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關鍵詞 生成性公式 表現性公式
正 文:
一、問題的由來
我在認識到許多高中學生中都會遇到這樣一種現象,數學、英語、語文、化學、生物都學習得非常好,唯獨物理學習的很爛,交談中我好奇地詢問緣由,物理所需掌握的信息量(需要掌握的公式、定理的數量)比化學和英語都低,但為什么會出現這樣的結果呢?我分析其原因,得出結論。
既然數量較之其他學科都少,程度應該就都深,數學、化學公式是學習數學、化學的“基石”,那什么物理學的“基石”呢?顯而易見,基本定理定理與公式,今天我就帶著各位老師和同學為大家揭示下物理學公式與定理中蘊含的“奧秘”。
二、基本定理與力的基本種類(理論準備)
高中階段的同學所需掌握的力學定理、電學定理屈指可數,力學三大定理,電學方面主要是電學結合力學與電學元器件的基本特性,由于力學在整個普通物理理論中的基石作用,所以今天我們只對力學公式進行研究,現在我們先回顧一下這些看似簡單但卻用處極大的定理定義。。
(一)力學基本定律
牛頓第一定律:物體在不受力時總保持靜止或勻速沿直線運動狀態。
牛頓第二定律:物體在合外力的作用下會產生加速度,加速度的大小與力的大小成正比,與物體的質量成反比。
牛頓第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用,在同一條直線上,大小相等,方向相反。
(二)基本力分類
萬有引力:任意兩點通過連心線方向上的力相互吸引,該引力的大小與他們的質量乘積成正比,與它們距離的平方成反比。其表示式為:F= 。
電磁力:任意兩點通過連心線方向上的力相互吸引,該引力的大小與他們的電荷量乘積成正比,與它們距離的平方成反比。其表示式為:F=
強相互作用力:表現為核力,做用半徑 m(叫它強相互作用力的原因是:在原子核內的狹小空間里,正電荷的作用極其強的庫倫力作用下原子核仍能數億年間保持穩定的狀態,其核力要抵消掉其強大的電磁力的作用,故稱其為強相互作用力)
弱相互作用力:屬于微觀力在微觀粒子世界中粒子之間的相互作用是通過碰撞實現的,對于弱相互作用來說表現為中子的衰變。即中子衰變成質子、電子與中微子或反電子中微子,如今科學家將弱相互作用力歸類為電磁力,。
三、力學公式解析
在我接觸的很多高中老師和高中生中,總有相當一部分人對向心力都很不解,為什么向心力必須由其他諸如引力,電磁力等提供,而且向心力并不能單獨存在,在學習力學中最常聽到的一句話就是由力充當向心力,可以為什么會是這樣大部分教師并沒有給出明確、深入的解釋,現在我們就在本文中與大家共同探討這個問題。
(一)向心力分析
對于這個問題我們不妨回到原點去考慮,那么什么是力的性質的原點呢?牛頓三定律力給出了非常好的闡述,即:力的相互性――力是物質之間的相互作用反過來看向心力式子:F= 。m、v、r三者均是受力物體的特征量,而施力物體的物理特性并沒有出現在公式中;為什么會出現這種情況呢?
我們回到力學問題的原點即:最基礎的定理、定義去尋找問題的答案,現在我們用牛頓第一定律來嘗試解釋這一現象。
(二)表現性公式
牛頓第一定律的表述是:物體在不受力的狀態是靜止或勻速直線勻速狀態,換言之,物體的原始狀態是靜止或勻速直線運動的,現在我們換種思路來考慮物體受力會是怎樣的狀態?
我們用逆否命題的方式來表述這個狀態,即:物體運動并且物體不沿直線運動或不勻速運動時物體受力,向心運動恰好符合不沿直線運動這一運動狀態.
