前言:我们精心挑选了数篇优质初中物理等效替代法文章,供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发,助您在写作的道路上更上一层楼。
方法一、等效替代法:
等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律时,因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制,不可以或很难直接揭示物理本质,而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当,不仅能顺利得出结论,而且容易被学生接受和理解。在探究平面镜成像规律的实验中,用玻璃板替代了平面镜,因两者在成像特征上有共同之处,容易使学生接受,而玻璃板又是透明的,能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛,便于研究像的特点。
比如在学习伏安法测电阻之后,要求学生设计一个实验,在上述实验中缺少电压表或电流表,其它器材不变,另有电阻箱供选用,要求测出未知电阻,应该怎么办?学生就可以用等效替代的思想进行设计了。
例:现有两节电池,三个开关,若干导线,还有电流表、滑动变阻器、电阻箱各一个,请用以上器材设计一个实验方案测出未知电阻Rx的值(电阻箱的最大阻值大于Rx)。
解析:(1)按图1连接好实物电路,将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大值。
图一 图二
(2)闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器R1的电阻,使电流表的示数为某一合适的数值并记为I0。
(3)断开开关S2,闭合开关S3并调节电阻箱R2的阻值,使电流表的数值仍为I0,则Rx的阻值就等于此时电阻箱R2的阻值。
点评:这里用电阻箱R2(已知阻值电阻)等效替代了待测电阻Rx,电路中的电流仍为I0,所以Rx=R2。测量方法突破常规思维,非常独特、新颖。
若在此实验中,将电流表改为电压表,其他器材不变,试用上述等效替代法测出未知电阻Rx的阻值。测量方法和操作步骤与上题大同小异,它的电路图如图2所示,只需调节R2知道两次电压表读数相同,此时R2的读数九等于Rx的阻值。
方法二、控制变量法:
所谓控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系,可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来,使其保持不变,再比较、研究该物理量与该因素之间的关系,得出结论,然后再综合起来得出规律的方法。这种方法在整个初中物理实验中的应用比较普遍。
在初中物理中,探究影响液体的蒸发快慢的因素、影响滑动摩擦力大小、影响导体电阻大小的因素、电流跟电压电阻的关系、影响电热功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素的因素、决定压力作用效果的因素等实验,都运用了控制变量法。
例:(10·镇江)小凡同学在4块相同的玻璃板上各滴一滴质量相同的水,进行如图所示的实验探究,得出水蒸发快慢与水的温度、水的表面积和水面上方空气流动快慢有关。
(1)通过A、B两图的对比,可以得出水蒸发快慢与水的 有关。
(2)通过 两图的对比,可以得出水蒸发快慢与水的温度有关。
(3)小凡同学猜想水蒸发快慢还可能与水的质量有关,于是继续进行了如下探究:在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水(如图4).结果发现甲图中水先蒸发完,于是他得出结论:水蒸发快慢与水的质量有关,水的质量越小蒸发越快。从实验设计环节看,他没有控制水的 (选填“质量”或“表面积”)相同;从得出结论环节看, “根据谁先蒸发完,判断谁蒸发快”是否正确? (选填“正确”或“不正确”),理由是 。
论文关键词:初中物理
科学方法是连接知识和能力的纽带。“掌握一种科学方法胜过解答十个问题。”对研究方法的学习和考查体现着一种新的教学理念,同学们只有真正掌握了研究方法,才能有效解决实际问题,真正提高自己的创新意识和能力。
《新课程标准》要求,在突出科学探究内容的同时,重视研究方法的指导,使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中,逐渐拓宽视野,初步领悟到科学研究方法的真谛。因此初中物理论文初中物理论文,考查研究物理问题的方法,成为当前和今后中考的热点。
初中物理常用的研究方法有:控制变量法、等效替代法、转换法、推理法、模型法、类比法等。
一、控制变量法
所谓控制变量法,就是在研究和解决问题的过程中,对影响事物变化规律的因素和条件加以人为控制,只改变某个变量的大小,而保证其它的变量不变,最终解决所研究的问题。控制变量法是中学物理中最常用的方法,也是中考出题最多的方法。
在初中物理课本中,应用这种方法的实验有:
理想斜面实验、探究力与运动的关系、探究影响滑动摩擦力大小的因素、探究影响压力的作用效果的因素、探究影响液体压强大小的因素、探究影响浮力大小的因素、蒸发的快慢与哪些因素有关、探究影响滑轮组的机械效率的因素、探究影响动能大小的因素、探究影响重力势能大小的因素、探究影响导体电阻大小的因素、验证欧姆定律、探究影响电流做功多少的因素、探究影响电流的热效应的因素、探究影响电磁铁磁性强弱的因素、比热容概念的引入等
二、等效替代法
在物理实验中有许多物理特征、过程和物理量要想直接观察和测量很困难,这时往往把所需观测的变量换成其它间接的可观察和测量的变量进行研究,这种研究方法就是等效法。
等效替代法是常用的科学思维方法。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代,而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题,提出一个简单的方案或设想,而使它们的效果完全相同,从而将问题化难为易,求得解决。
初中物理课本中应用这种方法的有:
1、探究平面镜成像特点时用另一支蜡烛在玻璃板后面去等效像2、等效电路 3、串并联总电阻 4、多个分力与合力等效 5、物体的重心等论文参考文献格式。
三、转换法
对于不易研究或不好直接研究的物理问题,而是通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果间接研究问题的方法叫转换法。
初中物理中应用了这种方法的有:
1.研究物体内能与温度的关系(我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说明内能的变化);
2.在研究电热与电流、电阻的关系时,将电热的多少转换成温度计液柱上升的高度;
3.我们在研究电功与什么因素有关的时候,将电功转换成砝码上升的高度;
4.在我们回答动能与什么因素有关时,我们将动能转化为小木块在平面上被推动的距离,距离越远则动能越大。
5.证明声音是由振动产生的,敲击音叉后放入水中,水花四溅。
注意:等效法与转换法很相似,它们的区别是“等效替代法” 中相互替代的两个量种类相同,大小相等 ,而“转换法”中的两个物理量有因果关系,并且性质往往发生了改变如
转换法: 电流大小用灯泡亮度体现; 磁场的强弱用小磁针偏转的幅度体现
等效替代法: 分力相叠加是合力 ;小石块体积用排开水的体积代替
四、理想模型法
实际现象和过程一般都十分复杂,涉及到众多因素,采用模型方法可起到简化和纯化的作用.忽略次要因素,从复杂事物中抽象出理想模型,合理近似的反应所研究事物的本质特征,这种研究问题的方法叫理想模型法.
