過程中,我們先給出推導的先決條件,即物理環境;然后,根據我們已學到的物理知識(歐姆定律),將推導所需要的公式一一列出;最后,根據所列出的公式的內部聯系,推導出結論。這個過程雖然簡單,但我們不難想象,當教師在講臺之上為學生們展示這個推導過程時,學生必須緊跟教師的思維步伐,即學習教師的邏輯思維線路,切忌沒有根據的憑空推導。試想,如果學生能夠獨立完成這一推導過程,那么學生也就鍛煉了邏輯思維能力。2.2在解答物理問題時培養學生的邏輯思維能力在所有的初中物理問題中,力學題目的解答最能夠培養學生的邏輯思維能力。解答力學題目,注重思維過程,必須對整個物理過程有清楚的認識。將力學題目的解答過程分為四個步驟:獲取信息,思維啟動,思維邏輯,思維深化。當學生思維啟動后,就需將物理過程向物體的狀態轉化。在力學范疇內物體的運動狀態有平衡狀態(靜止、勻速直線運動、勻速轉動)和非平衡狀態。物體處于何種狀態由所受的合力和合力矩決定。學生必須對物理過程和物體所處狀態有清楚的了解,減少了解題的盲目性。下面將舉一個力學類題目的例子來說明邏輯思維的在解此類題目的重要性。
例二:粗糙的地面上靜止有一質量為m的鐵塊,它在牽引力F=mg的作用下向前做直線運動。t秒后撤去牽引力F,此時,給它加上與F反向大小相等的力,求當速度再次為零時,鐵塊離起始點的距離。已知鐵塊受到的摩擦系數的大小為u。解答:物理研究對象是鐵塊;物理過程:起始時刻鐵塊在力F的作用下向前做勻加速直線運動,經過t秒后,鐵塊速度達到v,此為第一物理過程;此時力F反向,物體開始做勻減速直線運動,直到速度v再次降為零,此為第二物理過程。提取對解題有用的信息有鐵塊的質量m,F=mg,摩擦因數u,時間t。現在對第一個物理過程進行受力分析,并畫出受力分析示意圖:在豎直方向上,因為加速度a為零,所以由牛頓第二定律有:mg-N=0(1)在水平方向上,由牛頓第二定律有:F-f=ma1(2)且f=uN(3)所以由勻加速直線運動的距離公式和速度公式有:S1=1/2a1t2(4)v=a1t(5)將(1)(2)(3)式帶入(4)式得:S1=1/2(1-u)gt2將(1)(2)(3)式帶入(5)式得:v=(1-u)gt(6)對第二個物理過程進行受力分析,并畫出受力分析示意圖:在豎直方向上,因為加速度a為零,所以由牛頓第二定律有:mg-N=0(1)在水平方向上,由牛頓第二定律有:-F-f=ma2(7)所以由勻減速直線運動的速度公式和距離公式有:0=v+a2t''''(8)S2=vt''''+1/2a2t''''2(9)將(1)(3)(6)(7)(8)帶入(9)式得:S2=[(1-u)2/2(1+u)]gt2綜上:S=S1+S2=[(1-u)/(1+u)]gt2在上面的解答過程中,充分體現了解題的邏輯思維線條,先根據題干分析物理研究對象和物理過程,然后再將其抽象思維化,轉化為清晰的物理圖景,運用所學物理知識進行解答。這個過程就充分體現了力學問題解答過程的邏輯思維性。
2.3學生在做物理實驗時培養自己的邏輯思維能力物理實驗探究中必須的邏輯關系有科學歸納推理、類比推理和科學假說。科學歸納推理是根據某部分物理現象,分析此情況的本質原因,從而得出關于這類物理現象的一般性結論的歸納推理。它是以個別性知識(或現象)為前提推出一般性的結論。注意其結論具有或然性特點。如研究“楞次定律”所設計的實驗,利用條形磁鐵相對線圈運動的情景而歸納出楞次定律的普遍規律。類比推理是指由一種物理現象聯想到另一種物理現象,并對兩種現象進行比較,根據二者某些屬性相同或相似而推出它們在其它方面也可能相同或相似。類比推理的根據有:形的相似、物理過程相似、本質屬性相似、因果關系相似、效果相同等。綜上所述,在初中物理教育教學中培養學生的邏輯思維能力是可行的,效果是顯著的,尤其對學生未來的物理學習有著不可磨滅的作用。
物理課堂,不僅是物理知識的傳遞過程,也是學生反饋學習情況、師生交流的重要過程.這里必然涉及大量語言的運用.教師語言的表達形式和技巧直接影響學生接受知識的情況以及參與學習的程度,語言中蘊涵的情感因素也能引發學生的學習情感.因此,語言藝術是教學藝術的核心所在.在初中物理教學中,教師應該鍛造語言藝術,從而提高課堂教學質量.