現在我們來觀察下向心力公式:F= ,在v一定的情況下,向心力的大小完全取決于r的大小。當r時,F0;而當r時即直線運動。從此觀點出發,我們再看向心力公式:F= ,公式中有三個變量m、v、r,m在低速運動時可看做定量。
當v確定時,F與r是負相關量,r的物理意義可描述為:表述物體偏離直線運動狀態的程度,r越小偏離直線運動狀態的程度就越大,當r確定時,物體的運動被限制在一個圓周內,v與F是正相關量,v的物理意義就明確了,v的物理意義可以描述為:使物體限制在以r為半徑做圓周運動的難易程度,顯而易見物體,m、r確定,v越大使物體做圓周運動就越難。
綜合上面兩方面的分析,可以得到向心力公式所表述的物理意義了,F= 物理意義是在表述物體偏離勻速直線運動或靜止狀態的程度,表現的只是其他性質的力改變物體運動狀態的程度并不表示其他力形成或構成的原因,這就解釋了我們在上面所提出的為什么在向心力公式沒有出現施力物體的因素的原因了。我們將像向心力公式中只表述力的作用效果而不表示構成力成因的力學公式稱之為表現性公式(或效果性公式)。
在這里在另外多說一點力的作用效果有兩個一:改變物體的運動狀態;二:使物體發生性變。在第一種效果下會有相應公式,那么第二中作用下有無相應公式對應呢?答案是肯定的;胡克定律F=kx我們可以看到,k只與彈簧有關,x只是位置而受力物體的位置,公式中并無受力物體獨有的因素,故胡克定律也還是表現性公式。
(三)生成性公式
上面我們講了力學公式中的生成性公式,下面我們再來介紹一下與之對應的另一類公式即:在力學公式的構成中含有構成力成因的決定性因素。那么什么公式稱之為生成性公式?最簡單的生成性公式諸如我們最常見的重力公式G=mg,m是受力物體的因素,g是施力物體地球的因素二者是決定重力G大小的決定性因素,這還是不能特別明顯的看出生成性公式的特點,下面我們具體的看一下這個問題。
以庫倫定理公式與萬有引力公式為例二者的表示式:F= F= ,根據力的相互性 分別是庫倫力與萬有引力的受力物體與施力物體的特性因素,而K與G分別是庫侖力與萬有引力連接受力物體與施力物體之間的重要物理量他們揭示了物質之間相互作用的程度。這從另一個方面揭示了力的重要特性,相互性。
四、生成性與表現性公式所表現的的物理意義與特性分析
.我們以上文中的向心力公式為例,向心力公式:F= ,向心力公式是典型的表現性公式,其物理意義僅是力的一種表現形式,換言之,其實質只是一種力學表述現象,是力的作用效果之一,在電學問題中如電子繞核運動這一現象是電場力提供向心力,在力學問題中如定軌問題是萬有引力在提供向心力,也就是說同樣一種力的表現形式其原因并不是唯一的,體現了事物發展的多樣性。
(一)等號兩側是生成性與表現性情況的討論
例如在求解軌道問題時經常會用到這樣一個式子: = ,這就是一個非常具有物理邏輯思想的式子,說其具有物理學的邏輯思維因為這個式子中所表達的信息是十分完整的,等號左邊是生成性公式也就是力生成的原因,等號右邊是表現性公式即力的表現形式也就是力的產生的結果兩側永登好連接構成了完整的物理學的邏輯鏈條蘊含著原因與結果的邏輯聯系;從內容與形式的角度上說,表現性公式只是一種表現形式,其內容一定是有力作用若沒有力的作用形式也就不復存在,從現象與本質的角度上說,現象是圓周運動或曲線運動其本質都是有力的作用,再說的通俗點就是假若物體不受力場作用物體是不會做圓周運動,這也與牛頓第一定律不謀而合。
(二)等號兩側都是生成性公式情況的討論
下面我們再來看假設等號兩側都是生成公式會怎么樣,這種現象會不會出現呢?答案是肯定的,舉個簡單的例子,我們在研究對霍爾效應時,電場力與磁場力達到二力平衡致使豎直方向合力為零。
因此,電場力與磁場力在霍爾效應中是對立的,為什么呢?因為二者對立將力在豎直方向上的作用效果給抵消掉了,但二者又統一于自然界四種力之一的電場力,其體現的哲學思想是對立統一,受力分析綜合體現的哲學實質就是對立統一思想,幾種力作用在物體上一些方向上的力減弱而另一些方向上力得到增強,此消彼長相互對立,但無論物體受力有幾種、怎樣的對立,其實質都是兩者或兩者以上事物之間的作用與聯系歸根到底都是一個物體對另一個物體的聯系而,力就充當聯系的媒介,聯系的觀點不僅在社會科學中是成立的,在自然科學學中也有相當的作用,這從另一個方面闡述了哲學作為人類社會應用最廣泛、知識最寬泛學科的特點。
