时间:2023-07-19 17:31:48
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇欧姆定律的相量形式,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
在物理教学中物理定律的概念很多,物理定律是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表达式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表达式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
一、牛顿第一定律。采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的含义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当做第二定律的特例;惯性不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以......”教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
二、牛顿第二定律。在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应注意公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
三、万有引力定律。教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力常量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
四、机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
五、动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
六、欧姆定律。中学物理课本中欧姆定律是通过实验得出的。公式为I=U/R或U=IR。教学时应注意:①“电流强度跟电压成正比”是对同一导体而言;“电流强度跟电阻成反比”是对不同导体说的。②I、U、R是同一电路的三个参量。③闭合电路的欧姆定律的教学难点和关键是电动势的概念,并用实验得到电源电动势等于内、外电压之和。然后用欧姆定律导出I=ε/(R+r)(也可以用能量转化和守恒定律推导)。④闭合电路的欧姆定律公式可变换成多种形式,要明确它们的物理意义。⑤教师应明确,普通物理学中的欧姆定律公式多数是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,导体就不服从欧姆定律。但不论导体服从欧姆定律与否,R=U/I这个关系式都可以作为导体电阻的一般定义式。中学物理课本不把 R=U/R列入欧姆定律公式,是为了避免学生把欧姆定律公式跟电阻的定义式混淆。这样处理似乎欠妥。
七、楞次定律。可以采用探究教学法,让学生通过实验得到的结论归纳出定律。教学时应注意:①楞次定律是确定感生电流方向的规律,同时也确定感生电动势的方向。如果是断路,通常我们可以把它想象为闭合电路。②感生电流的磁场只能“阻碍”原磁通的变化,不能“阻止”它的变化,否则就不会继续产生感生电流。“阻碍”或者说“反抗”原磁通的变化,实质上是使其他形式能量转化为电能的一种表现,符合能量守恒定律。③要使学生熟练掌握应用楞次定律判定感生电流方向的3个步骤。④明确右手定则可看作是楞次定律的特殊情况,并能根据具体情况选用定则或定律来判断感生电流的方向。
(作者单位:河南省巩义市芝田镇第一初级中学)
第一种,学生观看视频
这种教学法是教师将欧姆定律的探究过程在课前以边讲边操作的方式制作成录像,然后在上课时直接播放给学生看.教师在上课时不需要做任何讲解,一直等到实验数据分析、归纳得出欧姆定律以后再进行课堂训练,以帮助学生理解欧姆定律的意义,学会用欧姆定律进行简单的计算.
第二种,学生浏览课件
这种方法是教师将教学内容制作成幻灯片,如实验题目、实验方法、实验电路图、电路连接注意点、用实物连接电路、通过滑动变阻器的调节对电压与电阻进行控制、实验数据表格及数据阅读分析、欧姆定律的文字描述、公式、单位等等.在课堂上,教师边讲解边放幻灯片,学生则合着老师的讲解进行观察、思考、分析、归纳与记忆.在欧姆定律得出以后,同样进行课堂训练,以巩固知识,加深理解.
第三种,学生实验探究
这种方法是教师上课时先通过演示实验启发学生发现问题、提出猜想与假设,然后再引导学生思考实验研究方法,帮助学生讨论、设计与制订实验计划、分组进行实验探究,记录、分析、归纳实验结论,再在此基础上对实验误差进行评估与交流等等.具体过程如下:
第一步,教师在演示电路板上用导线将干电池组、开关、小灯泡连接成一简单的电路,闭合开关小灯泡发光后,启发学生思考讨论,要想改变小灯泡的亮度可怎么做?有几种方法?当学生讨论回答出改变电池节数和用滑动变阻器串联移动滑片两种方法时,再引导学生明确灯泡亮度的变化是由于灯泡电压的变化使得通过灯泡的电流发生了变化,从而启发学生提出通过灯泡的电流与电压有关的猜想与假设.
第二步,移去变阻器,在上述简单电路中并联接入另一只不同规格的灯泡,闭合开关,引导学生观察两灯泡亮度的不同,思考讨论灯泡并联电压相同,两灯泡电阻的不同使得通过灯泡的电流不同,从而引起灯泡亮度不同,在此基础上启发学生提出通过灯泡的电流与电阻有关的猜想与假设.
第三步,当学生得出电流与电压和电阻有关的猜想后,教师引导学生讨论实验探究方法、规划实验方案、设计实验电路图、画出实验记录表格.
第四步,分组进行探究与实验、记录实验数据、分析讨论与归纳实验结论,引导学生在坐标纸上将研究电流与电压关系的实验数据用描点的方法作图,验证电流与电压的正比关系.
第五步,在实验结论得出后,介绍欧姆定律及其公式表达形式,讨论各物理量单位的使用,对各小组实验进行评估,分析误差和错误产生的原因.
第六步,讨论欧姆定律变换公式及其物理意义,利用欧姆定律及变换公式进行简单的计算.
以上三种教学方案中,第一种方案是老师在课前要进行实验操作录像并作配音讲解;第二种方案是老师只要从网上下载课件并稍作修改即可;第三种方案是老师在课前要准备演示及分组实验器材.第一种和第二种教学方案中,学生在课堂上主要是在老师放录像和课件时认真地听讲、观察、思考和记忆,这是一种接受式学习方式.而第三种教学方案中,学生在老师的引导下自主发现并提出问题、进行猜想与假设,自行制订实验规划、设计实验电路图,小组合作实验探究,师生共同讨论、归纳建构物理知识,这是一种以生为本的体验式的学习方式.前两种与后一种在落实课程目标和促进学生发展等方面有着明显的差别.我们可以从《欧姆定律》这节课的教学目标进行分析:
教育部2011年新版义务教育物理课程标准将欧姆定律的实验探究由原来的教师演示实验改成了学生必做的实验.根据新课标,《欧姆定律》一课的教学目标大致有以下几个方面:
1.知识与技能目标:
(1)理解欧姆定律及其变换公式的物理意义,能初步运用欧姆定律计算有关问题.
