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关键词: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过程的必然关系。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式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式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。
(1)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涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,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。
(2)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。教学时还应请注意: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。
(3)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恒量的实验,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。
(4)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作功或所作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。
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。
德国学者沃尔夫冈•克莱默将游戏定义为一种由道具和规则构建的,游戏者主动参与并且在整个过程中包含竞争,充满变化的娱乐活动[1]。将游戏运用到教育中,主要是借助游戏的娱乐性和趣味性,使学习者可以在轻松的氛围中获得知识[2]。在游戏设计开发环节加入各种先进的电子、媒体技术,可以使游戏在表现形式上更加多样化,用户体验更加真实。使用多种媒体技术对游戏进行开发设计,可以让学习变得轻松愉快,可以实现“寓教于乐”的教育目标[3]。如学生学习欧姆定律这一内容时,传统的教学方法中,大多数教师都是照本宣科地进行理论讲解,容易使教学变得枯燥乏味。而使用多媒体技术可以把枯燥乏味的知识融入到游戏中,让学生在放松的情况下掌握相关的知识,因此研究教育游戏具有重要意义。
一、国内外教育游戏的研究现状
(一)国外研究现
状国外学者对教育游戏的研究开始于20世纪80年代初,初代教育游戏是将教学和电视游戏相结合,学习者在电视上进行游戏的同时掌握知识技能。随着计算机的普及和多媒体技术的发展,教育游戏的载体也逐步从电视发展为计算机,教育游戏软件的种类也更加丰富多样。国外教育游戏在理论方面也有一套完整的设计开发模式。如KRISTIAN将已有教育理论与游戏设计整合提出了体验式游戏模型,强调在教育游戏设计中加入即时反馈,以及根据学习者的技能水平为其提供相应的挑战的内容[4]。
(二)国内研究现状
我国学者最开始是致力于挖掘游戏的教育价值,之后有学者提出了娱教技术,才正式确定了游戏的教育地位。通过娱教技术,可以使学校教育在时空上得到扩展,将学习者日常生活的一些有趣的体验融入到传统的学校教育中,为学习者提供系统的学习生活情境[5]。目前我国物理游戏大多是以零散的单机游戏为主,需要玩家拥有一定的物理常识和体验才能过关。如在某个光学游戏中,玩家需要灵活运用入射角等于反射角这一光学物理知识,才能完成游戏任务,这些游戏虽然没有系统的对某个知识点进行教学,但深受学习者的喜爱。这也表明教育游戏终将成为未来教学新的突破口,游戏与教育相结合会逐步成为一种发展趋势,因此制作出更多、更好的教育游戏已经是教育的一个潮流[6]。基于以上分析,在《超级电工》游戏的设计制作中,要充分结合课程标准,使用娱教技术的相关理论进行设计开发,在发挥游戏娱乐性的基础上,更要注意对学习效果的检测,不然就会本末倒置[7]。
