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如何講解物理規律

物理學作為一門以實驗為基礎,研究自然界中一切物質的運動、物質結構及變化、物質相互作用的基本規律的學科,具有很強的實踐性和科學的嚴謹性,而物理規律(包括定律、定理、原理和定則等)是物理現象、過程在一定條件下發生、發展和變化的必然趨勢及其本質聯系的反映.它是中學物理基礎知識最重要的內容,是物理知識結構體系的樞紐.因此,規律教學是中學物理教學的中心任務.在物理課堂教學中,教師應注意引導學生分析、體會建立物理概念、物理規律的科學方法。在中學物理課本中,用科學方法建立物理概念、探索物理規律的內容是很多的。教師在教學中應當自覺挖掘教材中的科學方法教育因素,對學生進行科學方法教育,培養其科學素質。那么怎樣才能搞好規律教學呢?

一、物理規律的類型

1.實驗規律:物理學中的絕大多數規律是實驗規律,是在觀察和實驗的基礎上,通過分析歸納總結出來的,我們把它們叫做實驗規律.如牛頓第二定律、歐姆定律、法拉第電磁感應定律、氣體實驗三定律、光的反射和折射定律等.

2.理論規律:有些物理規律是以已知的事實為根據,通過推理總結出來的,我們把它叫做理論規律.如動能定理是根據牛頓第二定律和運動學公式推導出來的.又如萬有引力定律是牛頓經過科學推理而發現的.

3.理想規律:有些物理規律不能直接用實驗來證明,但是具有足夠數量的經驗事實.如果把這些經驗事實進行整理分析,去掉非主要因素,抓住主要因素,推理到理想的情況下,總結出來的規律,我們把它叫做理想規律.如牛頓第一定律、質點、理想氣體、光滑表面、輕繩、輕桿等模型的建立等.

二、物理規律教學的基本方法

在物理規律的教學過程中,不僅要讓學生掌握規律本身,還要對規律的建立過程、研究問題的科學方法進行深入了解,更重要的是如何應用規律來解決具體問題.為此,對不同的物理規律應采用不同的教學方法.

1.實驗規律的教學方法

(1)探索法
探索實驗法就是根據某些物理規律的特點,設計實驗,讓學生通過自己做實驗,總結出有關的物理規律.
例如在牛頓第二定律的教學中,讓學生通過實驗探索加速度與力的關系以及加速度與質量的關系.使學生得出:在質量一定的條件下,加速度與外力成正比;在外力一定的條件下,加速度與質量成反比的結論.在此基礎上,教師指導學生總結加速度、外力和質量間的關系,得出牛頓第二定律. 在胡克定律的教學中,讓學生通過實驗探索彈簧的伸長量與彈簧的彈力的關系,從而得出胡克定律等。
采用探索實驗法,不但能使學生將實驗總結出來的規律,深刻理解、牢固記憶,而且還能充分調動學生學習的主動性,增強學習興趣,更重要是通過這種方法使學生掌握了研究物理問題的基本方法.

(2)驗證法
驗證實驗法是采用證明規律的方法進行教學,從而使學生理解和掌握物理規律.具體實施時先由教師和學生一起提出問題,將物理規律直接告訴學生,然后教師指導學生并和學生一起通過觀察分析有關現象、實驗結論,驗證物理規律.
例如在“力的合成方法”的教學中,讓學生通過實驗驗證平行四邊形定則,再在此基礎上,進行理論探討,得出合力大小與方向的表達式.例如驗證動量守恒定律、驗證機械能守恒定律等。
驗證實驗法的最大特點是學生學習十分主動.這是因為在驗證規律時,學生已知問題的答案,對于下一步的學習目的及方法已經清楚,所以更加有的放矢,也更容易發現新的物理問題.

(3)演示法

演示實驗法就是教師通過演示實驗,引導學生觀察,根據實驗現象,師生共同分析、歸納,總結出有關的物理規律.

如在“焦耳定律”的教學中,可采用如下的方法:

①根據日常生活和生產實際經驗,分析出電熱I與電流強度Q、電阻R和通電時間t有關.

②研究方法:控制變量法.當電流I、時間t相同時,研究電熱Q與電阻R的關系.當電阻R、時間t相同時,研究電熱Q與通電時間t的關系.

③通過演示實驗找出Q與I、R和t的關系.這個演示實驗的關鍵是如何提高實驗的可見度.我們采用先進的教學設備——實物投影儀將溫度計液柱的升降情況直接投影到大屏幕上.讓全體學生都能看到溫度計液柱的變化.由實驗得出結論:當I與t一定時,R越大,Q越大;當R與t一定時,I越大,Q越大;當I與R一定時,t越大,Q越大.

④根據演示實驗結論,分析得出焦耳定律.這種方法要充分發揮演示實驗的作用,增強演示實驗的效果.