在初中物理课本中,应用这种方法的有
1.光线(光线是看不见的,我们使用一条看得见的实线来表示,就将问题简化利用了理想化模型)
2.磁感线
3.电路图是实物电路的模型
4.力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型。
5.实验室常用手摇交流发电机及挂图来研究交流发电机的原理和工作过程
6.研究连通器原理时用到液片模型。
7.研究肉眼观察不到的原子结构时建立原子核式结构模研究肉眼观察不到的原子结构时建立原子核式结构模型。
五、科学推理法
推理法是根据已知物理现象和规律,通过想象和推理对未知的现象做出科学的推理和预见.推理法是在观察实验的基础上,忽略次要因素初中物理论文初中物理论文,进行合理的推理,得出结论,达到认识事物本质的目的。理想实验是研究物理规律的一种重要的思想方法,它以大量的可靠的事实为基础,以真实的实验为原形,通过合理的推理得出物理规律.
在初中物理课本中,应用这种方法的有
1、声音不能在真空中传播用推理法得出
2、研究物体运动状态与力的关系时,推理得出惯性定律。
六.类比法
类比法是指将两个相似的事物做对比,从已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应性质的方法.类比法在物理中有广泛的应用。所谓类比,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在物理教学中,类比方法可以帮助理解较复杂的实验和较难的物理知识。
在初中物理课本中,应用这种方法的有
1、用水流类比电流 2、用水压类比电压 3、用水波类比声波 4、用太阳系的结构类比原子的结构。
总之,大家要养成良好思维习惯,在解决问题时要尝试运用各种物理研究方法,不断提高科学素质,这既是中考热点也是以实现课程改革的目标。
观察比较法:学习物理要重视观察和实验。特别是初中物理,演示实验和学生实验是学生获取物理知识的一个重要渠道。由最初老师引导学生观察、比较、归纳,过渡到学生自己动手准备器材,对比实验现象得出实验结论,这是一个非常重要的技能训练。初中物理教学中:串并联电路的特点,蒸发和沸腾,晶体和非晶体的熔化和凝固。运用这种研究方法,能起到良好的教学效果,能很好的锻炼学生的观察能力和归纳能力。例如:研究晶体和非晶体的熔化时,采用相同的加热条件同时对海波和蜂蜡进行加热。引导学生观察两者的状态变化并记录温度随时间的变化,最后让学生由记录数据和观察现象的特点归纳出晶体和非晶体的区别。
控制变量法:某些物理量的变化是其他几个因素共同作用的结果。在研究影响这些物理量变化的因素及与这些因素之间的内在联系时,我们采用控制变量法。这是一种非常重要的物理方法,这种方法将复杂的物理关系中的每个因素逐一研究,化难为易。初中物理教学中一些重要物理量:速度、密度、力的三要素对力的作用效果的影响、滑动摩擦力、压力的作用效果、浮力、电流定律、影响导体电阻大小的因素、欧姆定律、电功、电功率都采用这样的研究方法。上海市中考试题:2002年密度、2003年电功率、2004年浮力都采用表格的形式对这一方法加以运用,题目灵活,所占分值较大。
等效替代法:如果某个物理量的作用效果与其他几个物理量共同作用的效果完全相同,那么可以用这一个物理量来等效替代其他几个物理量,这种方法可以化繁为简。初中物理教学:合力、串并联电路电阻在引入时采用了等效替代法。例如2001年情景题:两个小孩能提起一桶水,一个大人同样能提起这桶水,这一现象表明:两个力对物体的作用效果可以有一个力来等效替代,这一答案在掌握了等效替代法后非常容易得出。
理想化模型方法:为了能够清楚地反映某些客观存在的物质的物理性质,我们利用一些理想的模型会使问题简单明了。研究磁场的分布我们引入磁感应线;光的传播情况引入光线。例如:2002年考题:在物理学中,可以用一个带箭头的直线来表示光的传播路径和方法。这条理想的线叫光线。在下列几个物理学研究的实例中,与引入“光线”这一物理概念的方法相类似的是答案应该是:在研究磁体的磁场时引入“磁感应线”的概念。
1控制变量法
物理学中研究一个物理量与多个因素的关系时,常采用的方法是只改变其中的一个因素,而保持其他的因素不变,从而确定这个因素是否影响我们所要研究的物理量。这种方法就是控制变量法。
例如,在探究决定电阻大小的因素的实验中,在探究电流与电压的关系、电流与电阻的关系的实验中,在探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关的实验中,都用到了控制变量法。
例1(咸宁中考)用如图1所示的实验电路来“探究――影响电阻大小的因素”,电路中a、b、c、d是四种不同的金属丝。
编号材料长度(m)横截面积(m2)①镍铬合金0。80。8②镍铬合金0。50。5③镍铬合金0。30。5④镍铬合金0。31.0⑤康铜合金0。30。5⑥康铜合金0。80。8现有几根镍铬合金丝和康铜合金丝,其规格如上表所示。为了便于探究和分析,实验中要利用控制变量法,要求都相对金属丝a 进行比较,因此电路图中金属丝a 应选上表中的(用编号表示),b、c、d 应分别选上表中的(用编号表示)。
解析③与②的材料、横截面积相同而长度不同,可用来对比研究导体的电阻与导体长度的关系;③与④的材料、长度相同而横截面积不同,可用来对比研究导体的电阻与导体横截面积的关系;③与⑤的长度、横截面积相同而材料不同,可用来对比研究导体的电阻与导体材料的关系。
答案③;②④⑤(顺序可互换)
点评在“探究影响电阻大小的因素”的实验中,要研究电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积的关系,因此每次实验时都要控制变量。在研究导体的电阻与材料的关系时,要保持导体的长度和横截面积相同;在研究导体的电阻与长度的关系时,要保持导体的材料和横截面积相同;在研究导体的电阻与横截面积的关系时,要保持导体的材料和长度相同。
2图象法
图象法是指借助图象来确定物理量之间关系的方法,是物理学中运用数学知识研究物理规律的非常有效的方法,是一种科学探究的基本方法。
在电学中经常利用图象坐标来进行定性分析和定量计算,例如,在探究通过导体的电流与导体两端的电压、导体的电阻的关系时,利用“U-I图象”可以使复杂问题简单化。在历年中考中,有关图象坐标的电学题也屡见不鲜。
解析由图2可知,对于R1来说,电流0。2 A对应的电压是4 V,根据电阻计算公式得
答案A