(2)学会同时使用电流表和电压表测量一段导体两端的电压和其中的电流.
(3) 进一步体会用图像法研究物理问题的优越性.
2.过程与方法目标
(1)通过实验探究电流、电压、电阻的关系,会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压.
(2) 提高学生依据实验事实,分析、探索、归纳问题的能力,知道通过实验总结物理规律的研究方法.
3. 情感态度与价值观目标
介绍欧姆的故事,增进学生热爱科学、追求科学、献身科学的学习热情.重视学生对物理规律的客观性、普遍性和科学性的认识,注意学生科学世界观的形成.
教师如果采用前两种多媒体教学方案替代第三种学生实验探究教学方案,就会改变多媒体教学辅地位,违背教学规律,弱化教学效果.
首先,不恰当地使用多媒体教学手段,会抑制学生的学习兴趣,难以调动学生主体的积极性,从而影响教学效果.
夸美纽斯说过:“兴趣是创造一个乐观与光明的教学环境的主要途径之一.”兴趣作为诱发学生学习动机的重要因素,在物理教学中主要是靠教师引导学生观察物理现象、动手做各种实验来激发学生学习兴趣的.虽然第一、第二种教学方案中的光、声、像等信息作用于学生感官,以直觉形象也能激发学生浓厚的学习兴趣,但由于是人为的录制、合成的,学生没有身临其境、亲自动手,就很难体会到电压、电阻对电流的影响.即使通过多媒体教学展示了实验过程,一部分学生会认为这是由老师设计制作好的,缺乏可信性.因此,当老师向学生介绍欧姆的故事时,学生就难以体会到科学家探索知识的艰苦与辛劳、成功与快乐,学生的科学世界观就难以形成.
我们都有这样的体会:电脑电视上歌舞银屏再精彩,也还抵不住到剧院看现场演出,哪怕是一般的演出也会让人感到很兴奋.这是什么原因?这就是人们普遍具有的一种强烈的“参与”意识.卡拉OK的流行不就是人们这种参与意识的外在体现吗?因此用录像投影来代替做实验,往往会抑制学生具有的人类天性――“参与”意识,甚至会让学生对科学知识的形成产生怀疑,学习兴趣就此会大打折扣,主体的积极性很难被调动起来,从而影响教学效果.
其次,不恰当地运用多媒体教学手段取代相关的实验,会违背学生的认知规律.
物理学家牛顿认为:“科学研究离不开实验,应在实验的基础上,运用归纳的方法总结规律,进而建立起理论.”这也是哲学中由实践到理论、由感性认识到理性认识过渡的普遍规律.现行中学物理教材也正是遵循这一规律而编写的.然而在教学中,如果违背学生的认知规律,不恰当地用多媒体教学手段去取代实验,必然会导致事与愿违的结果.实践证明:实验是学生认识过程的起点,通过实验有助于学生将感性认识上升到理性认识的高度,同时还可以使学生在反复的实践中加深对所学知识的理解.第一、第二种教学方案虽然通过多媒体教学方式也能反映实验过程,但这个过程不是学生自己动手做的,缺乏实践体验,因此就没有感性认识,电流与电压、电阻之间关系的结论就不能由学生自主建构.
再次,以多媒体教学手段取代物理实验,会影响学生实验技能和各种能力的发展,不利于学生学习情感、态度、价值观的培养.
一、增加物理教学的趣味性
根据调查可以发现,很多高中生普遍认为高中物理理解起来很难,很多同学因为找不到学习的正确方向而放弃了学习。而老师针对这个情况要做到通过一切可以运用的手段来提升学生的趣味性,“兴趣是最好的老师”,有了学习的兴趣,才可以谈物理学习的进步,而如果很多学生对物理没有兴趣,那么老师讲得天花乱坠都没有任何意义。物理老师可以提前使用PPT或者是其他展示软件设置和课程相匹配的教学课件,通过向同学播放有趣课件的方式来提高学生对物理的学习兴趣。
二、提高物理课堂效率
过去的物理教学课堂,单纯依靠板书来完成,物理老师进行板书会消耗大量的时间和精力,老师板书的时间可以多讲两到三个知识点。而电教媒体可以改善传统教学模式,可以大范围的展示知识脉络,让很多抽象知识更加的清晰直观,不仅增强课堂的趣味性,并且大大提升了物理课堂的效率,让很多知识的呈现方式更加简单明了。通过使用电教媒体,在教学过程中老师可以和同学达成互动,让更多的学生对高中物理产生浓厚的兴趣。
三、创设物理教学新情境
每当物理课堂进行了新理论的教学后,必然要通过不同的方式对知识加以巩固和实践。而很多物理知识因为较为抽象,单靠单纯的背诵和机械的重复是没有任何效果的,不仅乏味并且效率很低。这个时候,就可以利用多媒体创设不同的物理学习情境,把知识和物理情境结合在一起,能让学生在短时间内巩固自己已学知识,并且可以充分的理解。例如,在高二物理第二章恒定电流中的《欧姆定律》一节中,很多学生认为欧姆定律难以理解,老师在这时就可以利用多媒体创设几个可以应用欧姆定律的例子和情境,这就可以让学生了解到欧姆定律的多种用途,还有欧姆定律的来源和起因。又如,在《电阻定律》这一节中,因为电阻定律适用于很多领域,但是单凭老师的口头讲解,学生无法在脑中形成一个易于理解的总体概念,这个时候,老师可以通过制作有关不同类型电阻的动画,让学生加深对电阻形成的印象,以及对电路闭合等知识的了解,通过这种方法,大大提升了课堂效率,使得学习程度不同的学生都能接受,还在无形中提升了学生的抽象思维能力。
四、进行课程联想,提高物理学习创造力
在老师运用多媒体进行教学时,可以采用很多不同方式来表述整节课的中心课程。多媒体可以展示出丰富多彩的图片和课程有关的动画,以及带有趣味性的小故事等。通过多媒体教学,能够促进学生进行课程联想,能够与之前所学知识紧密结合,在日常生活中也能提高学生的创造力。例如,在高二物理第三章第一节《磁现象和磁场》这一章节中,可以先问学生发现了身边哪些磁现象,然后通过划分小组,讨论身边的磁现象是如何产生的,随后,老师就可以直接引入本节课的主题,通过多媒体来展示日常生活中的各种磁现象,并且以动画的形式来解释磁现象产生的原因,从而对整体的磁现象进行讲解,在多媒体的展示过程中,可以联系之前学过的知识,提问之前学过的知识哪些和磁现象有关,或者能对磁现象造成影响等问题,通过这种方式,来提升学生的思维发散能力,能够由点及面,层层深入,找到适合自己的物理学习方法。久而久之,学生在脑海中形成了固定的发散模式,物理成绩则会突飞猛进。
五、结束语
使用电教媒体来丰富高中物理课堂,是一个简单易行的事情。在教学过程中,物理老师应该将理论和实践相结合,充分调动学生的积极性。但如何能把电教媒体的优势发挥到最大化,是每个高中物理老师应该思考的问题。
作者:曲广宏单位:通辽市奈曼旗实验中学
