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一、牛頓第一定律。采用邊講、邊討論、邊實(shí)驗(yàn)的教法,回顧“運(yùn)動(dòng)和力”的歷史。消除學(xué)生對(duì)力的作用效果的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí);培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實(shí)驗(yàn)加外推法。教學(xué)時(shí)應(yīng)明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態(tài),不能簡(jiǎn)單地按字面意義用實(shí)驗(yàn)直接加以驗(yàn)證。但大量客觀事實(shí)證實(shí)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(gè)力學(xué)的出發(fā)點(diǎn),不能把它當(dāng)做第二定律的特例;慣性不是狀態(tài)量,也不是過(guò)程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實(shí)際問(wèn)題時(shí),應(yīng)使學(xué)生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以......”教師還應(yīng)該明確,牛頓第一定律相對(duì)于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當(dāng)我們?cè)谝欢屋^短的時(shí)間內(nèi)研究力學(xué)問(wèn)題時(shí),常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈?dāng)好的慣性系。
二、牛頓第二定律。在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)系引入課題。然后用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法歸納出物體在單個(gè)力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結(jié)論推廣為一般的表達(dá):物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時(shí)還應(yīng)注意公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時(shí)關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、功和能等知識(shí)的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
三、萬(wàn)有引力定律。教學(xué)時(shí)應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程,卡文迪許測(cè)定萬(wàn)有引力常量的實(shí)驗(yàn),海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬(wàn)有引力跟質(zhì)點(diǎn)間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)生在解題中漏平方的錯(cuò)誤。③明確是萬(wàn)有引力基本的、簡(jiǎn)單的表式,只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)的萬(wàn)有引力。萬(wàn)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(fā)現(xiàn)了它的局限性。
四、機(jī)械能守恒定律。這個(gè)定律一般不用實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái),因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差太大。實(shí)驗(yàn)可作為驗(yàn)證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不做功或所做的總功為零的條件下推導(dǎo)出來(lái)。高中教材是用實(shí)例總結(jié)出來(lái)再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒(méi)有守恒問(wèn)題。機(jī)械能守恒定律表式中各項(xiàng)都是狀態(tài)量,用它來(lái)解決問(wèn)題時(shí),就可以不涉及狀態(tài)變化的復(fù)雜過(guò)程(過(guò)程量被消去),使問(wèn)題大大地簡(jiǎn)化。要特別注意定律的適用條件(只有系統(tǒng)內(nèi)部的重力和彈力做功)。這個(gè)定律不適用的問(wèn)題,可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決。
五、動(dòng)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(lái)的。所以有人認(rèn)為動(dòng)量守恒定律不能從牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出來(lái),主張從實(shí)驗(yàn)直接總結(jié)。但是實(shí)驗(yàn)要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件來(lái)說(shuō),多數(shù)難以做到。即使做得到,要在課堂里準(zhǔn)確完成實(shí)驗(yàn)并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運(yùn)動(dòng)定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動(dòng)量和牛頓運(yùn)動(dòng)定律”。這樣既符合教學(xué)規(guī)律,也不違反科學(xué)規(guī)律。中學(xué)階段有關(guān)動(dòng)量的問(wèn)題,相互作用的物體的所有動(dòng)量都在一條直線上,所以可以用代數(shù)式替代矢量式。學(xué)生在解題時(shí)最容易發(fā)生符號(hào)的錯(cuò)誤,應(yīng)該使他們明確,在同一個(gè)式子中必須規(guī)定統(tǒng)一的正方向。動(dòng)量守恒定律反映的是物體相互作用過(guò)程的狀態(tài)變化,表式中各項(xiàng)是過(guò)程始、末的動(dòng)量。用它來(lái)解決問(wèn)題可以使問(wèn)題大大地簡(jiǎn)化。若物體不發(fā)生相互作用,就沒(méi)有守恒問(wèn)題。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí),如果質(zhì)點(diǎn)系內(nèi)部的相互作用力遠(yuǎn)比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動(dòng)量守恒定律來(lái)處理。動(dòng)量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規(guī)律之一。無(wú)論是宏觀系統(tǒng)或微觀粒子的相互作用,系統(tǒng)中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統(tǒng)不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動(dòng)量守恒定律都是適用的。