(三)等號兩側都是表現性公式情況的討論
這是公式兩側有不同性質(指表現與生成性公式之間的區別)公式下邊我們再來探討一下兩邊都是相同性質的物理學公式,我們假設等號兩邊都是表現性公式的形式,即兩邊都是現象沒有原因,這種公式在現實生活中很難遇到。
私下里一些人和我討論過這樣一個問題,汽車在轉彎時由靜摩擦力提供向心力,他們對靜摩擦力提出了質疑,原因是靜摩擦力也是屬于表現性力學公式,但只要測得車輛的速度與轉彎時的曲率半徑就可以很容易的算出車輛的靜摩擦力大小(與運動方向垂直的靜摩擦力),這種質疑是有一定道理的,但是這種質疑并成立,原因是摩擦力的產生的必要條件是物體之間的相互擠壓和兩物體之間必須粗糙這兩個條件,前一個條件兩物體相互擠壓,相互擠壓的前提條是物體之間產生作用力,而作用力的產生條件無非是我們前面所講的自然界中的四大作用力,換言之,兩物體相互擠壓的實質是四種作用力的反作用力,就拿這種情況來講汽車轉彎時受到靜摩擦力而將摩擦力是由于受物體對地面的正壓力而產生正壓力的原因是物體受到重力而重力是萬有引力在豎直方向的投影,用圖表示就是:靜摩擦力正壓力重力萬有引力,而正壓力與萬有引力是同一種力分別作用于互為受力物體與施力物體的同種力,其次就是靜摩擦力是沒有準確求解的公式的,它的求解過程是通過外力大小或力的表現形式來求解的。也就談不上什么生成性公式與表現性公式了。
那么說兩個表現性公式就不可能分居等號兩側了嗎?肯定是不會的,我們可以建立這樣一個模型:固定彈簧一端,另一端連接以質量為m的物體,使系統做圓周運動就得到了這樣一個式子kx= (x是彈簧原長,x是彈簧的形變量),這兩個式子均是表現性公式,但這個式子是有物理意義,為什么呢?現在嘗試解釋一下。
第一,我們在上文中講過胡克定律中沒有受力物體的因素,向心力公式中沒有施力物體的因素,但二者組成的系統中,系統內部互為受力物體與施力物體這樣系統就“湊”出了生成力公式所需的形成條件。
第二,等號的左右兩側雖然均是力的的表現形式,但效果不同左邊的胡克定律表現的是物體的形變程度等號的右邊表現的是物體偏離勻速直線運動程度的物理量,這就為公式的物理意義的存在奠定的理論基礎。
還有就是我們對力學公式的分類并不是絕對的,它是有一定靈活性的,分類的意義在于幫助學生對物理意義與物理思維的培養,而并不是要在學術領域做出新的創造性的工作,理論的創新,新的是“實用性”,即:理論可能是舊的,但所指導實踐活動是新的。
五、物理公式分類所蘊含的哲學思想對高中物理基礎教學影響的討論
將哲學思想中的某些觀點或某些思想應用于物理教學中的好處是什么,這是本文所要探究問題的幾個關鍵環節,一個觀點或思想乃至一個學科的誕生一定要促進社會的發展,本文的寫作意圖也正是如此,將哲學思想融入到高中基礎物理教學會產生什么樣的效果,因為實踐的范圍還比較狹窄(我曾將這種思想應用于教學成效不錯,但由于數量太少,不知道大規模應用于實際教學中效果如何),具體產生影響還不得而知。
現今的物理教學往往都是簡單的重復單純的知識點和“題海戰術”,這種看似能快速提高物理成績的做法,實際上往往忽略了真正的物理思想的培養或者說邏輯的培養,因為物理公式在解決問題時就是邏輯思維它與哲學某些理念是緊密相連的。
舉個簡單的例子,磁場力提供向心力的公式:qvB= ,按照我們對公式的分類等號左邊公式是生成性公式,等號右邊是效果性公式按照哲學唯物論中所講的左邊是力形成的原因右邊是力的作用的效果,在霍爾效應中電場力與磁場力達到平衡兩者是對立的但兩者又同屬三大力(電磁力、萬有引力和強相互作用力)中的電磁力因此二者又是統一的兩者對立統一,單純的學習某一課是最乏味的,學習物理學也是如此,物理學長期為誤認為理科中最乏味無趣的,其實這是對物理學的誤解。物理學是很有趣的學科,如果學生對這一門課都提不起興趣這只能說是物理教學的失敗,公式分類看似簡單,但對于剛剛從初中升入高中的孩子們來說用本文的方式可以很快的幫助他們建立起物理學邏輯思維,物理公式分類可以幫助孩子將物理現象、物理現象的成因用物理學公式的形式很好的聯系起來再建立思維但通過分析教學的一些特點可以得到一些預期的或潛在的影響。