2.理論規律的教學方法

理論規律是由已知的物理規律經過推導,得出的新的物理規律.因此,在理論規律教學中應采用“理論推導法”.

如在“動能定理”的教學中,教師提出問題:質量為m的物體在外力f的作用下,由速度v1,經過位移s,達到速度v2.請學生運用所學的知識,找出外力所做的功跟物體動能變化的關系.學生在老師的指導下,根據牛頓第二定律和運動學規律,都能運用“理論推導法”推導出動能定理的數學表達式.

3.理想規律的教學方法

理想規律是在物理事實的基礎上,通過合理推理至理想情況而總結出的物理規律.因此在教學中應用“合理推理法”.如在牛頓第一定律的教學中,要引導學生通過在不同表面上做小車沿斜面下滑的實驗,發現平面越光滑,摩擦阻力越小,小車滑得越遠.如果推理到平面光滑、沒有摩擦阻力的情況下,小車則將永遠運動下去,且速度不變,做勻速直線運動,從而總結出牛頓第一定律.又如理想氣體狀態方程也是在理想條件下得出的.

三、物理規律教學中應注意的問題

1.弄清物理規律的發現過程

(1)實驗規律都是經過多次觀察和實驗,進行歸納推理得到的.如牛頓第二定律、氣體實驗三定律等.

(2)理論規律是由已知規律經過理論推導而得到的新規律.如萬有引力定律是由牛頓第二定律推導出來的.


(3)理想規律都是由物理事實,經過合理推理而發現的.如牛頓第一定律,理想氣體狀態方程.

2.注意物理規律之間的聯系

有些物理規律之間是存在著相互關系的.以牛頓第一定律與牛頓第二定律為例,兩個定律是從不同的角度回答了力與運動的關系.第一定律是說物體不受外力時做什么運動,第二定律是說物體受力作用時做什么運動.第一定律是第二定律的基礎,沒有第一定律,就不會有第二定律.雖然第一定律可以看成是第二定律的特例,但不能去掉第一定律.

3.要深刻理解規律的物理意義

在規律教學過程中,要引導學生深刻理解規律的物理意義,防止死記硬套.為此應做好以下幾點:

(1)從理論上解釋實驗規律,做到從理論和實驗兩個方面來充分認識物理規律.如玻意爾定律是實驗定律,也可以從分子動理論來解釋它,做到理論與實驗相統一.

(2)要從物理意義上去理解物理規律的數學表達式.如ρ=m/v.對同一物質而言,不能說密度跟質量成正比,跟體積成反比.因為同一物質的密度是不變的.

(3)要引導學生總結物理規律間的相互聯系,以便更深入的理解物理規律.如動量守恒定律與牛頓第三定律的關系;動能定理、動量定理跟牛頓第二定律的關系等.

(4)要充分認識物理規律中各個物理量的物理意義.如F=ma中的F指的是物體所受的合外力;在E=ΔΦ/Δt中,要區別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意義;又如在a=Δv/Δt中,要區別v、Δv、Δv/Δt的物理意義.

4.注意物理規律的適用范圍

物理規律往往都是在一定的條件下建立或推導出來的,只能在一定的范圍內使用.超越這個范圍,物理規律則不成立,有時甚至會得出錯誤結論.這一點往往易被學生忽視,他們一遇到具體問題,就亂套亂用物理規律,或者盲目外推,得出錯誤結論.因此,在物理規律教學中,要引導學生注意物理規律的適用范圍,使他們能夠正確使用物理規律解決實際問題.

四、運用物理規律解決實際問題

在規律教學中,要指導學生運用物理規律去分析和解決具體的物理問題,在使用中進一步加深對物理規律及其物理意義的理解.

1.培養學生運用物理規律解決實際問題的能力

例題的作用就是示范性,通過對例題的分析,總結出解決問題的思路、方法與步驟,引導學生應用物理規律解決實際問題.如牛頓第二定律的應用可分為3個方面:

(1)由力F求加速度a.

(2)由加速度F求力a.

(3)由m=F/a來解釋慣性與質量的關系.

針對上述3種情況,可以各設計一個典型例題,指導學生運用牛頓第二定律解決實際問題,從而達到培養學生運用物理規律解決實際問題的能力.

2.強化訓練學生運用物理規律解決具體問題的能力

精心挑選習題,讓學生通過適量訓練,在實踐中總結運用物理規律解決實際問題的方法與技巧,從而達到提高運用物理規律解決物理問題的能力.注意習題要少而精,不搞題海戰術.

3.適時組織測驗,檢查學生運用物理規律解決實際問題的能力

適時、定期組織物理測驗,是檢查物理規律教學效果的有效途徑.

綜上所述,我們對物理規律的教學進行了系統、全面、具體的研究,總結出了一般規律.但教學是一門創造性藝術,只有在教學中不斷創新,敢于試驗,大膽改革,才能提高物理規律的教學水平.

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