分类法在初中物理教学中的应用

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  达尔文曾说过:最有价值的知识是关于方法的知识.物理课程标准也明确指出:“过程与方法”是课程目标之一,因此物理教学不仅传授基础知识和基本技能,更重要的是培养学生的科学思维方法,从而提高学生的思维能力和独立解决问题的能力,最终形成科学的素养.
  分类法就是一种科学的思维方法,指的是解决某一问题时,由于存在不确定因素,难以统一解答,这时需要将可能出现的各种情况进行分类,然后逐一进行分析讨论,最后再对讨论到的各种情况的结果进行归纳整理,以得出问题的完整答案,即“化整为零,逐一击破,再积零为整”.分类法既是一种重要的逻辑方法,同时又是一种重要的解题策略.本文就分类法在初中物理教学中的应用,谈谈笔者的认识和看法.
  1 在知识的形成过程中,领略分类法的魅力
  分类法并不直接由物理知识、内容所表达,而是往往隐藏在知识之中,并支配着知识的获取及应用,因此在物理教学过程中,教师应充分挖掘教材中的方法论因素,让学生领会方法的内涵,领略方法的魅力.
  例如,苏科版八下教材第九章力与运动,教材在探究力与运动的关系这一复杂问题时,分三个小问题加以讨论:(1)物体在平衡力作用下怎样运动?(2)物体在不受力作用下怎样运动?(3)物体在非平衡力作用下怎样运动?通过一系列实验观察,数据积累,进行整理和归纳,总结得出:(1)物体受力平衡时,将保持静止或匀速直线运动状态(即运动状态不改变);(2)物体在没有受到力作用时,总保持静止或匀速直线运动状态,即牛顿第一定律;(3)物体在非平衡力作用下运动状态发生改变,可以概括得出结论:力是使物体运动状态改变的原因,力不是使物体运动的
  原因.
  再如,苏科版九上教材14.4滑动变阻器,如图1所示,在让学生了解其机构、各部分的名称和铭牌上各参数的意义的基础上,为了探究其正确的接法,先让学生思考讨论如下问题:
  (1)滑动变阻器共有A、B、C、D四个接线柱,如果只选其中的两个接入电路,可能有哪几种接法?
  (2)如果将滑动变阻器A、D两个接线柱接入电路,向左移动滑片,滑动变阻器接入电路的电阻将怎样改变?电路中的电流将怎样改变?
  学生讨论后得出:滑动变阻器任意两个接线柱接入电路可能有六种接法①A、D;②A、C;③B、D;④B、C;⑤A、B;⑥C、D.
  接下来,学生设计实验、进行实验后得出:滑动变阻器能改变接入电路的电阻只有四种:①A、D;② A、C;③B、D;④B、C.进一步分析实验现象得出:①A、D与②A、C等效;③B、D与④B、C等效,最终概括为;滑动变阻器接线柱的正确接法是“一上一下”.
  其实,教材中在很多地方都渗透着分类法的思想,这不仅体现人们对分类法思想的重视,让学生体验到分类法伴随在知识的形成过程中,更重要的是分类法思想能锻炼学生逻辑思维的条理性和严密性,增强逻辑思维的能力,提高分析问题和解决问题的能力.
  2 在解题过程中,体验分类法的应用
  2.1 对物体运动状态的分类讨论
  一般情况下,由于所研究的问题中,运动物体所处的状态未知而使问题在求解过程中显得复杂,因此尽可能对物体所处运动的状态进行充分考虑,然后进行分类讨论.
  例1 将一物块轻轻放入盛满水的溢水杯,物块静止后,溢出81 g的水;再将其轻轻放入盛满酒精的溢水杯中,有72 g的酒精溢出,则该物块的密度为
  多少?
  解析 此题属于浮力中较难的题目.首先根据阿基米德原理F浮=m排g, 可得 F浮水∶F浮酒=9∶8,求浮力不难,但难度在于确定物块静止时在液体中所处的状态,而此物块的状态具有不确定性,需分类讨论.可能有四种情形:
  (1)物块在水、酒精中均漂浮;
  (2)物块在水、酒精中均沉底(都浸没在其中);
  (3)物块在水中沉底,在酒精中漂浮;
  (4)物块在酒精中沉底,在水中漂浮.