点评本题考查如何利用图象坐标计算物理量的取值。此类题的解题关键是选好特殊值,代入相应公式计算出结果。
3等效替代法
所谓的“等效替代法”就是在效果相同的前提下,把实际的、复杂的物理过程变成理想的、简单的等效过程来处理,可使问题的研究与解决大为简化,还可加深对物理概念、规律的理解。
例如,在研究串、并联电路的电阻规律时、在用特殊方法测量电阻时利用等效替代法可以使复杂问题简单化。
例3(莆田中考)在测定一个未知电阻Rx的阻值时,小明和小亮设计了如图3甲所示的实验电路,其中R1是电阻箱S1为单刀积掷开关。
(1)闭合开关S后,把开关S1接到触点1;把开关S1接到触点2后,小明和小亮采取了不同的实验操作。
小明的操作:保持滑片P的位置不变,只调节电阻箱R1,直到电压表示数为U;
小亮的操作:同时调节滑动变阻器R和电阻箱R1,直到电压表表示数为U。
你认为两人的操作中,的操作是正确的。
(2)选择正确的实验操作后,电阻箱R1上各旋钮的位置如图3乙所示,其读数为Ω,则待测电阻Rx的阻值应为Ω。
解析(1)本题中,闭合开关S后,把开关S1接到触点1时,调节滑动变阻器R,使电压表有个合适的示数U,这个电压为此时待测电阻Rx分担的电压大小;当小明操作时,是保持滑片P的位置不变(即变阻器连入电路中的电阻大小不变),只调节电阻箱R1,直到电压表示数为U,说明此时电阻箱R1分担的电压与(1)步骤中的Rx分担的电压相等。因两次实验中,变阻器接入电路中的阻值大小相同,故R1与Rx接入电路中的电阻大小也相同。由此可知,小明的操作是正确的;
(2)按照电阻箱的读数规则,其读数为
待测电阻Rx的阻值等于实验中R1的示数,也是108 Ω。
答案(1)小明;(2)108;108。
关键词:中考试题;初中物理;研究方法
一、控制变量法
所谓控制变量法就是指一个物理量受到多个物理因素的影响和制约。那么在讨论这个物理量与其中某个因素的关系时,只让这个因素发生变化,需要先控制其他几个因素不变,确定相关物理量之间的关系,这种方法叫控制变量法。比如在“探究影响电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”的实验活动中。学生猜想:①可能跟电流大小有关;②可能跟线圈匝数多少有关。要验证猜想①跟电流大小有关,只改变通过电磁铁线圈中电流的大小,要控制线圈的匝数不变;要验证猜想②可能跟线圈匝数多少有关,就应该只改变电磁铁线圈的匝数,而要控制通过电磁铁线圈电流大小不变。最后我们利用电磁铁吸引大头针的数量来分析判断出它们之间的关系。
初中物理涉及的实验主要有:
1.探究影响液体蒸发快慢的因素有哪些;
2.探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;
3.探究压力的作用效果与哪些因素有关;
4.探究液体内部的压强与哪些因素有关;
5.探究液体浮力的大小与哪些因素有关;
6.探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关;
7.探究动能、重力势能大小与哪些因素有关;
8.探究物体温度升高(或降低)时,吸收(或放出)的热量与哪些因素有关;
9.探究研究通过导体的电流与导体两端的电压以及导体电阻的关系;
10.探究探究影响导体电阻大小的因素;
11.探究研究电流做功的多少跟哪些因素有关;
12.探究探究电流的热效应与哪些因素有关。
二、转换法
在物理学中对一些不易观察的物理现象或不易直接测量的物理量,通常用一些较直观、易观察的现象去认识,或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。在初中物理概念、规律学习和实验中经常应用这种方法。比如说电流看不见、摸不着,不易研究它的大小,但是我们可以通过电流通过导体产生的三大效应(热效应、磁效应、化学效应)来研究它的存在及大小;磁场看不见、摸不着,我们可以通过观察放入其中的小磁针的偏转情况来判断磁场的存在;空气看不见、摸不着,我们可以根据空气流动所产生的作用效果来认识它。
三、类比法
从两类不同事物之间找出某些相同或相似的量的思维方法,为了把要表述的物理事物说得清楚明白,往往用具体的、易理解的、人们所熟知的事物来类比那些抽象的、不易理解的、陌生的事物。比如在物理教材中用水流来类比电流;用水压来类比电压;用抽水机类比电源;用速度概念类比机械功率及电功率概念等。
四、等效替代法
等效替代法简称“等效法”,所谓“等效法”就是在特定的某种意义上,在保证效果相同的前提下,将陌生的、复杂的、难处理的问题转换成熟悉的、容易的、易处理的一种方法。初中物理教材中,在二力的合成中用合力等效代替分力;研究串、并联电路中电阻关系时引入等效电阻的概念;在电路分析中可以把不易分析的复杂电路简化成较为简单的等效电路。
五、建立理想模型法
为了研究的需要,把物理实体或物理过程经过科学抽象转化为一定的模型,这种转化忽略了一些次要因素,突出主要因素,它使物理教学简单化、形象直观化,易于学生理解。如:磁场是客观存在的一种特殊物质,而“磁感线”并不存在,为了描述磁场而引入的“磁感线”是假想的物理模型;光是客观存在的,为了研究光的传播路径和方向而引入“光线”,也是“假想模型法”;用图示的方法表示力;电路图是实物电路的模型;“管涌”是连通器模型;杠杆模型;轮轴模型;斜面模型等等。
六、科学推理法
有些物理实验结论或规律单凭物理实验是无法完成的,它需要大量可靠事实为基础,以真实的实验为原形,通过大胆、科学、合理的推理得出结论,深刻地解释物理规律的本质,是物理学研究的一种重要的思想方法。例如在进行牛顿第一定律的实验时,根据把物体放在越光滑的平面上就运动的越远的知识,我们可以推理出:如果平面绝对光滑且不受其他摩擦阻力,物体将永远做匀速直线运动;在做真空是否能传声的实验时,当我们发现装置中空气越少,传出的声音就越小时,我们可以推理出:真空是不能传声的。
其实物理研究方法不仅仅是以上所谈,还有观察法、实验法、归纳法、累积法、微小放大法、比较法、比值法、图像法等等。
学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中,逐渐拓宽视野,初步感受科学研究方法带来的思维灵感火花,能够从中领略物理学科的奥妙,从而感受“另类思维”给他们带来“柳暗花明又一村”的效果。
参考文献:
[1]陈兵.初中物理学习方法浅析[J].新课程,2010(12).
[2]许万国.浅析初中物理学习方法[J].中国校外教育,2011(3).