一、电磁学教材的整体结构
电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用。其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等。为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此,应从以下三个方面来认真分析教材。
1. 电磁学的两种研究方式。
整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行,这两种方式均在高中教材里体现出来。只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力。
场的方法是研究电磁学的一般方法。场是物质,是物质的相互作用的特殊方式。中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电场、恒定电场、恒定磁场、静磁场、电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括中学物理电学部分的各章内容。
2. 物理知识规律。
物理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律,以及它们的相互联系。
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的。但是,物理定律并不是绝对准确的,在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性,因此其适用范围有一定的局限性。
“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系。
电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体。
3.通过电磁场在各方面表现的物质属性,使学生建立“世界是物质的”的观点。
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用。运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种场——磁场。磁体的周围也存在着磁场。磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。现在,科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形态。
二、以“学科体系的系统性”贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体
1. 场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。电场强度、电势、磁场磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念。电场线,磁感线是形象地描述场分布的一种手段。要进行比较,找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解。
2. 电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别。
3. 认真做好演示实验和学生实验,使抽象的概念形象化,通过演示实验是非常重要的措施。把各种实验做好,不仅使学生易于接受知识和掌握知识,也是基本技能的培养和训练。安排学生自己动手做实验,加强对实验现象的分析,引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力。从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看,应着力培养学生的独立实验能力和自学能力,使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上。
1.遵循新课程理念,用好教材,教学流程设计突出过程与方法。
下面是我在处理电动势这个教学难点的具体做法:
师问:电源的作用是什么?(假定自由电荷为正电荷)
生答:电源是把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极。
师问:把自由电荷从负极经电源内部搬运到正极过程中自由电荷受几个力作用?与电荷运动方向关系?
生答:受两个力。静电力的方向与正电荷的运动方向相反,另一个力与运动方向相同。
分析总结:正、负极堆积着正、负电荷,所以电源内部存在着有正极指向负极的静电场,正电荷在电源内部受到的这个静电力的方向与正电荷的运动方向相反,静电力充当阻力。要把电荷从负极搬运到正极就还要受克服静电场对电荷的作用力。这个力由电源提供叫做非静电力,方向与静电力相反。
师问:这两个力对电荷做功吗?电荷的能量变吗?
生答:静电力做负功,非静电力做正功。电荷的电势能增加。
分析总结:从能量转化的角度看,电源是把其它形式的能转化为电能的装置,通过非静电力做功,让电势能增加。即使是把相同的电荷量从负极移到正极,非静电力在不同的电源中做功也不一样,就像把相同的重物从一楼搬上二楼,如果楼层的层高不一样,人力做功就不一样。非静电力对电荷做的功与电荷的比值有特殊意义(相当于楼层的层高),定义为电动势。电动势是电源的一种特性,其大小与非静电力的性质有关,与W和q是无关的。
通过这样的教学过程,学生能建立闭合电路中电荷运动的图景,在分析讨论中感受到比值定义物理量的思想和做功研究能量变化的思想,这些对学好物理,提高解题能力有根本性的帮助。
2.注意学生自主学习能力的培养。
“高中物理新课程标准明确提出,要加强学生自主学习能力的培养,注重发展好奇心与求知欲,培养科学态度和科学精神”。[1]我在本章教学时安排两次自主学习的内容,一次是电阻定律的推导,另一次就是闭合电路的欧姆定律。下面是我在教第七节“闭合电路的欧姆定律”时安排的一节自学的情况:
我提出了如下几个思考题:
(1)闭合电路欧姆定律的推导过程?
(2)定律的文字叙述、公式及单位?
(3)公式中各项意义及各部分之间的关系?
(4)闭合电路欧姆定律与部分电路欧姆定律的区别?
