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物理规律(包括物理定律、定理、原理、定则、公式等)反映了物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。物理规律是在人类对客观世界的认识过程中形成的,它是在大量实验的基础上经归纳、推理、判断等思维活动获得的科学结论。它的形成过程蕴含着极为可贵的物理方法、物理思想。
物理规律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。物理规律的教学是高中物理教学的核心,是落实新课程标准育人目标的重要环节,是体现新课程标准理念的关键。在中学物理教学中,学生的智力和能力,主要在观察、实验、探索和分析物理现象,理解、掌握物理规律的过程中,不断发展起来的。我们应当认真抓好物理规律的教学。
中学物理规律教学过程中应注意以下几个问题
一、了解物理规律的类型
物理规律包括实验规律、理想规律、理论规律。
实验规律是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,中学物理中的绝大多数规律都属于这种类型。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律、光的反射和折射定律等。在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探究加速度与力的关系以及加速度与质量的关系,得出在质量一定的条件下加速度与外力成正比、在外力一定的条件下加速度与质量成反比的结论,从而总结出牛顿第二定律。
理想规律是在物理事实的基础上,通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。教学中要引导学生“合理推理”。如牛顿第一定律、质点、理想气体、光滑表面、轻绳、轻杆等模型的建立。在牛顿第一定律的教学中,引导学生在不同斜面上做小车下滑的实验,发现平面越光滑,小车滑行越远,推理至理想情况下,如果平面光滑(即小车和平面之间无摩擦),小车将永远运动下去,且做匀速直线运动,从而总结出牛顿第一定律。
理论规律是由已知的事实和物理规律经过推理而得出的物理规律。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。又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。
二、重视物理规律发现的历史背景
让学生了解物理规律发现的历史背景,有利于培养他们发现问题、想方设法解决问题的科学探索精神,有利于培养他们认真观察、分析问题的良好习惯。
例如,在电磁感应定律的教学中介绍科学家法拉第。1820年奥斯特发现电流的磁效应,善于思考的法拉第就想,既然电能生磁,那么磁能否生电?经历了多次失败,他并没有退缩,坚信“电与磁是一对和谐的对称现象,磁一定能生电”。经过十年的艰辛探索,终于在1831年8月实验获得成功,实现了“磁生电”的夙愿,宣告了电气时代的到来。同样,沃拉斯顿在英国皇家学院实验室也做了类似的实验,“仅仅是因为仪器出了点故障,实验失败了,他没有继续探索。否则沃拉斯顿将成为电磁感应现象的最早发现者”(物理学家戴维语)。
从以上两位科学家的研究态度可以看出,只有敢于面对失败,勇于探索并认真观察、分析问题才会有所成就。实践证明,在课堂教学中适当引入规律发现的历史背景,对激发学生的探索精神、培养学生认真分析问题的态度是很有帮助的。
三、理解物理规律的物理意义
中学阶段所研究的物理规律,一般都要用文字语言加以表达,即用一段话把某一规律的物理意义表述出来。对于物理规律的文字表述,要认真加以分析,使学生真正理解它的含义,而不能让学生去死记结论。对规律的文字表述的引出,必须在学生对有关问题进行分析、研究、并对它的本质有相当认识的基础上进行,切不可在学生毫无认识或认识不足的情况下“搬出来”,“灌”给学生,然后再逐字逐句解释和说明。
大多数物理规律的内容都可以用数学公式表达出来,公式的形式要能表达出定律的内容,能反映出研究对象间的内在联系。对于物理公式,一要研究它是怎样建立起来的,二要研究公式所表示的物理意义。例如。牛顿第二定律公式F=ma,它揭示了一定质量的物体所受的合外力与由此而产生的加速度之间的关系,如果只从数学形式考虑,就可能得出物体的质量与所受的外力成正比,或物体的质量与它的加速度成反比(m=f/a)这显然是错误的。
教师在物理规律教学过程中,要从理论上和实验上充分认识、理解物理规律,做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律。如玻意尔定律、查理定律、盖吕萨克定律既是实验定律,也可用分子动理论来解释,做到理论和实验的统一;要从物理意义上理解物理规律图象。如在“波的图象”的教学中,让学生清楚理解图象的物理意义:x轴表示波的传播方向,波在此方向上做匀速直线运动;棉自表示各质点在某时刻偏离平衡位置的位移,各质点以平衡位置为中心做简谐运动。要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式,如C=Q/U。对同一电容器而言,不能说电容跟电容器的带电量成正比,跟两板间的电势差成反比,因为电容器的电容是由电容器本身决定的,与Q和U无关;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。如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系;动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等。