六、歐姆定律。中學(xué)物理課本中歐姆定律是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的。公式為I=U/R或U=IR。教學(xué)時(shí)應(yīng)注意:①“電流強(qiáng)度跟電壓成正比”是對(duì)同一導(dǎo)體而言;“電流強(qiáng)度跟電阻成反比”是對(duì)不同導(dǎo)體說(shuō)的。②I、U、R是同一電路的三個(gè)參量。③閉合電路的歐姆定律的教學(xué)難點(diǎn)和關(guān)鍵是電動(dòng)勢(shì)的概念,并用實(shí)驗(yàn)得到電源電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電壓之和。然后用歐姆定律導(dǎo)出I=ε/(R+r)(也可以用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律推導(dǎo))。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(yīng)明確,普通物理學(xué)中的歐姆定律公式多數(shù)是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,導(dǎo)體就不服從歐姆定律。但不論導(dǎo)體服從歐姆定律與否,R=U/I這個(gè)關(guān)系式都可以作為導(dǎo)體電阻的一般定義式。中學(xué)物理課本不把 R=U/R列入歐姆定律公式,是為了避免學(xué)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。
一、電磁學(xué)教材的整體結(jié)構(gòu)
電磁運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的一種基本運(yùn)動(dòng)形式。電磁學(xué)的研究范圍是電磁現(xiàn)象的規(guī)律及其應(yīng)用。其具體內(nèi)容包括靜電現(xiàn)象、電流現(xiàn)象、磁現(xiàn)象,電磁輻射和電磁場(chǎng)等。為了便于研究,把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象分開(kāi)處理,實(shí)際上,這兩種現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的。透徹分析電磁學(xué)的基本概念、原理和規(guī)律以及它們的相互聯(lián)系,才能使孤立的、分散的教學(xué)變成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)。對(duì)此,應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)認(rèn)真分析教材。
1. 電磁學(xué)的兩種研究方式。
整個(gè)電磁學(xué)的研究可分為以“場(chǎng)”和“路”兩個(gè)途徑進(jìn)行,這兩種方式均在高中教材里體現(xiàn)出來(lái)。只有明確它們各自的特征及相互聯(lián)系,才能有計(jì)劃、有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。
場(chǎng)的方法是研究電磁學(xué)的一般方法。場(chǎng)是物質(zhì),是物質(zhì)的相互作用的特殊方式。中學(xué)物理的電磁學(xué)部分完全可用場(chǎng)的概念統(tǒng)帥起來(lái),靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)等,組成一個(gè)關(guān)于場(chǎng)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括中學(xué)物理電學(xué)部分的各章內(nèi)容。
2. 物理知識(shí)規(guī)律。
物理知識(shí)的規(guī)律體現(xiàn)為一系列物理基本概念、定律和原理的規(guī)律,以及它們的相互聯(lián)系。
物理定律是在對(duì)物理現(xiàn)象做了反復(fù)觀察和多次實(shí)驗(yàn),掌握了充分可靠的事實(shí)之后,進(jìn)行分析和比較找出它們相互之間存在著的關(guān)系,并把這些關(guān)系用定律的形式表達(dá)出來(lái)。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。但是,物理定律并不是絕對(duì)準(zhǔn)確的,在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來(lái)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(guī)律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導(dǎo)電的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的,對(duì)金屬導(dǎo)電、電解液導(dǎo)電適用,但對(duì)氣體導(dǎo)電是不適用的。歐姆定律的運(yùn)用有對(duì)應(yīng)關(guān)系。
電阻是電路的物理性質(zhì),適用于溫度不變時(shí)的金屬導(dǎo)體。
3.通過(guò)電磁場(chǎng)在各方面表現(xiàn)的物質(zhì)屬性,使學(xué)生建立“世界是物質(zhì)的”的觀點(diǎn)。
電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的。大量實(shí)驗(yàn)證明在電荷的周?chē)嬖陔妶?chǎng),每個(gè)帶電粒子都被電場(chǎng)包圍著。電場(chǎng)的基本特性就是對(duì)位于場(chǎng)中的其它電荷有力的作用。運(yùn)動(dòng)電荷的周?chē)穗妶?chǎng)外還存在著另一種場(chǎng)——磁場(chǎng)。磁體的周?chē)泊嬖谥艌?chǎng)。磁場(chǎng)也是一種客觀存在的物質(zhì)。磁場(chǎng)的基本特性就是對(duì)處于其中的電流有磁場(chǎng)力的作用。現(xiàn)在,科學(xué)實(shí)驗(yàn)和廣泛的生產(chǎn)實(shí)踐完全肯定了場(chǎng)的觀點(diǎn),并證明電磁場(chǎng)可以脫離電荷和電流而獨(dú)立存在,電磁場(chǎng)是物質(zhì)的一種形態(tài)。