我要求学生完成自学笔记。绝大多数学生在30分钟内完成。我再要求学生做3道浅显的选择题,学生一般5分钟可完成。接下来我组织学生交流讨论自习内容和体会。当然,自学从容量、深度等方面和正常一节课教学是有一定的差距,教师在学生自学的基础上还需安排一定的时间对本节内容进行适当拓展加深,这对学生自学意识、自学方法和能力培养是有意义的。
3.加强学生实验情况的研究、提高实验教学效益。
本章的实验非常重要,是高考重点,仔细分析一下这部分实验,有些实验对学生的实验能力要求比较高,学生在做的过程中感到很难。按惯例,许多学校都是一课时完成一个实验,结果大部分实验效果都不好,我们通常都认为完全是学生不认真造成的,其实不完全是这样。有一次我听了几节“电阻定律”实验探究课,那是全市青年教师课堂教学大赛,即使重点中学的学生,在教师十几分钟的讲解提示以后,能在二十多分钟做完实验、拿出较好数据的也只有两三组,而且几节课的情况大致相同,再结合高三学生实验复习暴露出来的情况,我对本章一些实验的教学作了一些调整。
比如在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验前,我专门增加了一节有关分压电源内容的教学,希望学生能对分压电源电路的结构、特点,以及与以前串联限流电路的区别有一个清楚的认识。实验除了正常实验要求,我还特别强调两点:(1)每位学生至少亲手连一遍电路;(2)电路连结分两步,先连分压电源再连测量部分,注意分压电源正负极。虽然我作了调整,但还有近一半的学生感到有困难。我们以前认为分压电电源电路不怎么难,其实对初学者来说还是很难,根据学生实验过程反映和暴露出的问题,主要表现在学生对分压电源电路工作原理的理解,实验电路结构复杂程度和受以前串联限流电路干扰等方面。因此,我们在实验教学过程中,应认真分析、研究学生的实际学习状况,及时调整教学进度和教学内容,耐心帮助学生解决实验中遇到的困难,而不是一味责怪学生。
本章还一个重要的实验是第九节“实验测定电池的电动势和内阻”分组实验,暴露出最大的问题是图像法处理数据,为此,我花了一节课专门针对该实验的数据进行处理。
4.重视“科学・技术・社会”观念渗透教育,加强对学生情感态度价值观的培养。
《普通高中物理新课程标准》强调让学生“了解体会物理学对经济、社会发展的贡献。关注并思考与物理学相关的热点问题,有可持续发展的意识,能在力所能及的范围内,为社会可持续发展做出贡献”。[2]本章教材中与社会、生活、科技相关的有电池问题、电阻问题、集成电路问题、照明电问题。我们在教学中应予以重视。
我将班级分成若干小组,对市场上可充电电池进行调查,调查哪些种类电池对环境污染较大,哪些则相对较小?各小组根据自己的调查,写出了调查报告。经过评比,我选出其中较好的三份报告在全班进行交流。学生的热情还是比较高的。通过交流,学生对于电池对环境可能造成的污染和对人类可能造成的伤害有了清晰的认识,并且了解了一些关于如何处理废旧电池的正确方法,不仅知道了科学技术造福人类,而且了解科技的发展带来的一些社会问题。学生由此明白,我们应站在更高的层面认识“科学・技术・社会”,养成环境保护、可持续发展的意识,身体力行,从每件小事做起。
[关键词]物理教学 电磁学 电磁场 电路
物理教材中所阐述的内容主要是经典物理学的基础知识,这些理论是建立在牛顿时空观的基础上,以力学、电磁学为重点。本文就电磁学部分的教学谈谈自己的观点。
一、电磁学的知识体系
电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用,其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象、电磁辐射和电磁场等。为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此,应从以下三个方面来认真分析教材。
1.电磁学的两种研究方式
整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行。只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力。
场是物质的相互作用的特殊方式。电磁学部分完全可用场的概念统一起来,静电场、恒定电场、静磁场、恒定磁场、电磁场等,组成一个关于场的体系。
“路”是“场”的一种特殊情况。物理教材以“路”为线的框架可理顺为:静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。
“场”和“路”之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律,是以“场”为基础的,“场”是电磁运动的实质,因此可以说“场”是实质,“路”是方法。
2.认识物理规律
规律体现在一系列物理基本概念、定律、原理以及它们的相互联系中。
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较,找出它们相互之间存在的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的。
“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系,电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体。
“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性,用研究电场的方法进行类比,可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。
“电磁感应”这一章,重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中,能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础,它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面,是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践,进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场,对场的认识又上升了一步。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律,同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步。
3.通过电磁场所表现的物质属性,使学生建立“世界是物质的”的观点
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明,在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用,运动电荷的周围除了电场外还存在着磁场。磁体的周围也存在着磁场,磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。科学实验证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形态。
运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对其它运动的电荷(电流)有磁场力的作用,所有磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象,得出结论:任何变化的磁场能够在周围空间产生电场,任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论,变化的电场和变化的磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一场,这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。转贴于
从场的观点来阐述路。电荷的定向运动形成电流,产生电流的条件有两个:一是存在可自由移动的电荷;二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向,从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例,即导体中形成电流时,它的本身要形成电场又要提供自由电荷,当导体中电势差不存在时,电流也随之而终止。
二、以知识体系贯穿始终,使理论学习与技能训练相融合
1.场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。电场部分是学好电磁学的基础和关键。电场强度、电势、磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念。电场线、磁感应线是形象地描述场分布的一种手段。
2.电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别,比如,场不是力,电势不是能等。场中不同位置场的强弱不同,可用受场力者受场力的大小(方向)跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功,说明场具有能量。通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能,离开了电场就谈不上电荷的电势能了。
要达到上述的目的,首先要抓好物理概念和物理规律的教学。抓好物理概念和物理规律的教学,使物理概念不仅揭示一类物理现象,而且突出它的本质属性――抽象性,从不胜枚举的物理现象中抽象出本质属性,同时又注重学生的学习兴趣的激发,使思维发散又巧妙收拢,如何归纳又如何总结,这不仅仅是教学程序的变化,而是如何培养,培养成什么能力的教学思想的更新。具体讲,是以原有的思想和教学模式来对待“研究性学习”中的教师观、学生观?还是以研究性的态度对待新型的教学观,说到底就是培养什么人才作为教学的目的。用旧的观念对待新的课程观所起到的负面影响远大于旧观念对待旧课程观的危害,因此,在新课程即将实施的今天,用研究性学习的态度对待教与学,已是每位教育工作者必须首先定位与学习的事情。
例如:力概念的形成和深化,经历了如下阶段:
1、定性分析(受力分析)与定量计算,从本质上突出力的物质性、相互性和矢量性。通过分析系统内部之间的相互作用得出牛顿第三定律,将概念的内涵加以深化;
2、从力是改变物体运动状态的原因,加速度作为桥梁解决两类问题的思维方法――牛顿运动定律中把握力的瞬时性;
3、从力在空间位置上的累积效应――做功过程,从而实现物体之间不同形式能的相互转化,深化力的做功结果;
4、从力在时间上的累积效应,引起物体状态量――动量的变化,深化力的冲量效应。
在不同的阶段,通过不同的物理规律来深化力的概念,通过解决具体物理问题,加深了对力的理解。因此,在物理课堂教学中开展研究性学习,要不失时机地将能力的依存点让学生在思维过程中自我呈献出来,即根植于教材,读有字书,识无字理,形成良好的思维品质。
例如:在欧姆定律教学中开展研究性学习,建立的前提首先是掌握:电流强度、电压和电阻三个重要的物理概念,根据实际应用提出:如何改变电流的大小,引导学生根据控制变量法,分别研究电流与电压;电流与电阻的关系,从实验数据得出欧姆定律,并在应用中加以巩固和深化,从而加深对相关概念的理解,进而以欧姆定律为中心,研究直流电路,总结出串并联电路的规律,在电功和电功率的计算中,灵活运用欧姆定律解决各种问题。在规律的应用和深化过程中,以已有的知识为基点,设计程序性问题,把获取的方法,通过解决实际问题,达到能力的提高,这是传统教学的思维方法,而“研究性学习”为教育思想的教学,把问题的呈现放在前面,以解决实际问题为教学的导入点,这不仅是教学顺序的颠倒,而是新的教学观念和教学目的更新。“伏安法测电阻”实验是对电学知识的综合运用,根据实际,不妨设计如下程序问题:
1、设计一实验方案,如何测定待测电阻的阻值?