第一,高中一、二年級學生,剛剛踏入校園,所面臨最大困難是理性思維的缺失,簡言之,初高中生在學習內容上跨度很大,很多學生在高中一年級都非常難以適應,將哲學思想中所蘊含的邏輯思維融進高中基礎物理教學中,使在解決物理問題時更具有邏輯性,如在上文所講解的生成性公式與表現性公式的劃分以及應用過程中所蘊含的哲學思想與思維使學生在學習這些知識的時候更加有條理,從感性層面逐步過渡到理性思維。
第二,本文講的寫作目的是哲學思想在物理基礎教學中的應用,第四部分主要講的是哲學的某些思想在物理學解決問題時的體現,而這部分內容主要是在說體現而沒有在說應用,這似乎偏離了原始的寫作目的,其實不然,哲學思想主要是傳授知識時的一種思想或者說是一種思維方式,她不能具體地指導我們在實際生活中怎么做只能給出我們一個大的方向和思路,它的提出只是給出了我們一個大的框架,具體怎樣的描繪還要完全靠我們自己在實際生活中對教學的理解。
umg是摩擦力公式。兩個相互接觸并擠壓的物體,當它們發生相對運動或具有相對運動趨勢時,就會在接觸面上產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力,這種力叫做摩擦力。
擦力的方向與物體相對運動或相對運動趨勢的方向相反。固體表面之間的摩擦力的原因有兩個:固體表面原子、分子之間相互的吸引力(化學鍵重組的能量需求,膠力)和它們之間的表面粗糙所造成的互相之間卡住的阻力。
(來源:文章屋網 )
一、掰開揉碎,細講概念定律
在平時的教學中,我認為單靠枯燥、機械式地講解概念、定律公式會使學生感到索然無味,從而失去學習的興趣。心理學講:“人的思維活動是憑借概念與詞匯開展的”。在物理的教學中最要緊的是活躍學生頭腦里的物理思維,無論是物理思維或運用物理思想方法進行研究,都離不開明確的物理量。
而電學定律、公式恰是反映電學中物理量之間的本質聯系、因果關系與嚴格的數量依存關系。所以我們在教學中應讓學生對教學內容進行細嚼慢咽,在正確理解每個物理量的基礎上去掌握這些定律、公式才能上升到應用的層次。
學生認識這些定律、公式,首先要正面理解這些定律的語言表達,理解定義中的重要字詞;其次要弄清這些定律公式的真正含義,把和它相關的公式以及由它導出的公式從物理意義上劃清界限,以免混淆不清;此外,還要指明定律公式的適用條件和范圍。任何一個電學定律、公式,都是在一定條件下,運用物理的理想過程和理想實驗的思想方法得到的,因此,每個定律、公式都有它的適用范圍。例如,庫侖定律只適用于真空中的點電荷。只有知道了它們的物理意義和適用范圍,才有利于學生掌握和應用。
物理教學的特點在于突出物理實驗。在這些定律、公式的教學上又有特殊性,就是突出定量的演示實驗與學生實驗,且要做好、做準。以提供學生發現物理規律的必要條件與學習環境。引導學生設計實驗裝置,學會運用物理實驗方法來研究提出的新定律、公式。在教學中,我們還應把運用數學研究這些定律、公式的方法交給學生,要求學生學會掌握。
這樣從現象到本質的認識過程,符合物理的教學規律,學生掌握知識的效果會較好。
二、 歸納總結,列表對比,突出異同
電學內容繁多,教師要應用適當的教學方法才能使學生抓住知識的重點,突破難點。否則,學生將會被繁雜的定律、公式搞得一頭霧水,無所適從。我在教學的過程中,根據電學知識之間的內在邏輯性,及時對學生學過的知識進行歸納總結,理清知識的脈絡,并把握知識之間的聯系,重視運用遷移規律,幫助學生對新舊知識和易混淆的知識進行列表對比,突出異同點,使學生以簡馭繁,形成有機的知識系統,掌握電學定律、公式,并形成能力。例如,在學完了電場強度后,對電場強度的三個公式進行列表對比。這樣能使知識之間的異同點一目了然,化繁為簡,易于對比記憶。
