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物理规律(包括定律、定理、原理和定则等)是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。它是物理基础知识最重要的内容,是物理知识结构体系的枢纽。因此,规律教学是中学物理教学的中心任务。怎样才能搞好规律教学呢?为此,我们进行了专题研究,总结出了规律教学的一般规律。
一、物理规律的类型
1、实验规律物理学中的绝大多数规律,都是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,我们把它们叫做实验规律。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等。
2、理想规律有些物理规律不能直接用实验来证明,但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析,去掉非主要因素,抓住主要因素,推理到理想的情况下,总结出来的规律,我们把它叫做理想规律。如牛顿第一定律。
3、理论规律有些物理规律是以已知的事实为根据,通过推理总结出来的,我们把它叫做理论规律。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、物理规律教学的基本方法
在物理规律的教学过程中,不仅要让学生掌握规律本身,还要对规律的建立过程、研究问题的科学方法进行深入了解,更重要的是如何应用规律来解决具体问题。为此,对不同的物理规律应采用不同的教学方法。
1、实验规律的教学方法
(1) 探索实验法
探索实验法就是根据某些物理规律的特点,设计实验,让学生通过自己做实验,总结出有关的物理规律。
例如在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系。使学生得出: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。在此基础上,教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系,得出牛顿第二定律。
采用探索实验法,不但能使学生将实验总结出来的规律,深刻理解、牢固记忆,而且还能充分调动学生学习的主动性,增强学习兴趣,更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法。
(2) 验证实验法
验证实验法是采用证明规律的方法进行教学,从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题,将物理规律直接告诉学生,然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论,验证物理规律。
在“力的合成方法”的教学中,采用如下的方法和步骤:
①复习旧知识引入新课题,提出问题。以天花板上的吊灯受力分析为例,可用一根绳子吊住灯,使它不向下掉;也可用两根绳子吊住它。用一根绳子吊灯时,灯受一个拉力作用;用两根绳子吊时,灯受两个拉力作用。可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同。
提出问题:“合力与分力二者间有何关系?”
②将平行四边形定则明确告诉学生。
③让学生通过实验验证平行四边形定则,再在此基础上,进行理论探讨,得出合力大小与方向的表达式。验证实验法的最大特点是学生学习十分主动。这是因为在验证规律时,学生已知问题的答案,对于下一步的学习目的及方法已经清楚,所以更加有的放矢。
(3) 演示实验法
演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验,引导学生观察,根据实验现象,师生共同分析、归纳,总结出有关的物理规律。
如在“焦耳定律”的教学中,可采用如下的方法:
① 根据日常生活和生产实际经验,分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关。
② 研究方法:控制变量法。当电流I、时间t相同时,研究电热Q与电阻R的关系。当电阻R、时间t相同时,研究电热Q与通电时间t的关系。
③ 通过演示实验找出Q与I、R和t的关系。这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度。我们采用先进的教学设备——实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上。让全体学生都能看到温度计液柱的变化。由实验得出结论:当I与t一定时,R越大,Q越大;当R与t一定时,I越大,Q越大;当I与R一定时,t越大,Q越大。
④根据演示实验结论,分析得出焦耳定律。这种方法要充分发挥演示实验的作用,增强演示实验的效果。
2、理想规律的教学方法
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。因此在教学中应用“合理推理法”。如在牛顿第一定律的教学中,要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验,发现平面越光滑,摩擦阻力越小,小车滑得越远。如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下,小车则将永远运动下去,且速度不变,做匀速直线运动,从而总结出牛顿第一定律。又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的。
3、理论规律的教学方法
理论规律是由已知的物理规律经过推导,得出的新的物理规律。因此,在理论规律教学中应采用“理论推导法”。
如在“动能定理”的教学中,教师提出问题:质量为m的物体在外力f的作用下,由速度v1,经过位移s,达到速度v2。请学生运用所学的知识,找出外力所做的功跟物体动能变化的关系。学生在老师的指导下,根据牛顿第二定律和运动学规律,都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式。
三、物理规律教学中应注意的问题
1、弄清物理规律的发现过程
物理规律的发现,大致分为3种情况:
(1)实验规律都是经过多次观察和实验,进行归纳推理得到的。如牛顿第二定律、气体实验三定律等。
(2)理想规律都是由物理事实,经过合理推理而发现的。如牛顿第一定律,理想气体状态方程。
(3)理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律。如万有引力定律是由牛顿第二定律推导出来的。
2、注意物理规律之间的联系
有些物理规律之间是存在着相互关系的。以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例,两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是说物体不受外力时做什么运动,第二定律是说物体受力作用时做什么运动。第一定律是第二定律的基础,没有第一定律,就不会有第二定律。虽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、要深刻理解规律的物理意义
在规律教学过程中,要引导学生深刻理解规律的物理意义,防止死记硬套。为此应做好以下几点:
(1) 从理论上解释实验规律,做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律。如玻意尔定律是实验定律,也可以从分子动理论来解释它,做到理论与实验相统一。
(2) 要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式。如ρ=m/v。对同一物质而言,不能说密度跟质量成正比,跟体积成反比。因为同一物质的密度是不变的。
(3) 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。
(4) 要充分认识物理规律中各个物理量的物理意义。如F=ma中的F指的是物体所受的合外力;在E=ΔΦ/Δt中,要区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义;又如在a=Δv/Δt中,要区别v、Δv、Δv/Δt的物理意义。
4、注意物理规律的适用范围
物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,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,他们一遇到具体问题,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范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。