2、用电器阻值与安培表相比阻值较大或较小时,采用什么方法连接?
3、滑动变阻器的阻值较小,且想得到连续变化的电压,电路如何连接?
4、给出两个阻值差别较大的用电器和阻值较小的滑动变阻器、安培表和内阻较大的伏特表,如何测定各用电器的电阻?设计出电路且写出实验测定的物理量?
课本对焦耳定律推导过程如下:
焦耳定律:电流做功时,消耗的是电能。究竟电能会转化为哪种形式的能,要看电路中具有哪种类型的元件。
只含白炽灯、电炉等电热元件的电路是纯电阻电路。电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功W就等于这段电路发出的热量Q,即
Q=W=IUt
由欧姆定律 U=IR
代入上式后可得热量Q的表达式
Q=I2Rt (4)
如此引入,Q=W=IUt,U=IR两式成立均需要条件:纯电阻电路。学生很容易顺理成章地认为焦耳定律的表达式Q=I2Rt,也是只适用于纯电阻电路。虽然课本中对此表达式做了一些解释:
在推导(4)式的过程中,我们用到了“Q=W”这个条件,它要求电流做的功“全部变成了热”,也就是电能全部转化为导体的内能。因此,(4)式中的“P”专指发热的功率。
但仍不能让初学者明显地看出此式适用于任何电路。学生很容易去想既然Q=W=IUt,U=IR两式成立均需要纯电阻电路,那么对于非纯电阻电路,为什么热量的表达式仍然是Q=I2Rt?如何推导?教学中虽再三强调,和学生一起分析教材,学生还是很难正确理解。
当然课本中有从特殊到一般推广的例子,比如静电力做功只跟初末位置有关与路径无关的特点。先让学生研究匀强电场中静电力做功的特点,进而告诉学生在一切电场中静电力做功有相同的特点。如此处理是因为学生的数学知识跟不上,无法研究非匀强电场中静电力做功的特点,不得不如此处理。并且有重力做功特点做对比,把静电力做功特点由匀强电场推广到一切电场,学生是容易接受的。而本节中,学生对于纯电阻电路与非纯电阻电路是有能力去研究的,哪些公式适用于纯电阻电路哪些适用于一般电路学生是有明确认识的,再由纯电阻电路推广到一般电路学生接受起来比较困难,肯定会有一些疑问。
1.相关概念释义
逻辑思维(Logicalthinking)是指人们在认识过程中借助于概念、判断、推理等思维形式能动地反映客观现实的理性认识过程,又称理论思维。它是作为对认识着的思维及其结构以及起作用的规律的分析而产生和发展起来的。只有经过逻辑思维,人们才能达到对具体对象本质规定的把握,进而认识客观世界。它是人的认识的高级阶段,即理性认识阶段。在初中物理教学中培养学生的逻辑思维能力对更高层次的物理学习打下坚实的基础。那么,在初中物理教学过程中如何培养学生的逻辑思维能力呢?笔者认为可以在课堂物理知识教传授、解答物理问题、参加物理实验等几条途径来实施。
2.在初中物理教学中培养学生逻辑思维能力的方法
2.1在物理知识授课中培养学生逻辑思维教师在物理概念、原理、公式等授课过程中要着重培养学生的逻辑思维能力。课堂教学是目前传授知识的主要方式与方法,课堂也是老师与学生接触与沟通机会最多的地方,因此,在课堂教学中教师可以更为直接的培养学生的逻辑思维能力。例如,教师在讲解物理公式时所展现的推导过程就是一个培养学生逻辑思维能力的过程。已知欧姆定律U=IR,其中U为电压,I为电流,R为电阻。下面推导串联电路的串联公式。
例一:如图,这是一个最简单的串联电路,我们假设电阻R1和R2的电流和电压分别为I1、I2和U1、U2,而电路的总电阻为R,总电流为I,总电压为U。这里有一个条件是不计电源内阻。现在开始推导:由串联电路的特点我们可以得到U=U1+U2(1)I=I1+I2(2)由欧姆定律可以得到U=IR,U1=I1R1,U2=I2R2,将这三个式子带入(1)试可以得到IR=I1R1+I2R2(3)由(2)和(3)式可以得到R=R1+R2最后我们得出一个结论:串联电阻的总电阻等于串联电路中各电阻之和。这就是串联电路的物理规律。在推导串联电路的物理规律的过程中,我们先给出推导的先决条件,即物理环境;然后,根据我们已学到的物理知识(欧姆定律),将推导所需要的公式一一列出;最后,根据所列出的公式的内部联系,推导出结论。这个过程虽然简单,但我们不难想象,当教师在讲台之上为学生们展示这个推导过程时,学生必须紧跟教师的思维步伐,即学习教师的逻辑思维线路,切忌没有根据的凭空推导。试想,如果学生能够独立完成这一推导过程,那么学生也就锻炼了逻辑思维能力。2.2在解答物理问题时培养学生的逻辑思维能力在所有的初中物理问题中,力学题目的解答最能够培养学生的逻辑思维能力。解答力学题目,注重思维过程,必须对整个物理过程有清楚的认识。将力学题目的解答过程分为四个步骤:获取信息,思维启动,思维逻辑,思维深化。当学生思维启动后,就需将物理过程向物体的状态转化。在力学范畴内物体的运动状态有平衡状态(静止、匀速直线运动、匀速转动)和非平衡状态。物体处于何种状态由所受的合力和合力矩决定。学生必须对物理过程和物体所处状态有清楚的了解,减少了解题的盲目性。下面将举一个力学类题目的例子来说明逻辑思维的在解此类题目的重要性。