三、注重定律、公式的推導演算,使之系統化
培養學生良好的學習方法,重要的一點是培養正確的思維習慣。這表現在學習中就是要真正從本質上即原理上明白定律、公式的來龍去脈。而我們的學生往往舍本逐末,只是記住這些定律、公式的結果,而忽略了它們的推導過程,結果在考試中亂套定律、公式。正確的做法應該是讓學生去探究這些定律、公式的推導過程。并把這些過程掌握好,做到能熟練地推導出這些公式,既鍛煉了他們的邏輯推理能力,又順便把結果記住了。例如,勻強電場中的電場強度的公式:
W=qUAB
qUAB=qEd,故得UAB=Ed或E=UAB/d。
W=Fd=qEd
電學定律、公式之間前后聯系性強,因果關系明顯,不同的公式可通過簡單的推導演算得出在實際應用中常用的公式。例如在純電阻電路中,電工和電功率的計算公式:
W=Uq =UIt = U2t/R = I2Rt
P=W/t = UI = U2R = I2R
可見,只要使學生深刻理解課本上的幾個基本公式,通過讓學生推導演算,把它們連成一個有機整體,從宏觀上把握知識,這樣能使學生不會覺得公式是繁瑣難記,雜亂無章的,從而避免了對知識的死記硬背,取得較好的教學效果。
三、 精講專練,培養應用能力
學生對物理知識的掌握并不是能夠記住定律公式后就會應用,還必須通過一定量的習題練習,才能靈活運用,達到融會貫通。我們教師有必要精選一些有代表性的習題進行精講專練,引導學生一題多解,對學生的思維進行鍛煉,使學生在反復地運用中,達到舉一反三的應用能力。例如以下這道題目:
將一個電荷量為 的點電荷,從零電勢點S移到M點要反抗電場力做功 ,則M點電勢 = 。若將該電荷從M點移到N點,電場力做功 ,則N點電勢 = ,MN兩點間的電勢差 = 。
解析:本題可以根據電勢差和電勢的定義式解決,一般有下列兩種解法
解法一 嚴格按各量數值的正負代入公式求解
由 得:
而
由 得:
而
解法二 不考慮各量的正負,只是把各量數值代入公式求解,然后再用其他方法判斷出要求量的正負
由 得
因電場力做負功,所以負電荷q受的電場力方向與移動方向大致相反,則場強方向與移動方向大致相同,故 ,而 ,故
【關鍵詞】物理解題;公式法;分析發現
物理公式是物理概念的一種形象化、數據化的表現形式,而物理學科的實用性也比較強,所以,物理公式的熟練運用將是直接衡量學生成績的標準。同時物理公式也具有靈活性,即學生可以將公式推導和變形,從而適應各種條件和要求的物理題目。筆者將通過公式法在各種類型的物理題目中的運用進行詳細舉例說明,具體例證如下:
1.公式法解答選擇題
例1:A、B、C三種物質的質量m與體積V的關系圖像,如圖1所示.由圖可知,A、B、C三種物質的密度A、B、C和水密度水之間的關系是()
A.A>B>C,且A>水;B.A>B>C,且A
C.A
圖1
解題思路和方法:首先,分析本題運用的應該是密度公式=m/V,根據圖1中A、B、C三條直線直接反應的是他們的質量m和V的關系,由公式可知當m越大,并且V越小時,的值越大。從而直觀可以看出A的值是最大的,而c是最小的,那么選項C和D可以直接排除。然后判斷A的密度只要根據圖中標明的固定點位置進行計算,即可得:A=20/10=2(g/cm?3)>水,所以正確的答案應該是選項A。
例2:圖2是飛機機翼截面的示意圖,當飛機水平飛行時,下列說法正確的是()
A.機翼上方空氣速度大,壓強小;B.機翼上方空氣速度大,壓強大
C.機翼下方空氣速度大,壓強小;D.機翼下方空氣速度大,壓強大
圖2
解題思路和方法:了解完題目的意思后,我們先考慮這道題運用到的公式,即P=F/s,然后根據常識可知,機翼的作用是為了提供飛機一個上升的力,將飛機托起來,那么可以得出F下>F上?,而根據圖像觀察可以發現:S上>S下,那么顯而易見P下>P上,那么可以得出正確的選項A。
2.公式法解答實驗題
例3:實驗測試人上樓的功率大小,測量應準備測量工具是_____;需要測量的物理變量是______.