二、《超级电工》教学游戏开发设想
(一)课程内容
本游戏的教学内容是初中物理中的欧姆定律,所以在设计游戏时,考虑了如何将欧姆定律体现在游戏过程中,使游戏设计既符合欧姆定律的相关原理,又能与日常生活中的一些现象联系起来,使游戏既贴合课程标准,又具有趣味性。
(二)游戏内容
游戏设定为超级电工,任务是帮助主人修好电路点亮电灯。游戏给定电压值和电流值,选择适当的电阻连接,将电压减小到电灯的额定电压。电阻选择完成后拉下电闸,如果电压达到电灯额定值灯亮;如果电压小于额定值灯闪烁;如果电压大于额定值电灯爆炸。游戏过关可获得金币奖励,如果到游戏结束时间还没有选好电阻并拉下电闸主人会生气。
(三)游戏结构设计
游戏的结构初步设计为四个部分:主界面、游戏帮助、游戏关卡小提示。主界面:用一个简单的动画效果吸引学生眼球。介绍游戏规则,让学生了解游戏怎么玩,明白奖励制度。游戏关卡:设置游戏关卡主要目的是让学生通过游戏方式快速学习、记忆电阻和欧姆定律的相关公式,学生完成关卡会得到相应的金币奖励。小提示:用于辅助学生完成游戏任务,在学生忘记相关公式时可以点击小提示查看公式表,但是在点击小提示时会扣除一定的金币,如果金币数量不够则无法开启小提示。具体的游戏界面如图1所示。教育游戏的实质是利用游戏来激发学习者的兴趣,达到特定的教育目标[8]。针对于教育游戏的特性,笔者认为在游戏设计中应该注意两个环节,首先游戏设计必须按照相关课程标准进行设计,不可脱离理论知识;其次需要将教学目标完美融合到游戏场景、任务要素中[9]。
三、应用价值
本研究把初中二年级物理中的欧姆定律作为研究内容进行分析,根据国家课程标准的理论指导和技术手段及开发平台将其设计并制作成教育教学游戏,可体现出以下应用价值。首先,可以增强学习者学习物理的主动性。教学内容以游戏的方式呈现,设置多种难度不同的关卡,学习者可以通过体验游戏的不同关卡,来理解欧姆定律的基本内容,学习串并联情况下电阻总值的计算方法,在一种轻松的游戏氛围下自主学习,并且能通过玩游戏的方式来掌握欧姆定律。通过游戏探究闭合电路中电压和电阻之间的关系,并将所学的知识应用到生活中。其次,可以加强学习者学习效果。众所周知,人们对自己感兴趣的事物学习的主动性更强,学习效果会更明显。而把这些繁杂和抽象的物理电学方程式融入在游戏中,能使学生在体验游戏的过程中充分理解并掌握知识点,有效提高学习者的学习效果。
四、结语
在物理学习中繁多的定律公式学习起来是非常枯燥乏味的,但是如果在游戏中加入了教学内容,根据学生的心理特征设计制作出贴合科学教育目标的教育游戏,不仅能激发学习者的学习兴趣,还能提高学习者的学习效果。另外教育游戏是结合学习者的特点设计的,有一定的奖惩措施,能激发学习者的学习动力及学习的积极性和自主探索能力。
作者:曾思遥 单位:云南师范大学
参考文献:
[1]叶虹.校本教育游戏软件的设计研究[D].上海:上海师范大学,2004.
[2]刘艳,闫慧洁.我国教育游戏研究现状及存在的问题[J].教学研究,2009(12):10-12.
[3]程君青,朱晓菊.教育游戏的国内外研究综述[J].现代教育技术,2007,17(9):72-75.
[4]KRISTIANK.Digitalgame-basedlearning:towardsanexperientialgamingmodel[J].InternetandHigherEducation,2005(8):13-24.
[5]祝智庭,邓鹏,孙莅文.娱教技术:教育技术的新领地[J].中国电化教育,2005(5):11-14.
[6]陶翠婷.基于体验学习的初中物理教育游戏设计研究[J].陕西师范大学学报,2012(54):152-153.
[7]李伟,赵蔚,马杰.基于Flash+XML的中学物理教育游戏的设计和开发[J].中国电化教育,2013(318):86-90.