一、教學語言力求準確嚴謹,體現科學性
教學語言有著嚴格的標準和要求,唯有達到相關要求,才能發揮其教學功能,完成教學任務.因此,用好語言是教師的基本功之一.教師要善于探求教學語言的內在規律,掌握表達規則,使自己的表達更容易為學生所接受.初中物理教學語言的第一要素是準確嚴謹.這就要求教師在使用語言時要符合語音、語法體系,使自己的措辭能正確表達相應信息.特別是物理概念和規律的表述.這些內容都是經過幾代人的精心打磨,經歷了如大浪淘沙般的提煉過程,多一字或少一字都會導致意義的偏離或缺失.教師要注意鍛造自己的語言,凸顯表達的準確與嚴謹;教師要用標準的普通話組織教學,遵從漢語表達的基本規則,注意語義的簡明易懂.比如,在物理教學中,“規律”、“定律”等詞就不能混用,“光的折射規律”一般不說成“光的折射定律”;“歐姆定律”也不能說成“歐姆規律”.這是因為“規律”往往是自然界原始現象的一種總結與歸納,是事物間或事物內部固有的、原生態的聯系;“定律”則對應一定的條件,發生在一定的過程中,“定律”可以認為是“規律”的一個分支,它的形成應該經過模型化的處理和分析,它的成立將對應一定的條件和前提.所以,教師在某些內容表述上也要做到咬文嚼字.此外,以“歐姆定律”為例,它反映的是電流與電壓、電阻的關系,因此在內容闡述上應該突出“電流與導體兩端電壓成正比,與導體電阻成反比”.這句話能清晰地體現出誰是自變量,誰是因變量,反過來講就會發生錯誤.
二、教學語言注重形象生動,體現趣味性
物理是初中階段難度較大的一門科目,其難點之一就是抽象性與概括性,而初中生正處在形象思維向抽象思維過渡的關鍵期,導致他們在物理學習中出現不適應的情形.在教學過程中,教師要利用各類教育資源,并輔以恰當的教學方法,激活學生的好奇心,增強他們的求知欲,用形象化的教學手段來彌補他們思維能力上的不足,提高學生的學習信心和探究興趣.從教學語言的組織來看,教師要善于用形象生動的語言,幫助學生在腦海中構建模型,發展抽象思維.在這一環節,教師可以借助數學語言、圖像語言、視頻語言來彌補口頭語言形象性上的缺失,幫助學生形成鮮活而生動的物理情境,讓學生在獲取豐富的感性體驗后建立并認識規律.教師還要注意優化自己的語言表達,凸顯其趣味性,增強物理課堂的吸引力,提高學生學習的積極性.
(1)對課堂提問進行優化.
正如愛因斯坦所說,任何一項偉大的發現都源于一個問題.以問題來引導課堂的發展,組織學生進行思考和探究是常見的教學方法.因此,課堂提問是重要的教學環節.精彩的課堂提問,不僅能啟發學生的思維,幫助學生推開知識的大門,也能促進師生之間的情感對話,緩解學生學習中的負面情緒,幫助學生調整學習的心態.在教學過程中,有的教師在問題提出的環節進行簡單化處理,如“是不是”、“對不對”,將原本能啟發學生思考、引導學生探究的問題硬生生地改為選擇題,在很大程度上抑制了學生的思維發展;有的教師沒有結合學生的最近發展區來設計問題,以至于問題超過學生的能力范圍,挫傷學生的探索熱情,打擊他們的學習信心;有的教師止步于問題的提出過程,而沒有關注學生的思維過程,從而無法給予學生及時、正確的引導,降低了問題的使用價值.因此,問題提出是一項包含設疑、激趣、啟思等于一體的綜合性藝術.合理提問,能夠提高教學語言的質量.
(2)教師要善于掌控自己的語氣和語調.