解題思路和方法:通常情況下,我們拿到問題第一反應就是開始寫工具和變量,沒有經過直觀的分析和思考,導致解題出現漏寫和錯寫的情況。依照正確的解題方法,我們應該采用公式法分析,即列出功率公式P =W/t=Gh/t=mgh/t,其中g是一個固定常數,而m是人的質量,需用體重秤進行測量,h是人上樓的高度,即所有的臺階數的總和,而學生可以通過測量一個臺階的高度,然后根據臺階數算出高度h的值,t是做功時間,則采用秒表進行測量[2]。
例4:初三年級某班同學在進行“小燈泡測試額定功率”的實驗,圖4是他們測試前的電路圖,其中測量目標小燈泡的額定電壓為3.8V,電阻約為10Ω。實驗過程中用到的器材有:電源(電壓6V),電流表(量程:0~ 0.6A,0~3A)、電壓表(量程:0~ 3V,0~15V)、滑動變阻器R(10Ω,0.5A)詳細情況如下:
圖4
電路連接好,合上開關,一些同學出現以下情況,請分析原因:
故障情況 故障測試 故障原因
小燈泡較暗,兩個實驗測量表讀數顯示較小。 調整滑動變阻器滑片,沒有任何改變。
小燈泡未發光,電流表無讀數顯示,電壓表讀數較大。 取下燈泡,兩測試表數字不變。
解題思路和方法:(1)故障1的分析:由題目可知使用的公式是:I=U/R,而判斷小燈泡的的亮度或者可以得出原因應該和流過小燈泡的電流有關,而根據圖中連接方式可知電路是串聯,同時流過的電流就是電路電流。公式可以變化為:I=U/R總,而R總=R燈+R阻,由于滑動變阻器在故障1中起不到調節作用,可知電路是電路中的電阻過大導致,那么分析原因應該是線路沒有連接到滑動變阻器連接到滑片上,而是之間連接到滑動變阻器兩端;(2)故障2的分析:故障測試和公式I=U/R可以得出電路中電壓表流過的電流最多,由于電壓表的電阻特別大,導致電路中幾乎沒有電流。而小燈泡拿出,電路也沒有發生改變,那么可以得出結論是小燈泡壞了,連接出現斷路。
3.公式法解答簡單題。
例如5:同樣重量同樣體積的實心鐵球A、B,鐵球A完全浸泡在水中,鐵球B則完全浸泡在煤油中,問:哪個受到的浮力較大?
解題思路和方法:這道簡答題屬于一個現象的例舉,相比其他簡答題,沒有那么強的直觀性,而且兩鐵球重量都是一樣的,那么就可以考慮采用公式,由于兩個鐵球都浸泡在液體中可知,F浮=液gV,而根據題目分析VA=VB,g是物理常量,而根據水>煤油,可以判斷實心鐵球A受到的浮力較大[3]。
4.結語
物理解題過程是一個邏輯分析的過程,需要學生對各種因素和原因現象進行分析,題目題型雖然是千變萬化的,而公式法是采用物理公式對題目進行分析和直觀的了解過程,是值得教師教授給學生的方法,通過公式法,學生可以將物理解題效率和準確率提升到最大,最終達到物理知識的學習和鞏固。
參考文獻:
[1]金玉龍.公式法解題在初中物理中的應用[J],中學物理,2013(31):93.
Abstract: To make students flexibly use the formula to solve practical problems or calculate the related problems, we must guide the student to understand the physical meaning of the formula, find the suitable conditions and the using range of formula, grasp the problems should be paid attention to when using the formula to solve the problems.