例二:粗糙的地面上静止有一质量为m的铁块,它在牵引力F=mg的作用下向前做直线运动。t秒后撤去牵引力F,此时,给它加上与F反向大小相等的力,求当速度再次为零时,铁块离起始点的距离。已知铁块受到的摩擦系数的大小为u。解答:物理研究对象是铁块;物理过程:起始时刻铁块在力F的作用下向前做匀加速直线运动,经过t秒后,铁块速度达到v,此为第一物理过程;此时力F反向,物体开始做匀减速直线运动,直到速度v再次降为零,此为第二物理过程。提取对解题有用的信息有铁块的质量m,F=mg,摩擦因数u,时间t。现在对第一个物理过程进行受力分析,并画出受力分析示意图:在竖直方向上,因为加速度a为零,所以由牛顿第二定律有:mg-N=0(1)在水平方向上,由牛顿第二定律有:F-f=ma1(2)且f=uN(3)所以由匀加速直线运动的距离公式和速度公式有:S1=1/2a1t2(4)v=a1t(5)将(1)(2)(3)式带入(4)式得:S1=1/2(1-u)gt2将(1)(2)(3)式带入(5)式得:v=(1-u)gt(6)对第二个物理过程进行受力分析,并画出受力分析示意图:在竖直方向上,因为加速度a为零,所以由牛顿第二定律有:mg-N=0(1)在水平方向上,由牛顿第二定律有:-F-f=ma2(7)所以由匀减速直线运动的速度公式和距离公式有:0=v+a2t''''(8)S2=vt''''+1/2a2t''''2(9)将(1)(3)(6)(7)(8)带入(9)式得:S2=[(1-u)2/2(1+u)]gt2综上:S=S1+S2=[(1-u)/(1+u)]gt2在上面的解答过程中,充分体现了解题的逻辑思维线条,先根据题干分析物理研究对象和物理过程,然后再将其抽象思维化,转化为清晰的物理图景,运用所学物理知识进行解答。这个过程就充分体现了力学问题解答过程的逻辑思维性。
2.3学生在做物理实验时培养自己的逻辑思维能力物理实验探究中必须的逻辑关系有科学归纳推理、类比推理和科学假说。科学归纳推理是根据某部分物理现象,分析此情况的本质原因,从而得出关于这类物理现象的一般性结论的归纳推理。它是以个别性知识(或现象)为前提推出一般性的结论。注意其结论具有或然性特点。如研究“楞次定律”所设计的实验,利用条形磁铁相对线圈运动的情景而归纳出楞次定律的普遍规律。类比推理是指由一种物理现象联想到另一种物理现象,并对两种现象进行比较,根据二者某些属性相同或相似而推出它们在其它方面也可能相同或相似。类比推理的根据有:形的相似、物理过程相似、本质属性相似、因果关系相似、效果相同等。综上所述,在初中物理教育教学中培养学生的逻辑思维能力是可行的,效果是显著的,尤其对学生未来的物理学习有着不可磨灭的作用。
物理课堂,不仅是物理知识的传递过程,也是学生反馈学习情况、师生交流的重要过程.这里必然涉及大量语言的运用.教师语言的表达形式和技巧直接影响学生接受知识的情况以及参与学习的程度,语言中蕴涵的情感因素也能引发学生的学习情感.因此,语言艺术是教学艺术的核心所在.在初中物理教学中,教师应该锻造语言艺术,从而提高课堂教学质量.
一、教学语言力求准确严谨,体现科学性
教学语言有着严格的标准和要求,唯有达到相关要求,才能发挥其教学功能,完成教学任务.因此,用好语言是教师的基本功之一.教师要善于探求教学语言的内在规律,掌握表达规则,使自己的表达更容易为学生所接受.初中物理教学语言的第一要素是准确严谨.这就要求教师在使用语言时要符合语音、语法体系,使自己的措辞能正确表达相应信息.特别是物理概念和规律的表述.这些内容都是经过几代人的精心打磨,经历了如大浪淘沙般的提炼过程,多一字或少一字都会导致意义的偏离或缺失.教师要注意锻造自己的语言,凸显表达的准确与严谨;教师要用标准的普通话组织教学,遵从汉语表达的基本规则,注意语义的简明易懂.比如,在物理教学中,“规律”、“定律”等词就不能混用,“光的折射规律”一般不说成“光的折射定律”;“欧姆定律”也不能说成“欧姆规律”.这是因为“规律”往往是自然界原始现象的一种总结与归纳,是事物间或事物内部固有的、原生态的联系;“定律”则对应一定的条件,发生在一定的过程中,“定律”可以认为是“规律”的一个分支,它的形成应该经过模型化的处理和分析,它的成立将对应一定的条件和前提.所以,教师在某些内容表述上也要做到咬文嚼字.此外,以“欧姆定律”为例,它反映的是电流与电压、电阻的关系,因此在内容阐述上应该突出“电流与导体两端电压成正比,与导体电阻成反比”.这句话能清晰地体现出谁是自变量,谁是因变量,反过来讲就会发生错误.