关键词: 初中物理教学 教学方法 教学策略
新课程指出:“通过展示物理学发展的大体历程,让学生学习一些科学方法和科学家的探索精神,通过科学想象与科学方法的结合,发展学生的想象力和分析概括能力,使学生养成良好的思维习惯,勇于创新。”按照新课标要求,我们在实施教学的过程中要培养学生科学探究精神、实践能力和创新意识,帮助学生提升素质,还应该重视科学方法的培养,重视物理知识的构建过程。下面介绍我在初中物理教学活动中常用的六种教与学的方法,以供同行参考。
一、控制变量法
控制变量法是指在讨论多个物理量的关系时通过控制其几个物理量不变,只改变其中一个物理量从而转化为多个单一物理量影响某一个物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据上的反映为某两次试验只有一个条件不同,若两次试验结果不同则与该条件有关,否则无关。反之,若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关则应只使该因素不同,而其他因素均应相同。
控制变量法在初中物理的科学探究中有过多次应用,如探究导体中的电流与导体两端的电压及导体的电阻关系;探究决定导体的电阻大小与哪些因素有关,探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关,探究蒸发的快慢与哪些因素的有关;探究液体压强与哪些因素有关;研究浮力大小与哪些因素有关;研究压力的作用效果与哪些因素有关;研究滑轮组的机械效率与哪些因素有关;研究动能、重力势能大小与哪些因素有关;研究电流做功的多少跟哪些因素有关系;研究电流的热效应与哪些因素有关;研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系等,均应用了这种科学方法。
在研究性学习过程中控制变量法的应用注重了知识的形成过程,有利于扭转重结论、轻过程的倾向,有助于培养学生的科学素养,使学生学会学习。
二、等效替代法
等效替代法是在保证效果相同的前提下,用替代的方式将陌生复杂的问题转换成熟悉简单的模型的一种类思维方法,它在物理学中有广泛应用。如在研究合力时,一个力作用与两个力共同作用使弹簧发生的形变是等效的,那么这一个力就替代了那两个力,叫等效替代法;在研究串、并联电路的总电阻时,也用到了这样的方法;在探究平面镜成像特点的实验中,为了验证物与像的大小相同,也利用了一个完全相同的另一根蜡烛等效替代物体的大小。
三、转换法
物理学中一些比较抽象的看不见、摸不着的物质的现象或者不易直接测量的物理量,要研究它们的运动等规律,通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法。如空气看不见、摸不到,我们可以根据空气流动(风)所产生的作用认识它;可以通过研究墨水的扩散现象认识分子的运动;根据电流产生的热效应判断电路中是否有电流;通过磁场的效应证明磁场的存在。
四、比较法
当你想寻找两件事物或者现象的相同和不同点时,就需要用到比较法,可以进行比较的事物和物理量很多,对不同或有联系的两个对象进行比较,我们主要从中寻找它们的不同点和相同点,从而进一步揭示事物的本质属性。(比较法在学生学习其他知识的过程中也用得非常普遍)如比较蒸发和沸腾的异同点;比较汽油机和柴油机的异同点;电压表和电流表的使用方法;比较固体、液体和气体的微观结构、宏观特征等。
通过比较法的学习,能够加深对知识的理解,方便记忆。同时掌握了比较法,还能够培养学生自主学习的能力。
五、类比法
类比法是一种推理方法。不同事物在属性、数学形式及其他量描述上有相同或相似的地方就可以用类比推理。教学过程中,教师在讲解一些抽象的物理量时,为了学生能够理解,常常会举出与之相似的量类比学习。如电压与水压;电流与水流;电源与抽水机;原子结构与太阳系;水波与电磁波;功率概念与速度概念的形成;密度与比热容概念的理解。在物理学中运用类比方法可以引导学生获取知识,有助于提出假说进行推测,有助于提出问题并设想解决问题的方向。类比可激发学生探索的欲望,引导学生自主探索,使学生掌握自觉积极的活动主题,发展学生的思维能力和创造能力。
六、模型法
将模型方法应用于构建一些十分抽象的物理过程或者物理理论时的形象化模型对学习和研究起到了简化作用,便于想象、理解和思考。初中物理学习中的许多知识都应用了模型法。如光线、磁感线的引入;原子结构模型、匀速直线运动的理想化模型;力的示意图等。
一、坚守生本本位
在教学中,坚守生本本位,教师要有意识地创设教学情境,激发学生的探究热情,让学生在探究活动中学习知识,在探究活动中研究方法.教师要根据学生的认知过程,设计合理的教学方案和教学计划.如,在研究平面镜成像规律实验中,我们不要急于让学生一下子就算出成像的大小,要先让学生知道,像和原物的大小关系,然后逐步引向深入.要启发学生:有些演员不能独立完成的高难度动作,经常请替身完成.通过这类例子类比:用另一个相同的蜡烛做特技替身,来代替镜子的蜡烛,去与它的像进行比较,这样很符合学生的认知特点,又能很好地解决文本中想要说明的“像和物的大小关系”问题.
创设情景、引导学生选择研究方法.这有利于培养学生的能力,给学生更多探索的机会.如果教师能有效挖掘教材,不仅可以成功地完成物理知识教学任务,更有利于学生掌握物理研究方法和创新能力的培养.例如,在研究“滑动摩擦力与什么因素有关”我们时,让学生思考:什么例子可以证明,产生滑动摩擦的相关因素呢?在学生探究的基础上,学生和教师总结猜想:滑动摩擦力的大小和接触表面粗糙程度、压力、接触面积、物体的速度等有关.接着质疑:用什么方法来确认你的“猜想”是正确的.如果滑动摩擦力的大小改变时,你如何确定其影响的因素呢?――控制变量法将是一个重要的技能.学生在选择适当的研究方法后在下面的学习和探究,就可以顺利进行了.
二、深入启发,突破难点
在物理课堂教学中,启发式教学遇到的一个最大障碍是学生“启而不发”.在这里,最直接的原因还要从教师这里找,因为很多时候是我们的要求和教学内容与学生的实际没有完全接轨.因此,做好启发式教学的关键是联系学生的实际,坚持发展学生的最近发展区.学生只有估计他能够接近目标,才会试着去努力,标准太高了,他不可能去尝试.标准太低,当然也不可能使学生进入积极的精神状态.没有积极的精神状态,突破难点就勉为其难.如,单摆问题的难点突破.有一位有经验的教师是这样做的:在讲完单摆以后,提出了如下问题请学生想一想“当单摆摆角不大时,什么力使单摆做简谐振动呢?”一个学生说,“是张力的力量”,一个学生说是“重力的分力”,各抒己见.然后另外一个学生说:“他们两位只是说法不同,本质是一样的.第一个学生是从合成角度分析的,第二个学生是从分解角度分析的,合成与分解是方法问题,实质是一样的.”接着教师又问:“二者实质既然相同,合成和分解的分力就都应该具有简谐力(简称为回复力)的特征,是吗?”这样的启发使课堂上的形势发生了变化,许多学生通过分析而支持“是重力分力”的正确观点,深入的启发,充分调动学生的积极性.
在初中物理教学中,教师应引导学生不断思考,要以学生为主体,充分调动学生学习的主动性、积极性.在教师的指导和启发下,组织学生积极开展讨论,使学生对物理问题进行思考、讨论、分析和研究,最后得出正确的结论.讨论主要内容应该是物理学中的重要概念、规律、现象和公式及学生在学习过程中经常遇到的一些问题,学生学习这些概念、规律和公式相对来说还是有困难的,容易模糊.如“运动和力的关系”、“波的概念”、“浮力”的概念等.