电压
作用:电压是使电路形成电流的原因
常用单位以及换算:千伏,毫伏,微伏1kv=1000v1v=1000mv1mv=1000uv
电压的测量——电压表
1读数:看清量程,弄清每大格和每小格表示电压数
2接法:并联在被测电路两端,使标有﹣号的接线柱接电源的负极,标有﹢号的接线柱接电源的正极,被测电压不超过电压表的量程
串联,并联电路电压的规律
串联电路中总电压等于各部分电路
中分电压之和
并联电路中各支路两端电压都相等
电阻
电阻的意义:一切导体都具有阻碍电流作用的性质,不同的导体对电流阻碍作用不同
单位:欧姆ω,其他常用的单位:兆欧mω、千欧kω1mω=1000klω=1000000ω
影响电阻大小的因素:长度、材料、横截面积、温度
半导体、超导体的特点:半导体随慰藉条件的改变它的电阻也改变(压敏电阻、光敏电阻等)
变阻器
原理:改变接入电路中电阻丝的长度来改变电路中的电阻
构造:支架、电阻丝、瓷筒、金属棒等
使用方法:“一上一下”
第七章知识总结与能力整合
本章直接从研究电流与电压,电阻的关系切入,引导学生探究电流与电压,电阻之间的关系,得出重要的电学定律——欧姆定律,并进一步运用欧姆定律进行简单的电学定量计算,得出电阻串联,电阻并联的关系,以欧姆定律为理论基础,运用相应的实验器材设计实验测量小灯泡的电阻,运用欧姆定律分析了一些与安全用电有关的现象,认识断路和短路现象,加深对欧姆定律的理解,提高了学生运用知识解决实际问题的能力,激发学生学习物理的积极性
欧姆定律
电阻上的电流跟电压的关系:导体中通过的电流与这段导体两端的电压成正比
内容:导体中通过的电流跟这段导体两端的电压成正比,与电阻成反比
表达式:i=u/r
应用求电流,电压,电阻
测量小灯泡的电阻
原理:r=u/i
方法:伏安法测电阻
注意:小灯泡的电阻太小会随灯丝温度的升高而增大
安全用电
电压越高越危险
断路,短路的认识
注意防雷,正确使用避雷针
第八章知识总结与能力整合
本章是在学习欧姆定律长的基础上,吧对于电学的研究扩展到电能和电功率,是初中物理的重点章节之一,也是难点之一,本章学习的主要目标是让学生了解电能和电功率的概念,知道焦耳定律以及与电功率有关的安全用电方面的问题,整章教材的结构是围绕电能的概念展开的。
电功率
电能
电能的获得:电能是由自然界中各种其他形式的能转化而来的,是由电源(发电机、电池等)提供的
单位:焦耳j、千瓦时kw•h,千瓦时在日常生活中也叫度
1kw•h=1度=3.6*10^6j
电能表
作用:用来测量用电器在一段时间内消耗的电能
测量方法:电能表的计数器上前后两次读数之差
表盘上参数的含义:例如,2500rews/kw•h表示每消耗1kw•h的电能,电能表转盘转2500转
电功
实质:电流做功德过程实质上就是电能转化成其他形式能的过程,有多少电能转化成其他形式的能,电流就做了多少功。
单位:与电能的单位一样,都是焦耳j
计算:w=p•t
电功率
物理意义:表示消耗电能的快慢,符号用p表示
定义:一个用电器功率的大小等于它在1秒内所消耗的电能,用公式p=w/t表示
单位:瓦特w、千瓦kw,1kw=10^3w(1w=1j/1s=1j/s)
千瓦时的来世:1千瓦时是功率为1kw的用电器使用1h所消耗的电能,1kw•h=1kw*1h
额定电压及额定功率:用电器正常工作时的电压叫做额定电压,用电器在额定电压下的功率叫用电器的额定功率。一般来说,在用电器铭牌上标明的电压和电功率就是这个用电器的额定电压和额定功率
测量:原理(p=ui),器材,电路图
电流的热效应
电流的热效应:电流通过道题是,电能要转化成热,这种现象叫电流的热效应,任何导体中有电流通过时,道题都要发热
焦耳定律的内容及表达式:q=i^2rt
电热的利用和防止
电功率和安全用电
电功率与电流的关系:根据公式p=ui得i=p/u可知,由于家庭电路中的电压时一定的,即为220v,所以用电器功率越大,电路中的电流i就越大,为了安全用电,应注意不要让干路中的电流超过家里供电线路和电能表所允许的最大电流值
保险丝
特点:保险丝是用铅锑合金制作的,电阻率大而熔点低
作用:电路中的电流超过允许值时,保险丝能自动熔断而自动切断电路,以保证电路的安全。家庭电路中千万不能用铜丝、铁丝代替保险丝
第九章知识总结与能力整合