教育心理學認為,青少年注意力集中的時間一般持續十到三十分鐘.由此可知,一節課四十五分鐘的時間要讓學生的注意力高度地持續性集中是十分艱難的.教師的語言在其中起到至關重要的作用.它對課堂氛圍的調控、對學生注意力的集中都有積極影響.音色的好差源于先天,個人很難改變,但是教師要盡量讓自己的語言語韻和諧、富有美感,語氣抑揚頓挫,富有表現力,語調適中,讓學生感受到語言之美.更重要的是,教師要結合課堂上學生的反應,及時調整自己的語氣、語調和語速.只有這樣,才能發揮教學語言的感染力.偶爾發現學生分心走神之際,教師要刻意變更語氣或語調,以此暗示學生集中注意力.
作者:顧 單位:江蘇靖江市第三中學
【關鍵詞】中學物理 電磁學部分 教學 看法
中學物理教材闡述的內容主要是經典物理學的基礎知識,這些理論是建立在牛頓時空觀的基礎上,以力學、電磁學為重點。本文就電磁學部分的教學談點自己的看法。
1.電磁學教材的整體結構
電磁運動是物質的一種基本運動形式.電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用.其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等。為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此,應從以下三個方面來認真分析教材。
1.1 電磁學的兩種研究方式。
整個電磁學的研究可分為以"場"和"路"兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來。只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力。
場的方法是研究電磁學的一般方法。場是物質,是物質的相互作用的特殊方式。中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容。
"路"是"場"的一種特殊情況。中學教材以"路"為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等。
"場"和"路"之間存在著內在的聯系。麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以"場"為基礎的,"場"是電磁運動的實質,因此可以說"場"是實質,"路"是方法。
1.2 物理知識規律物。
物理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系。
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的。但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性。
第二冊第一章"電場"重要的物理規律是庫侖定律。庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結果跟在真空中相差很小。其適用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況。
"恒定電流"一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系。電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體。
"磁場"這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念。
"電磁感應"這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律。在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線。本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。電磁感應的重點和核心是感應電動勢。運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
"電磁振蕩和電磁波"一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步。
1.3 通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立"世界是物質的"的觀點。
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用。運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種場——磁場。磁體的周圍也存在著磁場。磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態。
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用。所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的。麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場。電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波。
從場的觀點來闡述路,電荷的定向運動形成電流。產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場。導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處。導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷。當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止。
2.以"學科體系的系統性"貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
2.1 場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題。第一章"電場"是學好電磁學的基礎和關鍵,電場強度、電勢、磁場磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念,電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段,要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解。