二、以“學(xué)科體系的系統(tǒng)性”貫穿始終,使知識(shí)學(xué)習(xí)與智能訓(xùn)練融合于一體
1. 場(chǎng)的客觀存在及其物質(zhì)性是電學(xué)教學(xué)中一個(gè)極為重要的問(wèn)題。電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映電、磁場(chǎng)是物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性概念。電場(chǎng)線,磁感線是形象地描述場(chǎng)分布的一種手段。要進(jìn)行比較,找出兩種力線的共性和區(qū)別以加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)的理解。
2. 電磁場(chǎng)的重要特性是對(duì)在其中的電荷、運(yùn)動(dòng)的電荷、電流有力的作用。在教學(xué)中要使學(xué)生認(rèn)識(shí)場(chǎng)和受場(chǎng)作用這兩類(lèi)問(wèn)題的聯(lián)系與區(qū)別。
3. 認(rèn)真做好演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn),使抽象的概念形象化,通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)是非常重要的措施。把各種實(shí)驗(yàn)做好,不僅使學(xué)生易于接受知識(shí)和掌握知識(shí),也是基本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練。安排學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)觀察和現(xiàn)象分析中來(lái)發(fā)展思維能力。從物理學(xué)的特點(diǎn)與對(duì)中學(xué)物理教學(xué)提出的要求來(lái)看,應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力,使知識(shí)的傳授和能力的培養(yǎng)統(tǒng)一在使學(xué)生真正掌握科學(xué)知識(shí)體系上。
根據(jù)物理學(xué)本身的特點(diǎn),可把物理學(xué)科的學(xué)習(xí)方法概括為三要素:一是要科學(xué)地進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn),二是要重視對(duì)物理概念和規(guī)律的理解,三是要理論聯(lián)系實(shí)際,下面給大家分享一些關(guān)于高一物理的學(xué)習(xí)小技巧,希望對(duì)大家有所幫助。
一、物理現(xiàn)象觀察法物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),初中物理要求學(xué)生具有的觀察能力主要是:有目的地觀察,明了觀察對(duì)象的主要特征及其變化的條件。觀察物理現(xiàn)象應(yīng)該做到:
1.激發(fā)主動(dòng)性
學(xué)生應(yīng)激發(fā)自己對(duì)物理現(xiàn)象觀察和學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣,主動(dòng)性和自覺(jué)性,助力物理意識(shí)。
2.明確觀察目的
要明確具體的觀察目的,觀察中心,觀察條件和范圍。
3.準(zhǔn)確記錄
觀察時(shí),要準(zhǔn)確記錄物理現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展和終結(jié)全結(jié)論,寫(xiě)出觀察報(bào)告。
二、物理實(shí)驗(yàn)法物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)不僅要了解它提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,更重要的是掌握實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思方法和研究物理問(wèn)題的思路。物理實(shí)驗(yàn)可分為;觀察實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探索性實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)和思想實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)應(yīng)該注意:
1 .樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度
要一絲不茍地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)事求是地記錄,不放過(guò)任何一個(gè)現(xiàn)象變化和細(xì)節(jié)。
2.構(gòu)思方法技巧
實(shí)驗(yàn)構(gòu)思的主要方法有:(1)放大與擴(kuò)展;(2)間接觀察后再作推論;(3)模擬類(lèi)比(4)思想實(shí)驗(yàn)(理想實(shí)驗(yàn)) 如:伽俐略的斜面實(shí)驗(yàn)中,在水平面上依次鋪上毛巾、棉布、木板、玻璃板,測(cè)量其小車(chē)滑行的距離,再得出結(jié)論:平而越光滑,小車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn);根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)推理;若平面完全光滑,小車(chē)將運(yùn)動(dòng)到無(wú)窮遠(yuǎn),即一直運(yùn)動(dòng)下去不會(huì)停下來(lái),由此總結(jié)出“慣性定律”。
3.實(shí)驗(yàn)要求
進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí),要了解物理實(shí)驗(yàn)的目的,會(huì)正常使用儀器,會(huì)作必要的記錄,會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論,會(huì)寫(xiě)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和進(jìn)行簡(jiǎn)單的誤差分析。
三、物理概念學(xué)習(xí)法一個(gè)物理概念,它是某類(lèi)型物理現(xiàn)象的概括;是物理知識(shí)的核心內(nèi)容之一。學(xué)習(xí)物理概念應(yīng)該注意:
1.歸納概括
就是將物理進(jìn)行分類(lèi)比較,將同一類(lèi)型的物理現(xiàn)象的共性找出來(lái),概括并能說(shuō)明這一類(lèi)型的物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征。例如;“質(zhì)量”概念,各個(gè)物體的物質(zhì)組成不同,但“物體所含物質(zhì)的多少”就是物體的共性,即質(zhì)量,與物體的形狀,所處的狀態(tài),地理位置和溫度無(wú)關(guān)。