三、方法举隅,重在变通
1.等效替代法
“曹冲称象”中用石子等效替换大象,就是等效替代法.等效替代法是一种抓住两个看起来不同的物理过程,找到同样效果的方法.如:在电路中,若干个电阻,相当于一个适当的阻力,反之亦然.如串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都利用了等效的思想.
2.实验推理法
在初中物理教学中,有一些物理现象,用实验可以直接验证,而有的却需要我们通过实验,提出了合理的推理得出正确的结论,这就是实验推理法.
如,牛顿第一定律实验.同一物体,从同一斜面同一高度释放,它在光滑平面运动和粗糙的平面上运动,滑出去的距离明显是不一样的.于是我们推断,如果这个物体在绝对光滑平面上运动,那么这个物体将永远是匀速直线运动.再如,在做真空不能传递声音的实验时,当我们发现空气越少,声音就越小时,我们推断,真空不能传声的.
3.建立模型法
为了方便的研究物理问题,在初中物理教学中常常采用建立模型的方法,建立模型方便于探讨事物的本身,建立模型是对研究对象所作的一种简化描述.物理学的发展过程可以说是一个不断建立物理模型的过程,是一个用新的物理模型来取代旧的或不完善的物理模型的过程.
如,研究肉眼难以观察到的原子结构时,我们光靠语言的描述,是很困难的,怎么办?――建立核结构模型.再如:力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型.电路图是一个真正的电路模型.
4.类比法
一、控制变量法
物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法,广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。
在初中常见实例如:探究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系等;探究影响力的作用效果的因素;探究滑动摩擦力与哪些因素有关;探究二力平衡的条件;探究压力的作用效果与哪些因素有关;探究液体内部的压强与哪些因素有关;探究浮力的大小与哪些因素有关;探究动能(或重力势能)与哪些因素有关等;探究影响液体蒸发快慢的因素;探究物体吸热与物质种类、质量、温度变化的关系等;探究影响电阻大小的因素;探究电流与电压、电阻的关系;探究影响电流做功多少的因素;探究影响电流的热效应的因素;探究电磁铁的磁性与哪些因素有关;探究影响感应电流方向的因素;探究通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向、磁感线的方向的关系等。
二、转换法
物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。所谓“转换法”,主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法。
在初中常见实例如:可以通过敲动音叉所引起的乒乓球的弹开来说明发声体在振动;影子的形成可以证明光沿直线传播;月食现象可证明月亮不是光源;物体发生形变或运动状态改变可证明此物体受到力的作用;在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小;通过小桌陷入沙坑的深浅来比较压力的作用效果;马德堡半球实验可证明大气压的存在;运动的物体能对外做功可证明它具有能;研究影响动能大小的因素时,物体动能的大小无法直接测量和比较,通过比较物体滚到斜面底端对其它物体做的功的多少,间接比较动能的大小;扩散现象可证明分子做无规则运动;铅块实验可证明分子间存在着引力;雾的出现可以证明空气中含有水蒸气;用加热时间长短来显示吸收热量的多少;研究电流时通过电流的热效应和磁效应去研究;研究磁场时用放在磁场中的磁体会受到力的作用去研究;指南针能指南北可证明地磁场的存在;可以通过电磁铁吸引铁钉的多少来显示电磁铁的磁性强弱等。
测量仪器:秒表、电流表、电压表、电阻表、弹簧测力计、气压计、微小压强计、温度计、托盘天平、电能表、测电笔等都是转换法的体现。
三、等效替代法
等效替代法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法。
在初中常见实例如:把不易分析的复杂电路简化为简单的等效电路;研究串、并联电路电阻的关系时引入总电阻(等效电阻)的概念;研究同一直线上二力的关系时引入合力;在研究平面镜成像实验中,用两根完全相同的蜡烛,用未点燃的蜡烛等效替代另一根点燃的蜡烛的像,用玻璃板等效替代平面镜等。
四、建立模型法
即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。在初中常见实例如:研究运动时建立匀速直线运动的模型;研究液体压强时用液柱模型;研究连通器原理时用液片模型;用简单的线条代表杠杆;研究光现象时用到光线模型;研究磁现象时用到磁感线模型;电路图是实物电路的模型;研究肉眼观察不到的原子结构时建立原子核式结构模型等。
五、类比法
在认识一些物理概念时,我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比,以帮助我们理解它。在初中常见实例如:内能与机械能类比;用弹簧连接的小球类比存在着相互作用力的分子;在研究电流时,用水流进行类比;认识电压时,用水压进行类比;用抽水机类比电源;原子结构与太阳系;水波和电磁波等。
六、理想实验法
理想实验法是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法。
在初中常见实例如:伽利略斜面实验;推导出声音不能在真空中传播;推导出牛顿第一定律;推导出电荷的种类等。
七、比值定义法:
比值定义法就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。
在初中常见实例如:速度、密度、压强、功率、比热容、热值、电流等概念公式采取的都是这样的方法。
八、积累法
在测量微小量的时候,我们常常将微小的量积累成一个比较大的量。
在初中常见实例如:测量一枚大头针的质量;测量出一张邮票的质量;测量出心跳一下的时间;测量出导线的直径等。
九、比较法
比较法是通过对不同的物理概念、定义或事物进行比较,发现它们之间的内在联系和根本区别,找出研究对象的相同点和不同点,从而进一步揭示事物的本质属性,它是认识事物的一种基本方法。
在初中常见实例如:比较惯性和惯性定律的区别;比较蒸发和沸腾的特征;比较汽油机和柴油机的结构和工作原理;比较发电机和电动机的结构、原理、能量转化;比较电压表和电流表的使用规则等。
十、归纳法
归纳法是从个别性知识,引出一般性知识的推理,是由已知真的前提,引出可能真的结论。
在初中常见实例如:在日常生活中了解到各种声音都是由于物体振动产生的,从而归纳出:一切发声体都在振动的结论;通过铜、铁、铝、银等金属能导电归纳出金属都能导电等。
十一、图象法
一、适应学生特点,做好过渡
初中学生以形象思维为主,逻辑思维正在逐步形成。而物理学中有一些概念规律很抽象,学生难以理解。老师如果一味地枯燥讲解会使学生乏味,理解不全面、不到位,和实际应用更难以联系。针对这种情况,在教学中,老师要尽可能给学生提供感性认识,有目的地引导学生从生活经验、感知模型和实验基础上找出规律,弄清因果关系,建立逻辑思维依据。如讲光反射规律时,让学生手拿镜子把光反射到另一位置,若在入射点向镜子做一条垂线,通过改变镜子与光的夹角,发现反射光与镜子夹角与其变化很相像,从而引导学生自己初步得出光反射的规律,再与前人总结的规律作比较,结果竟惊人的一致!学生的小脸激动得通红,原来自己也能有如此重大发现,很有成就感,增强了自信心。