本章从生活中常见的磁现象出发,介绍磁的一些基本知识,通过各种探究活动让学生感受到特殊物质“磁场”的存在,并探究“电生磁”和“磁生电”的辩证关系,了解电和磁的内在关系。通过探究活动了解物理学家研究问题的方法,获取先关信息并掌握相关知识。
电和磁
磁现象
磁性:吸引铁、钴、镍等物质的性质
磁体吸铁性指向性:指向南北方向
磁极
磁体上磁性最强的部分叫磁极
磁极:南极s、北极n,任何磁体都有两个磁极
作用规律:同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引
磁场
存在于
磁体周围空间
电流周围空间
1电流的磁效应——奥斯特饰演
2通电螺线管(1)磁场与条形磁铁相似
(2)极性与电流方向有关
(3)应用:电磁铁(影响因素应用:电磁继电器、扬声器)
最基本性质
1对放入其中磁体有力的作用
2对放入其中电流有力的作用——电动机原理及能量转化
方向规定:物理学中,把小磁针静止时北极所指的方向规定为该点的磁场方向
描述——磁感线
特点:闭合曲线,在此题的外部从n极到s极,内部从s极到n极,磁感线不想交
功能:磁感线能反映磁场的强弱,密的地方磁场强,疏的地方磁场弱
磁生电
电磁感应现象:只有当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,电路中才会产生电流,这种现象叫做电磁感应现象,得到的电流叫感应电流
应用:发电机
原理:电磁感应
能量转化:机械能转化为电能
补充发动机能量转化是电能转化为机械能
第十章知识总结与能力整合
本章主要讲述电磁波以及信息的传播。
信息传播
固定电话
结构及原理:用简单的电话是由话筒和听筒组成。其基本原理:利用电流把信息传到远方。过程是振动——变化的电流——振动
电话交换机:一般电话之间是通过交换机来转换的。可以提高线路利用率
模拟通信:信息电流的变化情况与声音的变化情况一样,这种信号叫模拟信号,使用模拟信号的通信方式叫模拟通信
数字通信:信号使用不同的符号的不同组合来表示,这种信号叫数字信号,使用数字信号的通信方式叫数字通信。数字信号形成简单,抗干扰力强,失真小。
电磁波
产生:迅速变化的电流产生电磁波
传播:电磁波可以在真空中传播,传播速度与光一样
电磁波的波速、伯成河频率
应用:广播、电视、移动电话、通信
越来越宽的信息之旅
微波通信:用微波来传递信息的通信方式就是微波通信。微薄的波长在10m到1mm之间,频率为30mhz到3*10^5mhz之间
卫星通信:是借助地球同步通信卫星来传递信息的,卫星通信可以克服微波不能沿着地球表面传播的不足(微波只能沿着直线传播)
光纤通信:通过光导纤维来传递信息叫光纤通信。光纤通信的特点是携带的信息量大
网络通信:是通过计算机来完成的,其主要形式是电子邮件
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。
实施素质教育,课堂教学是主渠道。因此,紧紧抓住课堂教学这个中心环节,结合素质教育之精神实质,开展优化物理教学过程的实践和研究,是有效地推进素质教育在物理教学中得以实施的必由之路和关键所在,要把物理课堂教学作为一个整体性的、师生相互作用的动态过程来研究,寻找它们的整合效应,让物理课堂教学焕发出生机和活力。
1.加强师德修养,不断完善自我,为人师表
教育要面向现代化,必须有现代化高水平的教师,还要有以现代教育思想为指导的教育技能和献身教育职业道德素质。 身教重于言教。教师不仅要有语言教育学生,更重要的是用自己全部的人格教育和感染学生。教师要加强师德修养,不断完善自我,为人师表。在课内外教学中教师要自觉运用新课标理念;尊重每一位学生,保护学生的自尊心;对学生要公平、民主;在学生中树立自己威信的同时,也要注意树立其他老师的威信;不断学习,不断提高教学教研水平,苦练教学基本功,用规范的板书、板画、标准的普通话、准确生动的物理语言、朴素端庄的仪表和机智的课堂调控能力,把课堂变成学生学习的乐园。
2.摆正角色位置,发挥教师主导作用,优化教学程序