2.實(shí)例聯(lián)系
抽象概念的理解是困難的,如果把“概念”放在實(shí)例中去記憶,去理解,就要簡(jiǎn)單得多,也就要容易區(qū)分相關(guān)因素和無(wú)關(guān)因素,找出共同特征。如“蒸發(fā)”概念,對(duì)應(yīng)水在任何溫度下都能蒸發(fā),且需吸熱,就能夠很快地對(duì)“蒸發(fā)”概念理解透徹。
3.內(nèi)涵與外延
不能將物理概念任意外推,如果這樣就會(huì)導(dǎo)致概念與事實(shí)不相容的矛盾。例如:“慣性”這個(gè)概念,它說(shuō)明一切物體都具有的保持其原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)性質(zhì),物質(zhì)運(yùn)動(dòng)靜止,不是因?yàn)槲矬w是否受力,而是物體具有“慣性”。受力與否,是決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化與否的必要條件。兩千多年前,古希臘科學(xué)家亞里斯多德認(rèn)為:“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”,他之所以錯(cuò)誤,就是沒(méi)有概括出物體運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征。
四、物理定律學(xué)習(xí)法物理概念和物理規(guī)律是物理知識(shí)的核心內(nèi)容,是物理課中的基礎(chǔ)知識(shí),物理定律是通過(guò)歸納大量事實(shí)和實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)的客觀規(guī)律后形成的科學(xué)結(jié)論。如牛頓第一定律、歐姆定律、焦耳定律、阿基米德原理等。學(xué)習(xí)物理定律應(yīng)該注意:
1.準(zhǔn)確理解物理定律的物理意義
知道物理定律的內(nèi)容,理解其實(shí)質(zhì),能用準(zhǔn)確的語(yǔ)言表述,能聯(lián)想一個(gè)實(shí)例。
2.明確物理定律的適用條件
物理定律是客觀規(guī)律的總結(jié),但它并不一定在任何條件下都成立。因此,不能忽視物理定律所適用的范圍和條件。如:熱平衡方程“Q吸=Q放”的成立條件是:系統(tǒng)與外界無(wú)熱交換。若系統(tǒng)與外界有熱交換,則只能在不計(jì)一切熱損失的條件下才能成立。
3.弄清各物理量間的相互聯(lián)系
弄清各物理量間的相互聯(lián)系,透徹理解各概念;知道定律的建立(或帳號(hào))過(guò)程,重視各部分知識(shí)間的聯(lián)系,把前后概念連貫起來(lái),從而使知識(shí)系統(tǒng)化、條理化。
4.建立物理定律所對(duì)應(yīng)的模型
對(duì)每一個(gè)物理定律,都應(yīng)記住它所對(duì)應(yīng)的模型或典型范例。要了解它的研究對(duì)象,研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。如:“反射定律”的典型范例是平面鏡成像。
5.記住物理定律所對(duì)應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)
物理定律的基礎(chǔ)是物理實(shí)驗(yàn),應(yīng)將物理定律與相應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)起來(lái),有利于對(duì)物理定律的理解和深化。如:“阿基米德原理”所對(duì)應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)就是“排液法”測(cè)浮力,“歐姆定律”所對(duì)應(yīng)的典型實(shí)例就是研究“電壓與電流強(qiáng)度的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。
五、物理公式學(xué)習(xí)法物理公式(含物理定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式)是物理學(xué)成熟的重要標(biāo)志.從定性到定量的研究,使物理現(xiàn)象從經(jīng)驗(yàn)升華到科學(xué)。物理公式一般可分為三大類(lèi):
1.定義式
它是對(duì)一類(lèi)問(wèn)題的概括性表達(dá)式。表示某一物理概念的意義。使用這類(lèi)公式,不能簡(jiǎn)單地從數(shù)學(xué)角度看,而應(yīng)透過(guò)數(shù)學(xué)表達(dá)式這個(gè)現(xiàn)象,去領(lǐng)會(huì)它的物理實(shí)質(zhì)。如密度p=m/V,絕不能認(rèn)為密度與質(zhì)量M成正比,與體積V成反比,密度是物質(zhì)自身的特性,由物質(zhì)的種類(lèi)決定,與物體的質(zhì)量和體積無(wú)關(guān)。同理,電阻的定義R=U/I也是如此,電阻R由組成電阻的材料、長(zhǎng)度、橫截面積來(lái)決定。
2.物理定律、規(guī)律、原理表達(dá)式
它揭示了這一類(lèi)物理現(xiàn)象在運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中所遵循的法則,使用時(shí),要特別注意這類(lèi)表達(dá)式的運(yùn)用范圍和條件。例如:液體壓強(qiáng)公式P=≥gh,它表達(dá)了液體在內(nèi)部各處產(chǎn)生的壓強(qiáng)所遵循的規(guī)律,它的適用范圍是:靜止液體,應(yīng)特別注意的是,h是從液體上表面往卜測(cè)量的深度,而不是通常意義上所說(shuō)的高度。
3.計(jì)算式
一、電磁學(xué)教材的整體結(jié)構(gòu)
電磁運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的一種基本運(yùn)動(dòng)形式.電磁學(xué)的研究范圍是電磁現(xiàn)象的規(guī)律及其應(yīng)用.其具體內(nèi)容包括靜電現(xiàn)象、電流現(xiàn)象、磁現(xiàn)象,電磁輻射和電磁場(chǎng)等.為了便于研究,把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象分開(kāi)處理,實(shí)際上,這兩種現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的.透徹分析電磁學(xué)的基本概念、原理和規(guī)律以及它們的相互聯(lián)系,才能使孤立的、分散的教學(xué)變成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué).對(duì)此,應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)認(rèn)真分析教材.