二、重视学法指导,做好引路人
在初中物理学习方面,培养独立思考和独立判断能力以及科学的学习方法应当放在首位,这是现代教学理论的新观念。物理学科的教学方法很多,如模型法、控制变量法、等效替代法、转换法、类比法、图像法、逆向思维法、比较法、科学推理法、归纳法、运用现有知识内容推理后面内容等。这些方法在物理教学中有广泛的应用,在教学中要特意加强方法指导。
处理教材时,要先让学生阅读教材,弄明白本节要研究的主题,引导学生探究,首先提出问题,然后猜想,接着设计实验方案,进行实验,搜集证据,从中发现物理现象间的内在联系,找出其中的变化规律,并阐明其发生原因,归纳结论。在学习密度、压强、功率时,学生只是注意其比值的数学形式,忽视了物理意义。我就引用学生熟悉的匀速直线运动中对速度概念的理解,进行类比学习,加深理解。在学习合力概念时,数只蚂蚁才能挪动的一片树叶仅一只甲壳虫就可以挪动它,那么一只甲壳虫对树叶的作用力等效于数只蚂蚁作用力的合力,这样用等效替代法可以正确理解合力的概念。
三、引导学生观察,培养学习兴趣
1、控制变量法:某一物理量往往同时受到几个不同物理量的影响,为了确定各个不同物理量之间的关系,就需要用人为的方法控制某些变量,使其保持不变,然后改变某一个量,看所研究的物理与该物理量之间的关系的方法。
此类方法常用于:(1)探究影响蒸发快慢的因素。(2)探究影响导体电阻大小(3)探究影响电磁铁磁性强弱的因素。(4)探究电流跟电压、电阻的关系。(5)探究影响电流热效应的因素。(6)探究影响滑动摩擦力大小的因素。(7)探究决定压力作用效果的因素。(8)探究影响动能大小的因素等。
2、等效替代法:在研究某一个物理现象和规律时,因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制,不可以或很难直接提示其物理本质,而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。
此类方法常用于;(1)探究平面镜成像特点,(2)探究等效电阻等。
3、转换法:有的物理量不便直接测量,通过将其转换为容易测量的物理量,或有的物理现象不便直接观察,通过将其转换为与之相关联的物理现象,从而获得结论的方法
此类方法常用于:(1)探究影响电磁铁磁性强弱因素时,用吸引铁钉的多少来判断》(2)通过观察压强计U形管内液柱的高度差判断液体内部的压强大小。(3)通过观察木桩被落下的金属块撞击后陷入沙坑中的深浅来比较重力势能的大小。(4)通过墨水的扩散现象来认识分子的无规则运动等。
4、类比法:在学习一些十分抽象的物量时,为了把要表达的物理问题说清楚,往往用具体的、有形的、大家熟知的事物来类比,通过一个比较熟悉的对象的某些特征,去理解和掌握另一有相似性的对象的某些特征的方法。
5、实验推理法:有一些物理现象,由于受实验条件所限,无法直接验证,需要我们先进行实验,再根据实验结果进行合理推理从而得出正确结论,这是一种常用的科学方法,
6、理想模型法:将抽象的物理现象用简单易懂的模型表示的方法,
观察法:是人们为了认识事物的本质和规律,有目的、有计划地对事物进行考察的一种方法,是人们收集获取记载和描述感性材料的常用方法之一,是最基本最直接的研究方法。简单的讲观察法就是看仔细地看,科学观察,它和一般的看不同,是人的眼睛在大脑的指导下进行的有意识的组织的感知活动。
实例:在学习声音的产生时可让学生观察小纸片在扬声器中的运动状态,观察正在发声的音叉插入水中激起水花,观察蟋蟀知了呜叫是的情况,就会发现发出声音的物体都在振动;除此之外还有光的反射规律;光的折射规律;凸透镜成像;滑动摩察力与哪些因素有关水的沸腾……
模型法:建立模型法是一种高度抽象的理想客体和形态用物理模型,用物理模型可以使抽象的假说理论加以形象化,便于想象和思考研究问题。物理学的发展过程可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。
实例:研究光现象时用到光线模型;的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型;研究肉眼观察不到的原子结构时,建立原子核式结构模型;研究磁现象是用到磁感线模型;力电路图是实物电路的模型;研究发电机的原理和工作过程用挂图及手摇发电机模型;研究内燃机结构和工作原理用挂图及汽油机柴油模型……
转换法:物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法。
实例:影子的形成可以证明光沿直线传播;月食现象可证明月亮不是光源;马德堡半球实验可证明大气压的存在;雾的出现可以证明空气中含有水蒸气;奥斯特实验可证明电流周围存在着磁场;指南针指南北可证明地磁场的存在;扩散现象可证明分子做无规则运动;铅块实验可证明分子间存在着引力……”
等效替代法:所谓等效替代法是在保证效果相同的前提下,将陌生复杂的问题变换成熟悉简单的模型进行分析和研究的思维方法,它在物理学中有着广泛的应用。
实例:在研究同一直线上的二力的关系时引入合力的概念也是运用了等效替代法;在电路分析中可以把不易分析的复杂电路简化成为较为简单的等效电路;研究串联并联电路关系时引入总电阻(等效电阻)的概念……
控制变量法:是指讨论多个物理量的关系时通过控制其几个物理不变,只改变其中一个物理量从而转化为多个单一物理量影响某一个物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上的反映为某两次试验只有一个条件不同,若两次试验结果不同则与该条件有关,否则无关。反之,若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关则应只使该因素不同,而其他因素均应相同。实例:在研究导体的电阻与导体那些因素有关时;在研究影响力的作用效果的因素;在研究导体的电阻跟哪些因素有关时;研究液体蒸发快慢的因素;研究液体内部压强;研究动能势能大小与哪些因素有关;研究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系;研究物体吸收的热量与物质的种类质量温度的变化的关系;研究电流与电压电阻的关系;研究电功或电热与哪些因素有关;研究通电导体在磁场中受力与哪些因素有关;研究影响感应电流的方向的因素采用此法……
比较法:比较法是确定研究对象之间的差异点和共同点的思维过程和方法,各种物理现象和过程都可以通过比较确定它们的差异点和共同点。比较是抽象与概括的前提,通过比较可以建立物理概念总结物理规律。因此,比较法是物理现象研究中经常运用的最基本的方法。
比较法有三种类型:一、异中求同的比较。即比较两个或两个以上的对象而找出其相同点;二、同中求异的比较。即指比较两个或两个以上的对象而找出其相异点;三、同异综合比较,即比较两个或两个以上的对象的相同点相异点。
实例:汽车、轮船、火车飞机它们的发动机各不相同但都是把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能装置;而汽油机和柴油机虽然都是内燃机但是从它们的构造、吸入的气体、点火方式、使用范围等方面都有不同;再如蒸发与沸腾的比较两者的相同点都是汽化过程;不同点从发生时液体的温度、发生所在的部位及现象都不同。还可以用比较法来研究质量与体积的关系;重力与质量的关系;重力与压力;电功与电功率……