2.1要导在有创造性思维的情境上。这就需要教师充分信任学生,实验让学生做,问题让学生提,思路让学生讲,是非让学生辨,错误让学生析,最大限度、恰到好处地给学生提供自我学习、自我调控的机会。如在物体浮沉条件的应用教学中,采用学生感兴趣的实例,提出问题:你们知道"中山舰"和"泰坦尼克号"的沉船事件吗?学生的兴趣立刻被调动起来,课堂气氛也顿时活跃起来。此时教师进一步设问:假如把打捞沉船的任务交给你,你将采取怎样的措施?学生的思维一下子由兴奋转入思考。片刻后,学生纷纷发表意见,有的说用若干根绳子系在若干架飞机上,再让人潜入海底把绳子系在船上,用飞机把船拉上来;有的说死海不死,往大海里投放足量的盐,增大海水密度,让沉船自动浮起;有的说向大海里投放若干空桶,利用空桶受的浮力拉起沉船,课堂气氛达到了。老师听了各种方案后,首先肯定同学们的想法中正确的成分,转而提出:这些方法是否都切实可行?学生通过分析比较,达成共识,即利用投放空桶的方法简单可行。这样,让知识、方法、能力如滴滴甘泉,成为学生在愉快的学习过程中自然地吸收营养,促使他们不断成长。
2.2要导在以旧迎新、知识迁移上。这就需要教师熟悉教材,掌握教材体系,上课时注意引导学生建立新旧知识的联系,同时注意学习、研究物理方法的迁移。如在欧姆定律教学中,首先要复习电流、电压、电阻的概念、影响电阻大小的因素,然后引入研究I、U、R三者的关系。研究时先提出问题:怎样研究三个以上的物理量之间的关系呢?学生一下子回答不出来。在教师进一步启发下,学生回忆起:在学习影响电阻大小的因素时研究过。再问:我们是怎样研究的呢?学生回答:先假设其他因素不变,单独研究电阻跟某一因素的关系。至此,教师告诉学生,这种方法叫做"分离变量法"。今天我们用同样的方法研究电流跟电压和电阻的关系。在小结本节内容时,教师要注意为"电功、电功率"的教学做好铺垫,同时,再一次强调:今天所用的探索研究欧姆定律的方法--分离变量法,在今后将要学习研究的"磁场对电流的作用"、"电磁感应现象"、"影响电功大小的因素"及高中学习研究"牛顿第二定律"等内容时都要用到。这样,学生在理解欧姆定律的基础上,自然认识到"分离变量法"是探索研究物理规律的一种基本方法,同时也为今后的学习奠定了方法基础。
3.引导学生探索、合作、交流相结合的学习
例1.如图1甲表示一种自动测定油箱内油面高度的油量表(实际上是量程为0~0.6A的电流表改装而成),滑动变阻器R的最大值为60Ω,金属杠杆的右端是滑动变阻器的滑片。从油量表指针所指的刻度,就可以知道油箱内油面的高度。电源电压为24V,R0为定值电阻。
(1)R0的作用是
(2)油箱装满汽油时,油量表示数为最大值(即电流表达到最大值,此时滑动变阻器的触头在某一端),求R0的阻值。
(3)当油箱中的汽油用完时(此时滑动变阻器的触头在另一端),电路中的电流为多少?
(4)改装设计:用电压表代替电流表做油量表,图中的乙图已画出部分电路,请在乙图中完成电路的设计。要求:当油箱中的油用完时,油量表(电压表)的示数为零。
解析:(1)由于电流表不能直接接在电源的两端,当滑动变阻器的滑片滑到阻值最小时,若直接接在电源的两端,电路中的电流就会把电流表烧坏或烧坏电源,所以需要给电流表串联一个定值电阻来保护电流表,同时也就保护了电源。当油箱内油量下降时,浮在液面的浮标下降,在杠杆的作用下使滑动变阻器的阻值变大,串联电路中的总电阻变大。在电源电压一定时,电路中的电流就会变小,由电流表改装成的油量表示数也就相应变小,反映出油箱中油量的多少。(2)当油箱中装满汽油时,浮标将杠杆抬起,使滑动变阻器的滑片处于最下端,滑动变阻器接入电路的电阻最小为0Ω,此时电路中的电流最大,油量表的示数最大,由欧姆定律可以求得此时定值电阻R0=UI=24V0.6A=40Ω。(3)当油箱中的汽油用完后,滑动变阻器接入电路的电阻最大,电路中的电流最小,由欧姆定律可知:I=UR0+R=24V40Ω+60Ω=0.24A。(4)若用电压表代替电流表改装油量表,则需要将电压表与滑动变阻器的部分电阻线并联,才能使电压表随浮标的升降而改变示数的大小。
答案:(1)保护电流表(或保护电源);小(2)40Ω;(3)0.24A;(4)设计电路如图2所示。
点评:将电流表或电压表改装成油量表,是仪表在实际电路中的具体应用之一,解决此类问题,首要的问题是要明确仪表接入电路后的测量对象,然后依据电路中电流、电压和电阻的特点运用欧姆定律去分析和判断相应仪表的变化。
二、用电流表改装电子秤