1.電磁學(xué)的兩種研究方式
整個(gè)電磁學(xué)的研究可分為以“場(chǎng)”和“路”兩個(gè)途徑進(jìn)行,這兩種方式均在高中教材里體現(xiàn)出來(lái).只有明確它們各自的特征及相互聯(lián)系,才能有計(jì)劃、有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.
場(chǎng)的方法是研究電磁學(xué)的一般方法.場(chǎng)是物質(zhì),是物質(zhì)的相互作用的特殊方式.中學(xué)物理的電磁學(xué)部分完全可用場(chǎng)的概念統(tǒng)帥起來(lái),靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩(wěn)電磁嘗迅變電磁場(chǎng)等,組成一個(gè)關(guān)于場(chǎng)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括中學(xué)物理電學(xué)部分的各章內(nèi)容.
“路”是“場(chǎng)”的一種特殊情況.中學(xué)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(chǎng)”和“路”之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系.麥克斯韋方程是電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律,是以“場(chǎng)”為基礎(chǔ)的.“場(chǎng)”是電磁運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì),因此可以說(shuō)“場(chǎng)”是實(shí)質(zhì),“路”是方法.
2.物理知識(shí)規(guī)律物
理知識(shí)的規(guī)律體現(xiàn)為一系列物理基本概念、定律和原理的規(guī)律,以及它們的相互聯(lián)系.
物理定律是在對(duì)物理現(xiàn)象做了反復(fù)觀察和多次實(shí)驗(yàn),掌握了充分可靠的事實(shí)之后,進(jìn)行分析和比較找出它們相互之間存在著的關(guān)系,并把這些關(guān)系用定律的形式表達(dá)出來(lái).物理定律的形成,也是在物理概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行的.但是,物理定律并不是絕對(duì)準(zhǔn)確的,在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來(lái)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(cè)第一章“電潮重要的物理規(guī)律是庫(kù)侖定律.庫(kù)侖定律的實(shí)驗(yàn)是在空氣中做的,其結(jié)果跟在真空中相差很?。溥m用范圍只適用于點(diǎn)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(jì)的情況.
“恒定電流”一章中重要的物理規(guī)律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律.歐姆定律是在金屬導(dǎo)電的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的,對(duì)金屬導(dǎo)電、電解液導(dǎo)電適用,但對(duì)氣體導(dǎo)電是不適用的.歐姆定律的運(yùn)用有對(duì)應(yīng)關(guān)系.電阻是電路的物理性質(zhì),適用于溫度不變時(shí)的金屬導(dǎo)體.
“磁場(chǎng)”這一章闡明了磁與電現(xiàn)象的統(tǒng)一性,用研究電場(chǎng)的方法進(jìn)行類(lèi)比,可以較好地解決磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念.
“電磁感應(yīng)”這一章,重要的物理規(guī)律是法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律.在這部分知識(shí)中,能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是將各知識(shí)點(diǎn)串起來(lái)的主線.本章以電流、磁場(chǎng)為基礎(chǔ),它揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的重要方面,是進(jìn)一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎(chǔ).電磁感應(yīng)的重點(diǎn)和核心是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).運(yùn)用楞次定律不僅可判斷感應(yīng)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(chǎng)和磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上結(jié)合電磁感應(yīng)的理論和實(shí)踐,進(jìn)一步提出電磁振蕩形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng),對(duì)場(chǎng)的認(rèn)識(shí)又上升了一步.麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論總結(jié)了電磁場(chǎng)的規(guī)律,同時(shí)也把波動(dòng)理論從機(jī)械波推進(jìn)到電磁波而對(duì)物質(zhì)的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)提高了一步.
3.通過(guò)電磁場(chǎng)在各方面表現(xiàn)的物質(zhì)屬性,使學(xué)生建立“世界是物質(zhì)的”的觀點(diǎn)
電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的.大量實(shí)驗(yàn)證明在電荷的周?chē)嬖陔妶?chǎng),每個(gè)帶電粒子都被電場(chǎng)包圍著.電場(chǎng)的基本特性就是對(duì)位于場(chǎng)中的其它電荷有力的作用.運(yùn)動(dòng)電荷的周?chē)穗妶?chǎng)外還存在著另一種唱—磁場(chǎng).磁體的周?chē)泊嬖谥艌?chǎng).磁場(chǎng)也是一種客觀存在的物質(zhì).磁場(chǎng)的基本特性就是對(duì)處于其中的電流有磁場(chǎng)力的作用.現(xiàn)在,科學(xué)實(shí)驗(yàn)和廣泛的生產(chǎn)實(shí)踐完全肯定了場(chǎng)的觀點(diǎn),并證明電磁場(chǎng)可以脫離電荷和電流而獨(dú)立存在,電磁場(chǎng)是物質(zhì)的一種形態(tài).