2.2 電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用。在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等等。場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度。在電場中用電場力做功,說明場具有能量。通常說"電荷的電勢能"是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了。
2.3 認真做好演示實驗和學生實驗,使"潮抽象的概念形象化,通過演示實驗是非常重要的措施。把各種實驗做好,不僅使學生易于接受知識和掌握知識,也是基本技能的培養和訓練。安排學生自己動手做實驗,加強對實驗現象的分析,引導學生從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力,從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看,應著力培養學生的獨立實驗能力和自學能力,使知識的傳授和能力的培養統一在使學生真正掌握科學知識體系上。
關鍵詞:高中;電磁感應;常規題型;歸類解析
物理知識與文學類知識存在本質區別,在解決物理問題時需要學生具備一定的抽象思維能力與分析能力。電磁感應是物理學科的難點,也是歷年高考的重點,那么要想在高考中輕松應對這些題目,要了解電磁感應的常規題型及該題所要考查電磁感應的知識點,以此找出問題的突破點。
一、高中電磁感應的常規題型概述
電磁感應內容可以是每年高考物理學科必考的重點內容,就這幾年的物理命題而言,從命題方向上來看,重點對學生感應電流方向判定、法拉第電磁感應定律、導體切割磁感線時電動勢的相關計算、楞次定律等物理知識進行考查,從高考命題形式上來看,既有單獨對一項物理知識點的考查,同時也有物理綜合知識考查的計算題,并且一般都是物理綜合命題的分值比較高,具有一定的難度。高考物理例題中常見的綜合物理題型有電磁感應與力學綜合規律的綜合、電磁感應與電路規律的綜合、電磁感應與能量守恒的綜合等等。
二、高中電磁感應常規題型的歸類解析
1.電磁感應與力學規律的綜合題型解析
電磁感應與力學規律綜合應用是歷年來高考物理學科重點考查的知識點,那么解決這類問題的重點在于對物體運動的狀態進行分析,在分析過紅才呢過中尋找其臨界狀態,比如說速度變化、加速度變化、感應動勢變化、導體受力運動變化、安培力變化及電動勢變化等等,這些因素的變化有著密不可分的關系,相互影響。以下是筆者通過一道高考例題對電磁感應與力學規律的綜合應用解析。
例如:AB與CD是兩根固定的、足夠長的平行金屬導軌,兩金屬導軌之間距離為L,水平面與金屬導軌平面的夾角用θ表示。整個金屬導軌平面內部都有與金屬導軌平面斜上方垂直的均強磁場,該磁場的磁感應強度為B,在金屬導軌的AC端點連接一個電阻,電阻值為R,同時還要連接一個垂直于金屬導軌放置的、質量為m的金屬棒ab,從靜止狀態開始沿著金屬導軌進行下滑,求解在該運動過程中金屬棒ab的最大速度(金屬導軌之間的動摩擦因數用μ表示,金屬導軌與金屬棒之間的電阻大小可以忽略不計)。
解析:金屬棒ab在沿金屬導軌下滑時會受到四個作用力、分別是摩擦力Ff、支持力FN、重力mg與安培力F安,若金屬棒ab由靜止狀態開始進行下滑后,那么這個過程屬于變加速過程,當金屬棒ab下滑期間其加速度降低到a=0時,其本身的速度就會增大到v=vm。此時金屬棒ab與金屬導軌處于平衡狀態,以后金屬棒ab再下滑將按照vm勻速下滑。按照E=BLv、I=E/R、F安=BIL等公式的計算要求對金屬棒ab所受的力進行正交分解,FN=mgcosθ,Ff=μmgcosθ,根據E=BLv、I=E/R、F安=BIL可得,將金屬棒ab作為研究對象,再依照牛頓第二定律應為:mgsinθ-μmgcosθ=ma,金屬棒ab在做加速運動時,此時減小的是變加速運動,那么當a=0時金屬棒ab的運行速度處于最大值,金屬棒ab達到vm時有mgsinθ-μmgcosθ=0,根據此式計算出金屬棒ab在運動時的最大速度。
在求解這類題型時應在金屬棒受力分析基礎之上,根據牛頓定律,并結合電磁感應定律、安培力公式及歐姆定律等相關知識點,從而建立起金屬棒的運動狀況及受力狀況,理清金屬棒的運動變化與電磁感應規律之間的關系,這樣會使整個解題思路更加清晰,找到求解這類題型的突破口。
2.電磁感應與電路規律的綜合題型解析
電源內部電流一般都是由負極流向正極,而電源外部則是由高電勢向低電勢的方向流動,因此在求解電磁感應與電路規律綜合物理題時要明確等效電路相關內容,清楚的指出電源、內電路及外電路,在求解電磁感應電動勢過程中需要對 等相關內容,那么要解決此類物理問題,對于電源外路應根據其結構對其內部各元件的連接狀況進行分析,并畫好等效電路圖,這主要是利用閉合電路歐姆定律對其進行求解,當然在電磁感應與電路規律綜合物理題型求解中,還需要結合題目全面考慮該題材所要考查的知識點,綜合考慮電功率及電功等能量關系式,并對閉合電路的實際運行狀況進行分析。電磁感應與電路規律綜合考查是高考物理題型的重要形式,在求解過程中首先要清楚感應電動勢大小,其次要明確內外電路,畫出等效電路圖能夠明確解題思路,快速解出試題。
3.電磁感應與能量守恒的綜合題型解析
電磁感應與能量守恒綜合題型也是歷年高考物理科目考查的重點,一般高考例題主要是對能量轉化問題進行考查,利用導體切割運動及磁通量的變化等形式所產生的能量轉化為電能;電流在流動過程中在利用電場力做功也可將電能轉化為物體學中其他形式的能量,這就是電磁感應與能量守恒綜合題型考查,它詮釋了電磁感應與能量守恒之間的關系及相互轉換過程。比如在能量轉換去向分析中,可以通過導體棒切割磁感線運動對其進行分析,按照其做功及能量變化狀況作為依據點,將整個運動過程與理論結合在一起進行詳細的分析求解。
三、總結
電磁感應知識內容牽涉面較為廣泛,與力學規律、電路規律及能量守恒等知識也緊密相連,當然高考中的電磁感應相關知識點還有很多,但是其在求解中存在一定的共性。一般情況下,在電磁感應相關問題求解中,需要明確掌握兩個定律,抓住電磁感應相關運動中研究對象的受力及能量轉化狀況,從而對電磁感應相關問題進行靈活求解。
參考文獻:
[1]肖斌.高中物理電磁惑應常規題型酌解析[J].新課程,2010,9(28):19-20.