例2.如图3甲所示是某电子秤原理图。托盘与弹簧相连,滑片P固定在弹簧上并能随弹簧的伸缩上下滑动,R是一根长x0=10cm的均匀电阻丝。空盘时,滑片P位于R的最上端,称量最大值时,滑片P位于R的最下端。R最大阻值Rm=40Ω,电源电压恒为3V。请完成以下问题解答:
(2)空盘时,闭合开关S,电路电流为0.3A,求R0的阻值;
(3)称量最大质量时,求电路消耗的总功率;
(4)已知该弹簧压缩的长度ΔL与所受压力F的关系如图乙所示。开关S闭合后,在托盘中放入重为G的物体时(G
解析:(1)根据电流表和电压表的使用规则,电流表要与被测电路元件串联使用,电压表要与被测电路元件并联使用;由图可知,质量表是串联在电路中的,所以它是由电流表改装而成的,定值电阻在电路中的作用是保护电路;(2)根据题图甲可知,在托盘中不加任何物体时,电路中只有定值电阻R0接入电路,根据欧姆可得,R0=UI=3V0.3A=10Ω;(3)电子秤在称量最大质量时,电阻R0与滑动变阻器的最大电阻串联,所以,电路消耗的总功率P=U2R+R0=(3V)240Ω+10Ω=0.18W;(4)根据弹簧压缩的长度ΔL与所受压力F的关系图,可以得出弹簧长度的变化量ΔL与压力F的比值为0.2cm/N;所以在滑动变阻器的最大阻值Rm和长度x0之间可以得出单位长度的电阻值是Rm/x0,由此可知当托盘中放入重力为G的物体时,滑动变阻器接入电路的阻值是GRm/(5x0)。
答案:(1)电流,保护电路;(2)10Ω;(3)0.18W;(4)GRm/(5x0)。
点评:本题将弹簧被压缩受力而变短与电流表示数的变化巧妙地结合在一起,考查学生对欧姆定律的理解和运用能力。解答本题需要根据电路的特点进行综合分析和定量计算,结合图象来判断不同物理量之间的关系。
例3.某兴趣小组制作了一个测量质量的电子秤,其原理如图4甲所示,它主要由四部分构成:托板、压力杠杆OAB、压敏电阻R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示重力大小的仪表A(实质是量程为0~0.6A的电流表)。其中OA长5cm,AB长20cm,电源电压恒为9V。压敏电阻R的阻值与所受压力的关系如图乙所示(托板和杠杆组件的质量可以忽略不计,g取10N/kg)。求:
(1)托板上放某一重物时,电流表示数为0.2A,电子秤在1min内消耗的电能;
(2)托板上没有放置物体时,电路中的电流;
(3)为保护电流表不被损坏,电子秤能测量的最大质量。
解析:(1)利用电能计算公式W=UIt即可计算出消耗的电能;电路中总电压U=9V,电流I=0.2A,电子秤在1min内消耗的电能W=UIt=9V×0.2A×1×60s=108J;(2)托板空载时,通过图象信息可以得出电阻大小,利用欧姆定律可以求电流;由乙图可知,托板上没有放置物体即压敏电阻受到的压力为0时,压敏电阻R的阻值R=100Ω,此时电路中电流I=UR=9V100Ω=0.09A;(3)由于电路中的电流最大只能是0.6A,此时压敏电阻的最小阻值为R=UI最大=9V0.6A=15Ω,根据图象知道压力传感器R表面能承受的最大压力为150N,再根据杠杆的平衡条件求出该秤的最大称量值:F・lOB=FA・lOA,即:150N×20cm=FA×5cm;可以求得托板对A点的最大压力FA=600N;电子秤能测量的最大质量m=Gg=FAg=600N10N/kg=60kg。
答案:(1)108J;(2)0.09A;(3)60kg。
点评:本题通过压敏电阻将电学知识与力学知识结合在一起,考查了杠杆平衡条件的应用和欧姆定律的计算。解题的关键是能否将相关知识进行灵活运用,从图象信息中解读出压力传感器R的电阻与所受压力的关系。
三、用电流表或电压表改装成身高测量仪
例4.小梦为体育测试设计了一个电子身高测量仪。如图5所示的四个电路中,R0是定值电阻,R是滑动变阻器,电源电压不变,滑动变阻器的滑片会随身高上下平移。能够实现身高越高,电压表或电流表示数越大的电路是( )