運(yùn)動(dòng)的電荷(電流)產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)對(duì)其它運(yùn)動(dòng)的電荷(電流)有磁場(chǎng)力的作用.所有磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷(電流)之間是通過(guò)磁場(chǎng)而發(fā)生作用的.麥克斯韋用場(chǎng)的觀點(diǎn)分析了電磁現(xiàn)象,得出結(jié)論:任何變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng),任何變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng).按照這個(gè)理論,變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一場(chǎng),這就是電磁場(chǎng).電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)的傳播就形成電磁波.
從場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)闡述路.電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流.產(chǎn)生電流的條件有兩個(gè):一是存在可自由移動(dòng)的電荷;二是存在電場(chǎng).導(dǎo)體中電流的方向總是沿著電場(chǎng)的方向,從高電勢(shì)處指向低電勢(shì)處.導(dǎo)體中的電流是帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的特例,即導(dǎo)體中形成電流時(shí),它的本身要形成電場(chǎng)又要提供自由電荷.當(dāng)導(dǎo)體中電勢(shì)差不存在時(shí),電流也隨之而終止.
二、以“學(xué)科體系的系統(tǒng)性”貫穿始終,使知識(shí)學(xué)習(xí)與智能訓(xùn)練融合于一體
1.場(chǎng)的客觀存在及其物質(zhì)性是電學(xué)教學(xué)中一個(gè)極為重要的問(wèn)題.第一章“電潮是學(xué)好電磁學(xué)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵.電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、磁嘗磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映電、磁場(chǎng)是物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性概念.電場(chǎng)線,磁感線是形象地描述場(chǎng)分布的一種手段.要進(jìn)行比較,找出兩種力線的共性和區(qū)別以加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)的理解.
2.電磁場(chǎng)的重要特性是對(duì)在其中的電荷、運(yùn)動(dòng)的電荷、電流有力的作用.在教學(xué)中要使學(xué)生認(rèn)識(shí)場(chǎng)和受場(chǎng)作用這兩類(lèi)問(wèn)題的聯(lián)系與區(qū)別,比如,場(chǎng)不是力,電勢(shì)不是能等.場(chǎng)中不同位置場(chǎng)的強(qiáng)弱不同,可用受場(chǎng)力者受場(chǎng)力的大?。ǚ较颍└涮卣魑锢砹康谋戎祦?lái)描述場(chǎng)的強(qiáng)弱程度.在電場(chǎng)中用電場(chǎng)力做功,說(shuō)明場(chǎng)具有能量.通常說(shuō)“電荷的電勢(shì)能”是指電荷與電場(chǎng)共同具有的電勢(shì)能,離開(kāi)了電場(chǎng)就談不上電荷的電勢(shì)能了.
3.認(rèn)真做好演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn),使“潮抽象的概念形象化,通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)是非常重要的措施.把各種實(shí)驗(yàn)做好,不僅使學(xué)生易于接受知識(shí)和掌握知識(shí),也是基本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練.安排學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)觀察和現(xiàn)象分析中來(lái)發(fā)展思維能力.從物理學(xué)的特點(diǎn)與對(duì)中學(xué)物理教學(xué)提出的要求來(lái)看,應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力,使知識(shí)的傳授和能力的培養(yǎng)統(tǒng)一在使學(xué)生真正掌握科學(xué)知識(shí)體系上.