  现将上述情形逐一分析:
  (1)假设情形1成立,根据漂浮条件,受到的浮力等于自身重力,且物块的质量不变、重力不变,所以,物块在水中和酒精中受到的浮力相等,即
  F浮水∶F浮酒=1∶1≠9∶8,与题意不符,所以假设情形1不正确.
  (2)假设情形2成立,则物体浸没在水中和酒精中,物体排开液体的体积和自身的体积相等,
  即V排=V物;又根据阿基米德原理F浮水=ρ水gV物,F浮酒=ρ酒gV物,得浮力比为F浮水∶F浮酒=5∶4≠9∶8,与题意不符,所以假设情形2也不正确.
  (3)假设情形3成立,则违背物体的浮沉条件:漂浮ρ液>ρ物,沉底ρ物>ρ液,所以假设情形3不正确.
  (4)因水的密度大于酒精的密度,
  所以,由(1)(2)(3)可知,只能是物体在水中漂浮,在酒精中沉底(浸没),
  根据漂浮条件,物体受到水的浮力F浮水=
  ρ物Vg;
  根据阿基米德原理,在酒精中受到的浮力F浮酒=ρ酒gV,所以,
  F浮水F浮酒=ρ物Vgρ酒Vg=98
  解得:ρ物=ρ酒=98×0.8g/cm3=0.9 g/cm3.
  2.2 对物质的物理属性分类讨论
  有些物理问题,由于物质本身属性变化,会使问题的结果出现多种可能,因此在解决此类问题时,需要对物理属性的多种可能进行分类讨论,才有利于问题的解决.
  例2 现有A、B、C三个轻质小球,已知:A带正电,A和B相互排斥,B和C相互吸引,C和A相互吸引,则C带电情况的是
  A.一定带正电 B.一定带负电
  C.可能不带电 D.无法确定
  解析 该题主要涉及A、B、C三小球中任意两球电荷间相互作用的关系.由于A带正电,B、C两球的电性未知,可能有多种变化,因而需对B、C两球的电性进行分类讨论,具体如下:
  B球的电性可能有三种:
  (1)若B不带电,则A、B相互吸引,
  (2)若B带负电,则A、B相互吸引,
  (3)若B带正电,则A、B相互排斥,
  根据题意,可确定:B带正电.
  接下来,判定C的电性,参照上述方法分析:
  (1)若C带正电,则B、C相互排斥,
  (2)若C带负电,则B、C相互吸引,
  (3)若C不带电,则B、C相互吸引.
  对照已知条件,C可能不带电、也可能带负电,故答案为:C.
  2.3 对已知条件分类讨论
  在某些物理问题中,由于已知条件不够明确,此时出现需要对已知条件的多种可能进行分类讨论,才能对问题进行求解.
  例3 已知电源电压为6 V不变,现有两个定值电阻R1、R2接入电路中,串联在其中的电流表示数为0.25 A;若R1、R2换另一种方式接入电路中,电流表示数变为1 A,求R1、R2的阻值分别为多少?
  解析 该题主要考查串、并联电路中电流、电压的特点和欧姆定律.解答此类题首先需要确定两个电阻的连接方式,但在已知条件中并没有明确表示,致使R1、R2的连接方式有几种可能:
  (1)若R1、R2并联,则根据并联电路中电流、电压的特点和欧姆定律,可得
  I=UR1 UR2
  (2)若R1、R2串联,则根据串联电路中电阻的特点和欧姆定律,可得
  I′=UR1 R2
  比较上述两式,可得:I>I′,
  由此可得 6VR1 R2=0.25A
  6VR1 6VR2=1 A
  由上述两式解得,R1=R2=12Ω.
  综上所述,分类法在探究物理概念和规律以及解题过程中,应用非常广泛,所以教师在平时的教学中,要适时渗透物理分类法的思想,引导学生领会分类法的思想精髓,指导学生应用分类法解决物理问题,从而不断提高学生的思维能力和科学素质.
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