解析:题目所给各图中,A图两电阻串联,电流表测量电路中的电流,身高越高R接入电路的电阻变大,电路中的总电阻变大,根据欧姆定律可知电路中的电流变小,即电流表示数变小,故选项A不符合题意;B图中两电阻串联,电压表测R两端的电压,身高越高R接入电路的电阻越大,电路中的总电阻变大,根据串联电路分压的特点可知,滑动变阻器分得的电压变大,即电压表的示数变大,故选项B符合题意;C图中两电阻串联,电压表测R两端的电压,身高越高R接入电路的电阻越小,电路中的总电阻变小,根据串联电路分压的特点可知,滑动变阻器分得的电压变小,即电压表的示数变小,故选项C不符合题意;D图中两电阻并联,电流表测量定值电阻所在支路电流,由于并联电路中各支路互不影响,因此通过定值电阻的电流不变,与身高无关,故选项D不符合题意。
答案:B
点评:解答本题需要先识别电路,然后根据身高的变化,判断滑动变阻器接入电路的阻值的变化,再根据欧姆定律、串联电路分压的特点以及并联电路电流的规律判断电压表或电流表示数的变化。
四、电表与传感器结合改装成酒精测试仪
例5.如图6甲是呼气式酒精测试仪的电路原理图,R1为气敏电阻,它的阻值随酒精气体浓度的变化曲线如图乙所示,R2为定值电阻,电源电压保持不变。检测时,驾驶员呼出的酒精气体浓度越大,则( )
图6A.测试仪中电压表的示数越大
B.测试仪中电流表的示数越小
C.电路消耗的总功率越小
D.电压表与电流表示数的比值越大
一、物理现象观察法物理学是以实验为基础的科学,初中物理要求学生具有的观察能力主要是:有目的地观察,明了观察对象的主要特征及其变化的条件。观察物理现象应该做到:
1.激发主动性
学生应激发自己对物理现象观察和学习物理知识的兴趣,主动性和自觉性,助力物理意识。
2.明确观察目的
要明确具体的观察目的,观察中心,观察条件和范围。
3.准确记录
观察时,要准确记录物理现象的发生、发展和终结全结论,写出观察报告。
二、物理实验法物理学是一门以实验为基础的科学。物理实验不仅要了解它提供的实验结果,更重要的是掌握实验的构思方法和研究物理问题的思路。物理实验可分为;观察实验、验证实验、探索性实验、模拟实验和思想实验等。实验学习应该注意:
1 .树立严谨的科学态度
要一丝不苟地进行实验,实事求是地记录,不放过任何一个现象变化和细节。
2.构思方法技巧
实验构思的主要方法有:(1)放大与扩展;(2)间接观察后再作推论;(3)模拟类比(4)思想实验(理想实验) 如:伽俐略的斜面实验中,在水平面上依次铺上毛巾、棉布、木板、玻璃板,测量其小车滑行的距离,再得出结论:平而越光滑,小车运动的距离越远;根据实验事实推理;若平面完全光滑,小车将运动到无穷远,即一直运动下去不会停下来,由此总结出“惯性定律”。
3.实验要求
进行物理实验时,要了解物理实验的目的,会正常使用仪器,会作必要的记录,会根据实验结果得出结论,会写简单的实验报告和进行简单的误差分析。
三、物理概念学习法一个物理概念,它是某类型物理现象的概括;是物理知识的核心内容之一。学习物理概念应该注意:
1.归纳概括
就是将物理进行分类比较,将同一类型的物理现象的共性找出来,概括并能说明这一类型的物理现象的本质特征。例如;“质量”概念,各个物体的物质组成不同,但“物体所含物质的多少”就是物体的共性,即质量,与物体的形状,所处的状态,地理位置和温度无关。
2.实例联系
抽象概念的理解是困难的,如果把“概念”放在实例中去记忆,去理解,就要简单得多,也就要容易区分相关因素和无关因素,找出共同特征。如“蒸发”概念,对应水在任何温度下都能蒸发,且需吸热,就能够很快地对“蒸发”概念理解透彻。
3.内涵与外延
不能将物理概念任意外推,如果这样就会导致概念与事实不相容的矛盾。例如:“惯性”这个概念,它说明一切物体都具有的保持其原来的运动状态性质,物质运动静止,不是因为物体是否受力,而是物体具有“惯性”。受力与否,是决定物体运动状态变化与否的必要条件。两千多年前,古希腊科学家亚里斯多德认为:“力是维持物体运动的原因”,他之所以错误,就是没有概括出物体运动的本质特征。
四、物理定律学习法物理概念和物理规律是物理知识的核心内容,是物理课中的基础知识,物理定律是通过归纳大量事实和实验中认识的客观规律后形成的科学结论。如牛顿第一定律、欧姆定律、焦耳定律、阿基米德原理等。学习物理定律应该注意:
1.准确理解物理定律的物理意义
知道物理定律的内容,理解其实质,能用准确的语言表述,能联想一个实例。
2.明确物理定律的适用条件
物理定律是客观规律的总结,但它并不一定在任何条件下都成立。因此,不能忽视物理定律所适用的范围和条件。如:热平衡方程“Q吸=Q放”的成立条件是:系统与外界无热交换。若系统与外界有热交换,则只能在不计一切热损失的条件下才能成立。