關鍵詞: 中職教育;電工基礎;解題;方法
Key words: secondary vocational education;the electrician foundation;solve problems;methods
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2014)03-0249-02
0 引言
對于中等職業學校的學生學習《電工基礎》這門專業基礎課,由于初中物理的基礎不扎實,在教學上有一定的難度,要提高學生的解題能力,在教學中,我認為可以從如下幾方面來指導學生。
1 講清物理公式中每個字母和符號所代表的物理量及各物理量的物理意義
1.1 講清公式中各字母代表的物理量及物理意義 物理公式中每個字母和符號所代表的物理量是不同的,同一字母或符號在不同的公式中代表的物理量也有所不同。每個物理量都有它的物理意義。所以在教學中應講清公式中每個字母和符號所代表的物理量和各物理量的物理意義及公式所代表的物理規律。
例如在講解全電路歐姆定律公式 I=■或ε=IR+Ir =U端+U內時,應向學生講清:ε表示電源電動勢,r表示電源的內阻。對于給定的一個電源來說,電源電動勢ε是不變的值,它跟外電路的組成無關。電源內阻r可近似看成不變的值。R表示外電路上的總電阻,它與外電路的組成有關。I表示干路上的電流強度,U端表示外電路兩端的電壓,也叫電源兩端的電壓,U內表示內電路上的電壓。對于某一個電源來說U端和U內都不是一定的。在進行電路(純電阻電路)分析時為了避免學生感到變量過多而無法判斷,可引導學生找出電路中各物理量(ε、r、R、I、U端、U內)變化的因果關系。在電源不變的情況下,一般可以認為ε、r是不變的量,電路中其它各物理量總是隨用電器或電路的聯接形式的改變而改變。當外電路的總電阻R改變時,干路中的總電流強度I=■將發生改變,電源內的內壓U內= IR隨之改變,因而電路端電壓U端=ε-I r同時隨之改變;整個電路各部分的電壓分布都同時發生改變。因此對電路中的各物理量而言,R是自變量,I,U端、U內是因變量。緊緊抓住全電路中的ε、r、R三個物理量,其物理量就可以通過關系式求出。
對于同一個字母在不同的公式中所代表的物理量和意義也應講清楚。在解題時必須弄清題意而選用公式,決不能亂套用公式。
1.2 分清各類型公式的性質和物理意義 學生在解題中出現的許多錯誤,往往是由于對物理公式的性質和物理意義不理解,解題時又不分析題目所給出的條件,只根據題目所給的數據而亂套公式而造成的。所以教師在講解物理公式時必須講清公式的性質和它的物理意義。
例如講解電場強度的定義公式E=■時,應指出在電場中同一點比值■是一個恒量,即E不變。它不隨檢驗電荷的電量的改變而改變。決不能用數學分析法去說電場中某點的電場強度E與檢驗電荷所受的電場力F成正比,與檢驗電荷所帶的電量q成反比。在電場中不同的點比值■一般不同,即電場強度E有不同的值,E的方向也不相同。說明電場中某點的電場強度E由電場本身的性質決定的,與有無檢驗電荷或檢驗電荷所帶的電量無關。但電場強度的大小又可用E=■來量度,而任何電場強度的大小都可用這一公式來量度。所以E=■又是電場強度的量度式。
1.3 講清同一物理量在不同公式中所表示的物理意義 在教學中要正確引導學生理解好對于一些物理公式雖然都表示同一物理量,但卻有不同意義的區別。例如I=■,I=■,I=■,I=■這些公式都是求電流強度,但他們表示的意義是不相同的。I=■反映了電流強度的概念的含義;公式I=■反映了一段純電阻電路中的電流強度大小的決定因素;而公式I=■反映了全電路中電流強度大小的決定因素;公式I=■是知道某一段電路兩端電壓和消耗的功率計算這段電路中所通過的電流強度。學生只有理解好這些公式的意義,才能正確運用這些公式。
2 講清物理公式中各物理量的單位
物理學中,每個物理量都是有單位的,單純一個數值沒有單位的物理量是沒有意義的。因此,使學生弄清公式中各物理量意義的同時還應引導學生掌握各物理量的單位。任何物理公式都同時表達了物理量之間的數量關系和單位關系,應用公式要求學生把各物理量的單位先統一在同一單位制中,然后才把數據代入公式中進行計算。另外公式中的比例常數給定值時,公式中各物理量也有特定的單位。例如牛頓第二定律公式F=kma,式中k是比例系數,在國際單位制中,F的單位是牛頓,m的單位是千克,則k=1,這時牛頓第二定律公式可以表示為F=ma。又如法拉第電磁感應定律公式ε=k■。k是比例常數,它的數值與所選擇的單位有關。在國際單位制中,當Δ?椎的單位為韋伯,Δt的單位為秒,ε的單位為伏特時,則k=1。公式ε=k■可以改為ε=■。所以運用公式時應把公式和單位聯系起來,并在理解的基礎上加于記憶,才能保證解題的順利進行和計算結果的正確。否則單位上的錯誤不僅會張冠李戴,還會造成計算的極大誤差,甚至致產生錯誤。