一、伏安法測(cè)電阻
此法重在考查一些電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、學(xué)生對(duì)書(shū)本中“伏安法測(cè)電阻”實(shí)驗(yàn)的掌握情況以及在學(xué)習(xí)過(guò)程中的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)情況,題目具有一定的綜合性。
例1(2010年鎮(zhèn)江市)小明做“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)時(shí),
(1)按1甲所示電路圖,用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將實(shí)物連接完整。電壓表選用0~3 V量程。
(2)閉合開(kāi)關(guān)后,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零,電壓表有明顯偏轉(zhuǎn),則電路中發(fā)生斷路的器件是。
(3)改正電路后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。前兩次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已填在下面的表格內(nèi),第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表的示數(shù)如圖2所示。請(qǐng)將表格中的空白處填寫(xiě)完整。(計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù))
實(shí)驗(yàn)次數(shù)電流/A電壓/V電阻/Ω10。302。58。3 20。262。18。1 31。6測(cè)量結(jié)果
R=Ω解析(1)、(2)兩問(wèn)著重考查學(xué)生的電學(xué)綜合知識(shí)、動(dòng)手操作的能力以及故障分析的能力;第(3)問(wèn)考查“伏安法測(cè)電阻”中測(cè)量三組數(shù)據(jù)的目的、求電阻的平均值、電流表的讀數(shù)以及利用歐姆定律的公式進(jìn)行計(jì)算等基礎(chǔ)知識(shí)。
答案(1)略(2)定值電阻R
(3)0。2 A8。0Ω8。1 Ω
二、等效替代法測(cè)電阻
“等效替代法”是一種常用的物理研究方法。在蘇科版九年級(jí)上冊(cè)物理課本《歐姆定律》一章中,以習(xí)題的形式明確提出了用“等效替代法”測(cè)量電阻的方法。一般注重考查學(xué)生對(duì)“等效替代法”的理解,以及運(yùn)用該方法測(cè)電阻的基本操作。
本題考查的知識(shí)點(diǎn)有兩個(gè)。一是,平均速度等于時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度即v1=v2;二是,時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度小于位移中點(diǎn)瞬時(shí)速度即v2<v3。
實(shí)際上,學(xué)生只要把握了其中任意一個(gè)知識(shí)點(diǎn),剩下的就會(huì)不攻自破。因?yàn)?,符合v1=v2的只有一個(gè)選項(xiàng)C,符合v2<v3的也只有一個(gè)選項(xiàng)C.這樣的試題對(duì)學(xué)生的考察效果,自然打了折扣。
當(dāng)然,選擇題的命題還有其它的原則,這里僅就一道中考題中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行一點(diǎn)簡(jiǎn)單剖析,供大家命題時(shí)參考。
【作者單位:(236400)安徽省臨泉第一中學(xué)】例2(2010年南京)小明設(shè)計(jì)了一種測(cè)量未知電阻Rx的實(shí)驗(yàn)方案,并選擇合適的器材測(cè)量,電路如圖3所示,電源電壓恒定,滑動(dòng)變阻器最大阻值未知,在A、B兩點(diǎn)間接人的元件每次只能是電阻箱或未知電阻Rx。
(1)請(qǐng)你幫他完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
①將接入A、B兩點(diǎn)間;
②閉合開(kāi)關(guān),移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片到某一合適位置時(shí),記下;
③斷開(kāi)開(kāi)關(guān),取下A、B間的元件,將接在A、B兩點(diǎn)間;
④閉合開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié),使;
⑤讀出,即可知道Rx的阻值。
(2)小明測(cè)量電阻的方法在科學(xué)研究中經(jīng)常用到,下面四個(gè)實(shí)例中,采用這種研究方法的是
A.力是看不見(jiàn)的,可以通過(guò)力的作用效果認(rèn)識(shí)它
B.根據(jù)磁鐵吸引大頭針多少判定磁鐵磁性的強(qiáng)弱
C.用總電阻表示同一段電路中串聯(lián)的兩個(gè)電阻
D.用磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱
解析此題把書(shū)本“等效替代法”測(cè)電阻的題目中的電流表改成了電壓表,并把考查方式加以改變,重在考查學(xué)生對(duì)“等效替代法”的理解及操作。
答案(1)①Rx②電壓表的示數(shù)③電阻箱④電阻箱電壓表示數(shù)與原來(lái)相同⑤電阻箱的示數(shù)(2)C
三、特殊方法測(cè)電阻
所謂特殊方法測(cè)電阻是指在題目所給的器材不全的情況下所采用的測(cè)電阻的方法,常見(jiàn)的有以下幾種情況。
1。缺少電流表的情況