二、教学语言注重形象生动,体现趣味性
物理是初中阶段难度较大的一门科目,其难点之一就是抽象性与概括性,而初中生正处在形象思维向抽象思维过渡的关键期,导致他们在物理学习中出现不适应的情形.在教学过程中,教师要利用各类教育资源,并辅以恰当的教学方法,激活学生的好奇心,增强他们的求知欲,用形象化的教学手段来弥补他们思维能力上的不足,提高学生的学习信心和探究兴趣.从教学语言的组织来看,教师要善于用形象生动的语言,帮助学生在脑海中构建模型,发展抽象思维.在这一环节,教师可以借助数学语言、图像语言、视频语言来弥补口头语言形象性上的缺失,帮助学生形成鲜活而生动的物理情境,让学生在获取丰富的感性体验后建立并认识规律.教师还要注意优化自己的语言表达,凸显其趣味性,增强物理课堂的吸引力,提高学生学习的积极性.
(1)对课堂提问进行优化.
正如爱因斯坦所说,任何一项伟大的发现都源于一个问题.以问题来引导课堂的发展,组织学生进行思考和探究是常见的教学方法.因此,课堂提问是重要的教学环节.精彩的课堂提问,不仅能启发学生的思维,帮助学生推开知识的大门,也能促进师生之间的情感对话,缓解学生学习中的负面情绪,帮助学生调整学习的心态.在教学过程中,有的教师在问题提出的环节进行简单化处理,如“是不是”、“对不对”,将原本能启发学生思考、引导学生探究的问题硬生生地改为选择题,在很大程度上抑制了学生的思维发展;有的教师没有结合学生的最近发展区来设计问题,以至于问题超过学生的能力范围,挫伤学生的探索热情,打击他们的学习信心;有的教师止步于问题的提出过程,而没有关注学生的思维过程,从而无法给予学生及时、正确的引导,降低了问题的使用价值.因此,问题提出是一项包含设疑、激趣、启思等于一体的综合性艺术.合理提问,能够提高教学语言的质量.
(2)教师要善于掌控自己的语气和语调.
教育心理学认为,青少年注意力集中的时间一般持续十到三十分钟.由此可知,一节课四十五分钟的时间要让学生的注意力高度地持续性集中是十分艰难的.教师的语言在其中起到至关重要的作用.它对课堂氛围的调控、对学生注意力的集中都有积极影响.音色的好差源于先天,个人很难改变,但是教师要尽量让自己的语言语韵和谐、富有美感,语气抑扬顿挫,富有表现力,语调适中,让学生感受到语言之美.更重要的是,教师要结合课堂上学生的反应,及时调整自己的语气、语调和语速.只有这样,才能发挥教学语言的感染力.偶尔发现学生分心走神之际,教师要刻意变更语气或语调,以此暗示学生集中注意力.
作者:顾 单位:江苏靖江市第三中学
【关键词】中学物理 电磁学部分 教学 看法
中学物理教材阐述的内容主要是经典物理学的基础知识,这些理论是建立在牛顿时空观的基础上,以力学、电磁学为重点。本文就电磁学部分的教学谈点自己的看法。
1.电磁学教材的整体结构
电磁运动是物质的一种基本运动形式.电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用.其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等。为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此,应从以下三个方面来认真分析教材。
1.1 电磁学的两种研究方式。
整个电磁学的研究可分为以"场"和"路"两个途径进行,这两种方式均在高中教材里体现出来。只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力。
场的方法是研究电磁学的一般方法。场是物质,是物质的相互作用的特殊方式。中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括中学物理电学部分的各章内容。
"路"是"场"的一种特殊情况。中学教材以"路"为线的大骨架可理顺为:静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。
"场"和"路"之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律,是以"场"为基础的,"场"是电磁运动的实质,因此可以说"场"是实质,"路"是方法。
1.2 物理知识规律物。
物理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律,以及它们的相互联系。
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的。但是,物理定律并不是绝对准确的,在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性,因此其适用范围有一定的局限性。
第二册第一章"电场"重要的物理规律是库仑定律。库仑定律的实验是在空气中做的,其结果跟在真空中相差很小。其适用范围只适用于点电荷,即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况。
"恒定电流"一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系。电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体。
"磁场"这一章阐明了磁与电现象的统一性,用研究电场的方法进行类比,可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。
"电磁感应"这一章,重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中,能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础,它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面,是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
"电磁振荡和电磁波"一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践,进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场,对场的认识又上升了一步。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律,同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步。
1.3 通过电磁场在各方面表现的物质属性,使学生建立"世界是物质的"的观点。
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用。运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种场——磁场。磁体的周围也存在着磁场。磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。现在,科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形态。
运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对其它运动的电荷(电流)有磁场力的作用。所有磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象,得出结论:任何变化的磁场能够在周围空间产生电场,任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论,变化的电场和变化的磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一场,这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。