类比法:所谓类比就是“触类旁通”‘举一反三”实际上是一种从特殊到特殊,从一般到一般的推理,它是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。从而可以帮助我们理解较复杂的实验和较难的物理知识。类比是一种推理方法,不同事物在属性、数学形式及其他量描述上有相同或相似的地方就可以来用类比推理。
1 控制变量法
控制变量法是初中物理实验中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。所谓控制变量法,是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系,可将除了这个因素以外的其他因素人为地控制起来,使其保持不变,再比较、研究该物理量与该因素之间的关系,得出结论,然后再综合起来得出规律的方法。
这种方法在整个初中物理实验中的应用比较普遍。例如,在人教版实验教科书《物理》(8年级上册)第1章第1节关于探究声是怎样传播的实验中,就开始渗透控制变量的思想。因为固体、液体和气体都是传声的介质,逐一研究它们可以分别传声时,就必须控制其他两个因素。如果在进行该实验时就给学生恰当地点拨,提出:“把两张课桌紧紧地挨在一起,一个同学轻敲桌面,另一个同学把耳朵贴在另一张桌子上,听到的敲击声为什么就能认为是桌子传来而不是空气传来的?”引导学生去分析比较,就能使学生体验到控制变量的思想。在探究影响音调、响度等因素的实验中,把控制变量的思想对学生进行简要的介绍,就会使学生逐步领悟到控制变量法的实质要领,为以后的探究实验做好方法上的准备。
在初中物理中,探究影响导体电阻大小的因素、电流跟电压电阻的关系、影响电热功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素、影响滑动摩擦力大小的因素、决定压力作用效果的因素等实验,都运用了控制变量法。
2 等效替代法
等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中,因实验本身的特殊限制或因实验器材的限制,不可以或很难直接揭示物理本质,而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当,不仅能顺利得出结论,而且容易被学生接受和理解。
例如,在探究平面镜成像规律的实验中,用玻璃板替代平面镜,因两者在成像特征上有共同之处,容易使学生接受,而玻璃板又是透明的,能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛,便于研究像的特点,揭示出规律。在教学中,在学生亲历实验过程的基础上,教师注重引导学生进行方法的总结,在思维方式上受到启发,他们以后遇到有关的实验设计时,就会自觉地加以运用。比如在学习伏安法测电阻之后,要求学生设计一个实验,在上述实验中缺少电压表或电流表,其他器材不,另有一个已知阻值的定值电阻供选用,要求测出未知电阻,应该怎么办?学生就可以用等效替代的思想进行设计。
3 转换法
有的物理量不便于直接测量,有的物理现象不便于直接观察,通过转换为容易测量到与之相等或与之相关联的物理现象,从而获得结论的方法。譬如,在研究电热的功率与电阻关系的实验中,电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较,而通过转换为让煤油吸热,观察煤油温度变化的情况,从而推导出哪个电阻放热多。教学时不妨设计一问:“为什么研究电热的功率与电阻大小的关系时,还用到似乎与实验无关的煤油呢?”引发学生的思考和讨论,在小结出该实验中煤油的作用的基础上,进而再问:“该实验能否不用煤油而改用其他方式来观察电阻通电后的发热情况?”这样促使学生思维得以发散,转换的思维方法得到训练,设计实验的能力也随着提高了。
在初中物理实验中,利用软细绳测量地图上铁路线的长度,刻度尺和三角板配合测量硬币的直径、圆锥的高等,都运用了转换法的思想。
4 类比法
类比法是一种推理方法。为了把要表达的物理问题说清楚明白,往往用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明的那些抽象的、无形的、陌生的事物,通过借助于一个比较熟悉的对象的某些特征,去理解和掌握另一个有相似性的对象的某些特征。如:在研究电压的作用时,借助于学生看得见而且比较熟悉的“水压形成水流”的实验作类比,来揭示电压是形成电流的原因,形象直观,很容易被学生理解,从而记忆牢固。当然,这里还可以用其他方式来类比,充分发挥学生的主观能动性,找到更符合学生实际的类比方法。
5 图像法
图像是一个数学概念,用来表示一个量随另一个量的变化关系。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况,因此图像在物理中有着广泛的应用。在实验中,运用图像来处理实验数据,探究内在的物理规律,具有独特之处。如:在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中,就是运用图像法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况,学生在亲历实验自主得出数据的基础上,通过描点、连线绘出图像,就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点。
6 理想化方法
理想化方法是指在物理教学中通过想象建立模型和进行实验的一种科学方法。可分为理想化模型和理想化实验。
理想化模型就是指把复杂的问题简单化,把研究对象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理后再现原形的本质的东西,构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法。例如,探究杠杆平衡条件的实验,杠杆就是一种理想化的模型。杠杆在使用时,由于受到力的作用,或多或少会引起形变,然而在研究中把这些形变忽略不计,这里就把杠杆经过理想化的处理,认为它无形变,视为一个硬棒,从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响,顺利地得出杠杆平衡的原理。
1功能电路
按照功能划分电路,是电子线路的观点,将此观点运用于高中电路的学习,有助于搞清楚电路各部分的作用,实践证明,这种观点和方法是卓有成效的.高中阶段按照功能电路的观点来看,电路可分为四种或四部分,分别是供电电路,测量电路,保护电路和校对电路,其中主要的是供电电路和测量电路.
1.1供电电路
顾名思义,供电电路负责给电路供电,一般包括电源和滑动变阻器两个元件.供电电路有三种方式:
第一种是初中学过的、拿电源直接给用电器供电;
第二种就是高中学过的分压式供电电路,如图1所示;
第三种就是限流式供电电路,如图2所示.
关于供电电路是选择分压式还是限流式已有多篇文章分析过,本文不再赘述,只用16字简单总结一下:零起必分,滑小必分,滑大可限,烧表必分.
1.2测量电路
顾名思义,测量电路负责对电路中的相关量进行测量,因为高中物理中的电学测量工具只有电压表和电流表及万用电表,故而测量电路这部分主要就是伏安电路.由于电表本身有内阻,方法上又分为外接法和内接法,外接法适合测量小电阻,测量值小于真实值,内接法适合测量大电阻,测量值大于真实值,可简单总结为“外小内大”.需要注意的是,测量电路它具有的就是测量功能,故而电路中相关量的测量与计算只看这部分电路即可,不需去管供电电路.