例3(2010年南通)實(shí)驗(yàn)室中要測(cè)量一個(gè)阻值約為數(shù)百歐的電阻。提供的器材有:電源(電壓約5 V)、學(xué)生用電壓表(0~6 V)、電阻箱R(0~9999 Ω5 A)、開(kāi)關(guān)S1和S2、導(dǎo)線若干?,F(xiàn)要測(cè)量待測(cè)電阻Rx的阻值,設(shè)計(jì)了如圖4甲所示的實(shí)驗(yàn)電路圖。
(1)小虎進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。
①根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖,連接成如圖乙所示的實(shí)物電路,但存在連接錯(cuò)誤,只需改動(dòng)一根導(dǎo)線,即可使電路連接正確,請(qǐng)?jiān)诮渝e(cuò)的導(dǎo)線上打“×”,并用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線畫(huà)出正確的接法。
②電路連接正確后,閉合S1,將S2撥到觸點(diǎn)1時(shí),電壓表的讀數(shù)為U1,則電源電壓為。
③閉合S1,將S2撥到觸點(diǎn)2,當(dāng)電阻箱的阻值調(diào)為R0時(shí),電壓表的示數(shù)為U2,則待測(cè)電阻的阻值Rx=。
(2)如果實(shí)驗(yàn)器材中沒(méi)有提供電壓表,現(xiàn)再提供一只電流表(0~0。6 A),利用上述器材,你認(rèn)為(選填“能”或“不能”)較準(zhǔn)確測(cè)出該待測(cè)電阻的阻值,原因是。
解析本題的第(1)小題考查學(xué)生在缺少電流表的情況下,如何測(cè)量電阻。在缺少電流表但有已知電阻的情況下(電阻箱可當(dāng)做已知電阻),可以利用串聯(lián)電路電流相等的規(guī)律來(lái)測(cè)算電阻。第(2)小題主要考查學(xué)生的審題能力,電壓約為5 V,但所測(cè)量的電阻阻值大約數(shù)百歐,其電流很小,電流表無(wú)法測(cè)量。大多數(shù)學(xué)生由于審題時(shí)沒(méi)有注意到“阻值約為數(shù)百歐的電阻”這一信息,而無(wú)法解題。
答案(1)①略②U1③U2R0U1-U2
(2)不能原因:所測(cè)電阻阻值過(guò)大,電流過(guò)小,電流表無(wú)法測(cè)量
2。缺少電壓表的情況
例4在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量電阻的實(shí)驗(yàn)中,老師提供了下列器材:電壓恒定的電源一個(gè)(電壓未知),定值電阻R0一個(gè)(阻值已知),待測(cè)電阻Rx一個(gè),滑動(dòng)變阻器一個(gè),量程合適的電流表一個(gè),單刀開(kāi)關(guān)兩個(gè),導(dǎo)線若干。請(qǐng)?jiān)诮o出的器材中選用一些進(jìn)行組合,完成實(shí)驗(yàn)。
①畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。
②寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)的主要步驟。
③寫(xiě)出Rx的表達(dá)式。
解析本題最顯著的特點(diǎn)是器材中缺少電壓表,無(wú)法直接測(cè)量電壓。可以利用并聯(lián)電路各用電器兩端電壓相等的規(guī)律進(jìn)行間接測(cè)量;也可以利用電源電壓不變的特點(diǎn),采用局部短路的方法測(cè)出電源電壓后,再用串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)及歐姆定律進(jìn)行計(jì)算。
解法1利用并聯(lián)電路各用電器兩端電壓相等的規(guī)律進(jìn)行間接測(cè)量
(1)實(shí)驗(yàn)電路見(jiàn)圖5。
(2)主要實(shí)驗(yàn)步驟:①將電流表與R0串聯(lián),測(cè)出通過(guò)R0的電流,記為I1;
②將電流表?yè)Q為與Rx串聯(lián),測(cè)出通過(guò)Rx的電流,記為I2。
(3)Rx的表達(dá)式:Rx=I1R0I2。
解法2利用電源電壓不變的特點(diǎn),采用局部短路的方法測(cè)量
(1)實(shí)驗(yàn)電路見(jiàn)圖6。
(2)主要實(shí)驗(yàn)步驟:
①將S1、S2都閉合,測(cè)出通過(guò)R0的電流I1,則電源電壓為I1R0;
②將開(kāi)關(guān)S1閉合,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,測(cè)出通過(guò)R0和Rx的電流I2;
(3)Rx的表達(dá)式:Rx=I1R0-I2R0I2。
例5某同學(xué)在做“伏安法測(cè)電阻”的實(shí)驗(yàn)時(shí),連好電路后發(fā)現(xiàn)電壓表壞了,如圖7。你能在不增加器材,不拆開(kāi)電路的情況下,利用原來(lái)的電路測(cè)出待測(cè)電阻的值嗎?(滑動(dòng)變阻器的最大電阻為R)寫(xiě)出主要實(shí)驗(yàn)步驟及Rx的表達(dá)式。
解析此題仍然是缺少電壓表的題型。很明顯,在這種情況下,滑動(dòng)變阻器應(yīng)當(dāng)做定值電阻使用,以增加可利用的條件。
難點(diǎn)在于,不拆開(kāi)電路,也不增加器材的情況下,如何解決電壓測(cè)量的問(wèn)題,唯一可以利用的是電源電壓不變。
解法(1)實(shí)驗(yàn)步驟:
①將滑動(dòng)變阻器的滑片移到變阻器的最左端,記下電流表示數(shù)I1,此時(shí)變阻器電阻R=0,電源電壓可表示為U電源=I1Rx;
②將滑動(dòng)變阻器的滑片移到變阻器的最右端,記下電流表示數(shù)I2,此時(shí)變阻器電阻阻值最大為R,電源電壓可表示為U電源=I2(Rx+R);
③根據(jù)電源電壓不變可得
I1Rx=I2(Rx+R);
(2)Rx的表達(dá)式為Rx=I2RI1-I2。