从场的观点来阐述路,电荷的定向运动形成电流。产生电流的条件有两个:一是存在可自由移动的电荷;二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向,从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例,即导体中形成电流时,它的本身要形成电场又要提供自由电荷。当导体中电势差不存在时,电流也随之而终止。
2.以"学科体系的系统性"贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体
2.1 场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。第一章"电场"是学好电磁学的基础和关键,电场强度、电势、磁场磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念,电场线,磁感线是形象地描述场分布的一种手段,要进行比较,找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解。
2.2 电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别,比如,场不是力,电势不是能等等。场中不同位置场的强弱不同,可用受场力者受场力的大小(方向)跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功,说明场具有能量。通常说"电荷的电势能"是指电荷与电场共同具有的电势能,离开了电场就谈不上电荷的电势能了。
2.3 认真做好演示实验和学生实验,使"潮抽象的概念形象化,通过演示实验是非常重要的措施。把各种实验做好,不仅使学生易于接受知识和掌握知识,也是基本技能的培养和训练。安排学生自己动手做实验,加强对实验现象的分析,引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力,从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看,应着力培养学生的独立实验能力和自学能力,使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上。
关键词:高中;电磁感应;常规题型;归类解析
物理知识与文学类知识存在本质区别,在解决物理问题时需要学生具备一定的抽象思维能力与分析能力。电磁感应是物理学科的难点,也是历年高考的重点,那么要想在高考中轻松应对这些题目,要了解电磁感应的常规题型及该题所要考查电磁感应的知识点,以此找出问题的突破点。
一、高中电磁感应的常规题型概述
电磁感应内容可以是每年高考物理学科必考的重点内容,就这几年的物理命题而言,从命题方向上来看,重点对学生感应电流方向判定、法拉第电磁感应定律、导体切割磁感线时电动势的相关计算、楞次定律等物理知识进行考查,从高考命题形式上来看,既有单独对一项物理知识点的考查,同时也有物理综合知识考查的计算题,并且一般都是物理综合命题的分值比较高,具有一定的难度。高考物理例题中常见的综合物理题型有电磁感应与力学综合规律的综合、电磁感应与电路规律的综合、电磁感应与能量守恒的综合等等。
二、高中电磁感应常规题型的归类解析
1.电磁感应与力学规律的综合题型解析
电磁感应与力学规律综合应用是历年来高考物理学科重点考查的知识点,那么解决这类问题的重点在于对物体运动的状态进行分析,在分析过红才呢过中寻找其临界状态,比如说速度变化、加速度变化、感应动势变化、导体受力运动变化、安培力变化及电动势变化等等,这些因素的变化有着密不可分的关系,相互影响。以下是笔者通过一道高考例题对电磁感应与力学规律的综合应用解析。
例如:AB与CD是两根固定的、足够长的平行金属导轨,两金属导轨之间距离为L,水平面与金属导轨平面的夹角用θ表示。整个金属导轨平面内部都有与金属导轨平面斜上方垂直的均强磁场,该磁场的磁感应强度为B,在金属导轨的AC端点连接一个电阻,电阻值为R,同时还要连接一个垂直于金属导轨放置的、质量为m的金属棒ab,从静止状态开始沿着金属导轨进行下滑,求解在该运动过程中金属棒ab的最大速度(金属导轨之间的动摩擦因数用μ表示,金属导轨与金属棒之间的电阻大小可以忽略不计)。
解析:金属棒ab在沿金属导轨下滑时会受到四个作用力、分别是摩擦力Ff、支持力FN、重力mg与安培力F安,若金属棒ab由静止状态开始进行下滑后,那么这个过程属于变加速过程,当金属棒ab下滑期间其加速度降低到a=0时,其本身的速度就会增大到v=vm。此时金属棒ab与金属导轨处于平衡状态,以后金属棒ab再下滑将按照vm匀速下滑。按照E=BLv、I=E/R、F安=BIL等公式的计算要求对金属棒ab所受的力进行正交分解,FN=mgcosθ,Ff=μmgcosθ,根据E=BLv、I=E/R、F安=BIL可得,将金属棒ab作为研究对象,再依照牛顿第二定律应为:mgsinθ-μmgcosθ=ma,金属棒ab在做加速运动时,此时减小的是变加速运动,那么当a=0时金属棒ab的运行速度处于最大值,金属棒ab达到vm时有mgsinθ-μmgcosθ=0,根据此式计算出金属棒ab在运动时的最大速度。
在求解这类题型时应在金属棒受力分析基础之上,根据牛顿定律,并结合电磁感应定律、安培力公式及欧姆定律等相关知识点,从而建立起金属棒的运动状况及受力状况,理清金属棒的运动变化与电磁感应规律之间的关系,这样会使整个解题思路更加清晰,找到求解这类题型的突破口。
2.电磁感应与电路规律的综合题型解析
电源内部电流一般都是由负极流向正极,而电源外部则是由高电势向低电势的方向流动,因此在求解电磁感应与电路规律综合物理题时要明确等效电路相关内容,清楚的指出电源、内电路及外电路,在求解电磁感应电动势过程中需要对 等相关内容,那么要解决此类物理问题,对于电源外路应根据其结构对其内部各元件的连接状况进行分析,并画好等效电路图,这主要是利用闭合电路欧姆定律对其进行求解,当然在电磁感应与电路规律综合物理题型求解中,还需要结合题目全面考虑该题材所要考查的知识点,综合考虑电功率及电功等能量关系式,并对闭合电路的实际运行状况进行分析。电磁感应与电路规律综合考查是高考物理题型的重要形式,在求解过程中首先要清楚感应电动势大小,其次要明确内外电路,画出等效电路图能够明确解题思路,快速解出试题。
3.电磁感应与能量守恒的综合题型解析
电磁感应与能量守恒综合题型也是历年高考物理科目考查的重点,一般高考例题主要是对能量转化问题进行考查,利用导体切割运动及磁通量的变化等形式所产生的能量转化为电能;电流在流动过程中在利用电场力做功也可将电能转化为物体学中其他形式的能量,这就是电磁感应与能量守恒综合题型考查,它诠释了电磁感应与能量守恒之间的关系及相互转换过程。比如在能量转换去向分析中,可以通过导体棒切割磁感线运动对其进行分析,按照其做功及能量变化状况作为依据点,将整个运动过程与理论结合在一起进行详细的分析求解。
三、总结
电磁感应知识内容牵涉面较为广泛,与力学规律、电路规律及能量守恒等知识也紧密相连,当然高考中的电磁感应相关知识点还有很多,但是其在求解中存在一定的共性。一般情况下,在电磁感应相关问题求解中,需要明确掌握两个定律,抓住电磁感应相关运动中研究对象的受力及能量转化状况,从而对电磁感应相关问题进行灵活求解。
参考文献:
[1]肖斌.高中物理电磁惑应常规题型酌解析[J].新课程,2010,9(28):19-20.