四、明确物理规律的适用条件
物理规律适用条件的教学是重中之重。物理规律都是在一定条件下反映某个物理现象或物理过程的变化规律的,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。学生一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,或者盲目外推,得出错误结论。因此,在物理规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用条件和范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。
学生只有明确规律的适用条件和范围,才能正确地运用规律来研究和解决问题,避免乱用规律、乱套公式的现象。例如,单摆振动的公式的成立条件是摆角小于5。牛顿定律的适用范围是可视为质点的宏观物体、常速和惯性系;库仑定律的适用条件是真空中的点电荷。如讲完库仑定律后让学生做一道相关练习题。
例:在真空中有两个完全相同的带正电的金属小球,带电量均为口,半径为r,相距为3r,两小球之间的相互作用力为F,则
A、F2/(3r)2
B、F>kq2/(3r)2
C、F=kq2/(3r)2
D、无法确定
正确答案为选项A。笔者在对学生的检测调查中发现,选择选项A的只占极少数,选择选项c的是多数。此题考查的内容是库仑定律的适用条件,考查的结果提醒教师要重视物理规律适用条件的课堂教学。
五、强化利用物理规律求解有关实际问题的训练
对于重点物理规律,不仅要求学生理解,而且要求会灵活运用,掌握物理规律的目的在于能够运用物理规律去解决问题。运用的过程,是将抽象的物理规律具体化的过程,从而完成认识上的第二个“飞跃”。在这一过程中,一方面可以巩固、深化和活化对规律的理解;另一方面,可以使学生学到分析、处理实际问题的方法,发展学生分析、解决问题的能力,运用数学解决物理问题的能力,逻辑说理和表达能力,手脑并用、独立解决简单实际问题的能力,以及创造能力等。
在具体的教学中通过对例题的分析,总结出解决问题的思路、方法与步骤,引导学生应用物理规律解决实际问题。精心挑选习题,让学生通过适量训练,在实践中总结运用物理规律解决实际问题的方法与技巧。从而达到提高运用物理规律解决物理问题的能力。
六、检查学生对物理规律掌握的情况
在规律教学过程中,适时、定期组织物理检测,是检查物理规律教学效果的有效途径。值得注意的是,在运用物理规律的过程中,要指导学生不断总结分析问题和解决问题的方法与技巧,能做到举一反三。
学生掌握物理规律有一个发展的过程。教学中要根据学生的特点,深入研究、钻研教材,把握好物理规律的深度和广度,更好地完成物理规律的教学。为体现新课程标准的理念,在物理规律的教学中不仅要重视知识的教学,还应突出规律的形成过程和方法的教学,在教学过程中要充分调动和发挥学生的积极性和主动性,加强自主学习,加强科学探究。
物理规律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。物理规律的教学是高中物理教学的核心,是落实新课程标准育人目标的重要环节,是体现新课程标准理念的关键。在中学物理教学中,学生的智力和能力,主要在观察、实验、探索和分析物理现象,理解、掌握物理规律的过程中,不断发展起来的。我们应当认真抓好物理规律的教学。
中学物理规律教学过程中应注意以下几个问题
一、了解物理规律的类型
物理规律包括实验规律、理想规律、理论规律。
实验规律是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,中学物理中的绝大多数规律都属于这种类型。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律、光的反射和折射定律等。在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探究加速度与力的关系以及加速度与质量的关系,得出在质量一定的条件下加速度与外力成正比、在外力一定的条件下加速度与质量成反比的结论,从而总结出牛顿第二定律。
理想规律是在物理事实的基础上,通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。教学中要引导学生“合理推理”。如牛顿第一定律、质点、理想气体、光滑表面、轻绳、轻杆等模型的建立。在牛顿第一定律的教学中,引导学生在不同斜面上做小车下滑的实验,发现平面越光滑,小车滑行越远,推理至理想情况下,如果平面光滑(即小车和平面之间无摩擦),小车将永远运动下去,且做匀速直线运动,从而总结出牛顿第一定律。
理论规律是由已知的事实和物理规律经过推理而得出的物理规律。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。又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的。
二、重视物理规律发现的历史背景
让学生了解物理规律发现的历史背景,有利于培养他们发现问题、想方设法解决问题的科学探索精神,有利于培养他们认真观察、分析问题的良好习惯。
例如,在电磁感应定律的教学中介绍科学家法拉第。1820年奥斯特发现电流的磁效应,善于思考的法拉第就想,既然电能生磁,那么磁能否生电?经历了多次失败,他并没有退缩,坚信“电与磁是一对和谐的对称现象,磁一定能生电”。经过十年的艰辛探索,终于在1831年8月实验获得成功,实现了“磁生电”的夙愿,宣告了电气时代的到来。同样,沃拉斯顿在英国皇家学院实验室也做了类似的实验,“仅仅是因为仪器出了点故障,实验失败了,他没有继续探索。否则沃拉斯顿将成为电磁感应现象的最早发现者”(物理学家戴维语)。