3.弄清各物理量间的相互联系
弄清各物理量间的相互联系,透彻理解各概念;知道定律的建立(或帐号)过程,重视各部分知识间的联系,把前后概念连贯起来,从而使知识系统化、条理化。
4.建立物理定律所对应的模型
对每一个物理定律,都应记住它所对应的模型或典型范例。要了解它的研究对象,研究对象的运动状态等。如:“反射定律”的典型范例是平面镜成像。
5.记住物理定律所对应的典型实验
物理定律的基础是物理实验,应将物理定律与相应的典型实验对应起来,有利于对物理定律的理解和深化。如:“阿基米德原理”所对应的典型实验就是“排液法”测浮力,“欧姆定律”所对应的典型实例就是研究“电压与电流强度的关系”实验。
五、物理公式学习法物理公式(含物理定律的数学表达式)是物理学成熟的重要标志.从定性到定量的研究,使物理现象从经验升华到科学。物理公式一般可分为三大类:
1.定义式
它是对一类问题的概括性表达式。表示某一物理概念的意义。使用这类公式,不能简单地从数学角度看,而应透过数学表达式这个现象,去领会它的物理实质。如密度p=m/V,绝不能认为密度与质量M成正比,与体积V成反比,密度是物质自身的特性,由物质的种类决定,与物体的质量和体积无关。同理,电阻的定义R=U/I也是如此,电阻R由组成电阻的材料、长度、横截面积来决定。
2.物理定律、规律、原理表达式
它揭示了这一类物理现象在运动变化过程中所遵循的法则,使用时,要特别注意这类表达式的运用范围和条件。例如:液体压强公式P=≥gh,它表达了液体在内部各处产生的压强所遵循的规律,它的适用范围是:静止液体,应特别注意的是,h是从液体上表面往卜测量的深度,而不是通常意义上所说的高度。
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.
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.
第二册第一章“电潮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.
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唱—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.
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.第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键.电场强度、电势、磁尝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,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.
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。
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.
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.
第二册第一章“电潮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.
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唱—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.
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.第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键.电场强度、电势、磁尝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,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.