3 講清用數學關系把公式變形后公式的物理意義
許多物理公式是用數學式來表達的,用數學語言來反映物理規律的。所以在教學中應把數學關系式演變后公式的物理意義的變化講清楚,只有這樣才能使學生靈活地運用物理公式來解答實際問題。
例如牛頓第二定律公式F=ma表示為物體的加速度跟物體所受的外力成正比,跟物體的質量成反比。但公式F=ma經過數學演變改寫為m=■,公式m=■表示為物體質量大小的量度式。決不能說物體的質量跟物體所受的外力成正比,跟物體的加速度成反比。因為質量是物體所含物質的多少,它是物體的屬性,只要一個物體定下來,它的質量大小就定下來了。但質量的大小也可通過公式m=■來計算。又如部分電路歐姆定律公式I=■,它是電流強度大小的決定式。它表示導體中的電流強度跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比。經過數學演變后公式R=■是電阻的量度公式。但決不能說導體的電阻跟這段導體兩端電壓成正比,跟通過這段導體的電流成反比。電阻是導體的一種物理性質,由電阻的決定公式R=ρ■可知,在溫度不變的情況下,導體的電阻與導體的長度,橫截面積和材料的電阻率有關。與導體兩端的電壓和流過的電流無關。對于同一段導體而言,當導體兩端電壓改變時,通過它的電流強度必然改變,而■卻是一個定值,該段導體的電阻大小可通過公式R=■來計算。
4 講清各物理公式的適用范圍
為了防止學生亂套公式的毛病,教師在講解每一定律和公式時,不但要讓學生弄清每一物理量的意義和整個公式所提示的物理規律,還應讓學生掌握公式的適用條件和范圍。例如,電功率公式P=IU不論電能轉化成什么形式的能都可以用它來計算。而公式P=I2R和P=■只適用于純電阻電路。P=I2R表示在串聯電路中電流相同情況下,電阻消耗的功率與電阻成正比。而P=■表示在并聯電路中電壓相同的情況下,電阻消耗的功率和電阻成反比。
由于物理定律和公式都是相對的,都在一定條件和一定范圍內才能適用,因此,要求學生在解題時應具體問題具體分析,選用合適的物理定律和物理公式。切不可不分析條件和條件的變化亂套公式,而得出錯誤的解題結果。
5 講清物理量和物理公式之間的本質區別與數量上的聯系
為了使學生能靈活運用公式,在弄清各物理量和公式的物理意義的同時,采用不同的方式使學生弄清物理量和物理公式之間的本質區別與數量上的聯系。
例如,閉合電路中電源電動勢與電壓本質上的區別和數量上的聯系。可根據能的轉化和守恒定律的觀點來闡明。電源電動勢ε=■等于電源內部非靜電力把單位正電荷從負極移到正極所做的功。而電壓是把單位正電荷從導體的一端移到另一端時,電場力做的功。這是它們本質上的區別。電源內非靜電力做功的過程也是其它形式的能轉化成電能的過程。而電流在電路上流過的過程,就是電場力移動電荷做功的過程,電流在做功的過程中把電能轉化成其它形式的能。U端+U內在數值上等于單位正電荷流過全電路時消耗的能。按能的轉化與守恒定律,電源內非靜電力移送單位正電荷所做的功,等于單位正電荷在內外電路里移動時電場力所做的功。所以ε=U端+U內即電源電動勢和電路中的內外電壓在數值上是相等的。又如公式W=I2Rt表示電流所做的功,公式Q=I2Rt表示電流的熱效應產生的熱能。在純電阻電路中如果電能全部轉化成熱能時,在數值上W=Q。學生掌握了這個數量關系相同而本質不用的物理公式,就能根據題目所給的條件進行有關問題的計算。
6 講清一些物理公式的內在聯系
有的學生在解較為復雜的問題時,常感到公式多而亂,不知從何下手。為了幫助學生理解,記憶和掌握物理公式。在教學中注意講清一些公式的內在聯系。例如公式I=■與I=■是局部與整體的聯系。公式E=k■是E=■推導的結果。在點電荷電場中,有時要把這兩個公式結合起來用解答有關的問題。這樣學生掌握了公式的內在聯系后,就更能理解和熟記公式并能靈活運用。
總之,在《電工基礎》教學中,講解物理公式和物理規律時,注意引導好學生理解掌握公式中各字母符號表示的物理量和各物理及公式表示的物理意義,適用范圍,各物理量的單位,一些公式本質區別與數量上的聯系,有些公式間的內在聯系,學生才能靈活運用公式計算解答有關問題,從而提高解題的能力。
參考文獻:
[1]裴家度.電工基礎[M].航空工業出版社,第二版,1992.