从以上两位科学家的研究态度可以看出,只有敢于面对失败,勇于探索并认真观察、分析问题才会有所成就。实践证明,在课堂教学中适当引入规律发现的历史背景,对激发学生的探索精神、培养学生认真分析问题的态度是很有帮助的。
三、理解物理规律的物理意义
中学阶段所研究的物理规律,一般都要用文字语言加以表达,即用一段话把某一规律的物理意义表述出来。对于物理规律的文字表述,要认真加以分析,使学生真正理解它的含义,而不能让学生去死记结论。对规律的文字表述的引出,必须在学生对有关问题进行分析、研究、并对它的本质有相当认识的基础上进行,切不可在学生毫无认识或认识不足的情况下“搬出来”,“灌”给学生,然后再逐字逐句解释和说明。
大多数物理规律的内容都可以用数学公式表达出来,公式的形式要能表达出定律的内容,能反映出研究对象间的内在联系。对于物理公式,一要研究它是怎样建立起来的,二要研究公式所表示的物理意义。例如。牛顿第二定律公式F=ma,它揭示了一定质量的物体所受的合外力与由此而产生的加速度之间的关系,如果只从数学形式考虑,就可能得出物体的质量与所受的外力成正比,或物体的质量与它的加速度成反比(m=f/a)这显然是错误的。
教师在物理规律教学过程中,要从理论上和实验上充分认识、理解物理规律,做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律。如玻意尔定律、查理定律、盖吕萨克定律既是实验定律,也可用分子动理论来解释,做到理论和实验的统一;要从物理意义上理解物理规律图象。如在“波的图象”的教学中,让学生清楚理解图象的物理意义:x轴表示波的传播方向,波在此方向上做匀速直线运动;棉自表示各质点在某时刻偏离平衡位置的位移,各质点以平衡位置为中心做简谐运动。要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式,如C=Q/U。对同一电容器而言,不能说电容跟电容器的带电量成正比,跟两板间的电势差成反比,因为电容器的电容是由电容器本身决定的,与Q和U无关;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。如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系;动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等。
四、明确物理规律的适用条件
物理规律适用条件的教学是重中之重。物理规律都是在一定条件下反映某个物理现象或物理过程的变化规律的,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。学生一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,或者盲目外推,得出错误结论。因此,在物理规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用条件和范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。
学生只有明确规律的适用条件和范围,才能正确地运用规律来研究和解决问题,避免乱用规律、乱套公式的现象。例如,单摆振动的公式的成立条件是摆角小于5。牛顿定律的适用范围是可视为质点的宏观物体、常速和惯性系;库仑定律的适用条件是真空中的点电荷。如讲完库仑定律后让学生做一道相关练习题。
例:在真空中有两个完全相同的带正电的金属小球,带电量均为口,半径为r,相距为3r,两小球之间的相互作用力为F,则
A、F
B、F>kq2/(3r)2
C、F=kq2/(3r)2
D、无法确定
正确答案为选项A。笔者在对学生的检测调查中发现,选择选项A的只占极少数,选择选项c的是多数。此题考查的内容是库仑定律的适用条件,考查的结果提醒教师要重视物理规律适用条件的课堂教学。
五、强化利用物理规律求解有关实际问题的训练
对于重点物理规律,不仅要求学生理解,而且要求会灵活运用,掌握物理规律的目的在于能够运用物理规律去解决问题。运用的过程,是将抽象的物理规律具体化的过程,从而完成认识上的第二个“飞跃”。在这一过程中,一方面可以巩固、深化和活化对规律的理解;另一方面,可以使学生学到分析、处理实际问题的方法,发展学生分析、解决问题的能力,运用数学解决物理问题的能力,逻辑说理和表达能力,手脑并用、独立解决简单实际问题的能力,以及创造能力等。
在具体的教学中通过对例题的分析,总结出解决问题的思路、方法与步骤,引导学生应用物理规律解决实际问题。精心挑选习题,让学生通过适量训练,在实践中总结运用物理规律解决实际问题的方法与技巧。从而达到提高运用物理规律解决物理问题的能力。
六、检查学生对物理规律掌握的情况
在规律教学过程中,适时、定期组织物理检测,是检查物理规律教学效果的有效途径。值得注意的是,在运用物理规律的过程中,要指导学生不断总结分析问题和解决问题的方法与技巧,能做到举一反三。
学生掌握物理规律有一个发展的过程。教学中要根据学生的特点,深入研究、钻研教材,把握好物理规律的深度和广度,更好地完成物理规律的教学。为体现新课程标准的理念,在物理规律的教学中不仅要重视知识的教学,还应突出规律的形成过程和方法的教学,在教学过程中要充分调动和发挥学生的积极性和主动性,加强自主学习,加强科学探究。