一、物理规律的类型
1、实验规律物理学中的绝大多数规律,都是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,我们把它们叫做实验规律。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等。
2、理想规律有些物理规律不能直接用实验来证明,但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析,去掉非主要因素,抓住主要因素,推理到理想的情况下,总结出来的规律,我们把它叫做理想规律。如牛顿第一定律。
3、理论规律有些物理规律是以已知的事实为根据,通过推理总结出来的,我们把它叫做理论规律。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、物理规律教学的基本方法
在物理规律的教学过程中,不仅要让学生掌握规律本身,还要对规律的建立过程、研究问题的科学方法进行深入了解,更重要的是如何应用规律来解决具体问题。为此,对不同的物理规律应采用不同的教学方法。
1、实验规律的教学方法
(1) 探索实验法
探索实验法就是根据某些物理规律的特点,设计实验,让学生通过自己做实验,总结出有关的物理规律。
例如在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系。使学生得出: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。在此基础上,教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系,得出牛顿第二定律。
采用探索实验法,不但能使学生将实验总结出来的规律,深刻理解、牢固记忆,而且还能充分调动学生学习的主动性,增强学习兴趣,更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法。
(2) 验证实验法
验证实验法是采用证明规律的方法进行教学,从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题,将物理规律直接告诉学生,然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论,验证物理规律。
在“力的合成方法”的教学中,采用如下的方法和步骤:
①复习旧知识引入新课题,提出问题。以天花板上的吊灯受力分析为例,可用一根绳子吊住灯,使它不向下掉;也可用两根绳子吊住它。用一根绳子吊灯时,灯受一个拉力作用;用两根绳子吊时,灯受两个拉力作用。可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同。
提出问题:“合力与分力二者间有何关系?”
②将平行四边形定则明确告诉学生。
③让学生通过实验验证平行四边形定则,再在此基础上,进行理论探讨,得出合力大小与方向的表达式。验证实验法的最大特点是学生学习十分主动。这是因为在验证规律时,学生已知问题的答案,对于下一步的学习目的及方法已经清楚,所以更加有的放矢。
(3) 演示实验法
演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验,引导学生观察,根据实验现象,师生共同分析、归纳,总结出有关的物理规律。
如在“焦耳定律”的教学中,可采用如下的方法:
① 根据日常生活和生产实际经验,分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关。
② 研究方法:控制变量法。当电流I、时间t相同时,研究电热Q与电阻R的关系。当电阻R、时间t相同时,研究电热Q与通电时间t的关系。
③ 通过演示实验找出Q与I、R和t的关系。这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度。我们采用先进的教学设备——实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上。让全体学生都能看到温度计液柱的变化。由实验得出结论:当I与t一定时,R越大,Q越大;当R与t一定时,I越大,Q越大;当I与R一定时,t越大,Q越大。
④根据演示实验结论,分析得出焦耳定律。这种方法要充分发挥演示实验的作用,增强演示实验的效果。
2、理想规律的教学方法
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。因此在教学中应用“合理推理法”。如在牛顿第一定律的教学中,要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验,发现平面越光滑,摩擦阻力越小,小车滑得越远。如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下,小车则将永远运动下去,且速度不变,做匀速直线运动,从而总结出牛顿第一定律。又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的。
3、理论规律的教学方法
理论规律是由已知的物理规律经过推导,得出的新的物理规律。因此,在理论规律教学中应采用“理论推导法”。
如在“动能定理”的教学中,教师提出问题:质量为m的物体在外力f的作用下,由速度v1,经过位移s,达到速度v2。请学生运用所学的知识,找出外力所做的功跟物体动能变化的关系。学生在老师的指导下,根据牛顿第二定律和运动学规律,都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式。
三、物理规律教学中应注意的问题
1、弄清物理规律的发现过程
物理规律的发现,大致分为3种情况:
(1)实验规律都是经过多次观察和实验,进行归纳推理得到的。如牛顿第二定律、气体实验三定律等。
(2)理想规律都是由物理事实,经过合理推理而发现的。如牛顿第一定律,理想气体状态方程。
(3)理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律。如万有引力定律是由牛顿第二定律推导出来的。
2、注意物理规律之间的联系
有些物理规律之间是存在着相互关系的。以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例,两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是说物体不受外力时做什么运动,第二定律是说物体受力作用时做什么运动。第一定律是第二定律的基础,没有第一定律,就不会有第二定律。虽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、要深刻理解规律的物理意义
在规律教学过程中,要引导学生深刻理解规律的物理意义,防止死记硬套。为此应做好以下几点:
(1) 从理论上解释实验规律,做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律。如玻意尔定律是实验定律,也可以从分子动理论来解释它,做到理论与实验相统一。
(2) 要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式。如ρ=m/v。对同一物质而言,不能说密度跟质量成正比,跟体积成反比。因为同一物质的密度是不变的。
(3) 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。
(4) 要充分认识物理规律中各个物理量的物理意义。如F=ma中的F指的是物体所受的合外力;在E=ΔΦ/Δt中,要区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义;又如在a=Δv/Δt中,要区别v、Δv、Δv/Δt的物理意义。
4、注意物理规律的适用范围
物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,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,他们一遇到具体问题,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范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。