1.3保护电路
保护电路实际上就是一个电阻,它负责保护测量电路.一般是在供电电路和测量电路对接的时候接保护电路即可.
这种电路主要是在把电表改装后需要与标准表进行校对,校对不仅仅是把改装表和标准表连在一起就行了,我们需要给它提供一个完整的电路,这个电路就叫校对电路.
有了功能电路的思想后,我们再看电学实验主要测什么.
2三个测量
高中电学实验归纳起来就是三个测量:测电阻,测电表,测电源.
测电阻就是测量电阻的阻值,测电表就是测非理想电表的内阻,测电源就是测电源电动势和内电阻.那么这些量的测量各有几种方法?
2.1测电阻
测电阻可归纳为以下几种方法: ①欧姆表法;②电阻的决定式;③伏安法;④比例法;⑤等效替代法.
其中等效替代法不仅是高中物理任何一个实验都可以用的方法,更是一个用途广泛、道理简单、使用方便的方法,应该引起我们的高度重视.
2.2测电表(的内电阻)
测电表可归纳为以下几种方法:①欧姆表法;②伏安法;③比例法(半偏法);④等效替代法.
由于测电表的内电阻本质上仍然是测电阻,故而测量方法与测电阻的方法基本一致.但是电表本身能够自报读数,在知道电表内阻的情况下可以伏安互换,一表三用,就又衍生出了许多测量方法,但仍然体现了测电阻的共性方法.
2.3测电源(的电动势和内电阻)
测电源可归纳为以下几种方法:①两表一电阻;②一表两定阻;③理想电表法.
该实验从原理上来讲就是闭合电路欧姆定律,需要关注测量电路,对闭合电路欧姆定律变形得出符合图象的函数表达式,结合图象由斜率和截距等来求电动势和内阻.
3举例说明
例1实验室备有以下器材:
待测电阻Rx;
不能看作理想表的电流表A;
不能看作理想表的电压表V;
滑动变阻器R1;
电阻箱R(最大阻值大于待测电阻的估计值);
低压直流电源,导线、开关若干.
(1)利用所提供的器材,设计一个测量R的实验方案,要求避免由于电压表和电流表不能看作理想表对实验造成的误差.画电路图.
(2)简述实验原理、实验步骤.
解析首先明确实验目的就是测电阻,但题目中给的是非理想表,而且要避免由于非理想表引起的误差,那么在测电阻的五个方法里面筛选,欧姆表法和电阻的决定式法不能用,伏安法必须考虑电表的内阻,也不能用,剩下的就是[TP1GW113.TIF,Y#]比例法和等效替代法,很显然,等效替代法是最简单的,因此从方法上选择等效替代法.
接好的电路如图3.
在等效替代法中,被测物和替代物不能同时接入电路中,因此我们用了两个开关加以控制.要让它完成实验必须要有供电,我们用了一个限流的电源.
主要的实验步骤就是:(1)闭合总开关S3,然后闭合S1,使被测电阻Rx接入电路,读出电流表的读数;(为了读数方便,我们可以调节滑动变阻器得到一个比较方便的读数,其实这个地方的电流表只起一个记录的作用) (2)断开S1,闭合S2,使电阻箱接入电路,调节电阻箱,使电流表的示数重复出现,这时电阻箱的示数就是待测电阻的阻值.
我们完成一个实验,首先要知道它测什么,知道这个测量有几种方法,再根据已给出的器材就能够决定我们用什么方法,就能够画出相应的电路图.
例2从下表中选出适当的实验器材,设计一个电路来测量电流表A1的内阻.要求方法简洁,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据.
(1)画出电路图,标明所用器材代号;
(2)若选测量数据中的一组来计算,则所用的表达式是什么?各符号的物理意义是什么?
[HT6][WB]器材:[WB]规格:
[DW]电流表A1(待测物)[DW]量程10 mA,内阻r1待测(约40 Ω)
[DW]电流表A2[DW]量程500 μA,内阻r2=750 Ω
[DW]电压表V [DW]量程10 V,内阻r3=10 kΩ
[DW]电阻R1[DW]阻值约为100 Ω做保护电阻用
[DW]滑动变阻器R2[DW]总电阻约为50 Ω
[DW]电池E[DW]电动势1.5 V,内阻很小
[DW]电键S
[DW]导线若干
解析首先明确实验目的是测电表内阻,那么思考改用什么测量方法呢?由测电表的四种方法,很多同学容易想到伏安法,那么我们画出伏安法的测量电路这一部分,一般有三种画法: 我们比较三种做法,第一种(见图4),原理正确,但被测物是电表,可以自报读数,只需要再测出表A1的电压即可,这里多用了一块电表,不符合“方法简单”的要求;第二种(见图5),比第一种简单,但根据已知条件电压表的量程是10 V,电源的电动势是1.5 V,即使将电源直接接到电压表上,表针的摆动幅度也只有1.5/10格,无法达到比较高的测量精度,这个缺点在第一种图中也同样存在;第三种(见图6),因电表A2的内阻已知,所以可以把它当电压表来用,即伏安互换,互换之后的量程是否满足要求呢?根据已知条件A1的满偏电流10 mA,内电阻约为40 Ω,那么这个表的满偏电压是0.4 V.A2的满偏电流500 μA,内电阻750 Ω,那么这个表的满偏电压0.375 V,量程相近,满足题目要求.
由于被测量的表达式只由测量电路决定,与其它电路无关,所以画出测量电路后,被测物理量的表达式自然出现,
下面我们看该电路的其它部分:
在图7中使用的是限流式的供电电路,用分压式可以吗?当然可以.用电源直接供电呢?不行,因为它不能满足题目测量多组数据的要求.
另外,保护电路就是一个电阻(见图8),在测量电路和供电电路对接的时候加上这个保护电阻即可,教学中发现,很多学生不能识别定值电阻的用途,不知道它是做保护电路使用,故而出现了许多不应该出现的问题.
例3如图9所示,图中E为直流电源,R为已知电阻,V为理想电压表,其量程略大于电源电动势,S1和S2是开关,现要利用图中电路测量电源的电动势E和内阻r,试写出主要实验步骤及结果的表达式.
解析实验目的是测电源电动势和内电阻,题中给了一个理想电压表,并且量程大于电源电动势,筛选测电源的方法,可以用理想电压表直测.把S1断开,S2闭合,则电压表的读数U1就是电源电动势.
关键词:物理教学;科学探究;研究方法
《义务教育物理课程标准(2011年版)》在第一部分前言中有关课程性质的叙述中明确指出:义务教育物理课程作为科学教育的组成部分,是以提高全体学生科学素养为目标的自然科学基础课程,此阶段的物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练,而且应注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识以及科学态度、科学精神等方面的培养。这体现了新时期教学理念与传统教学理念的区别,关于这一点,很多教师和学生容易忽视,他们常常会走进“学习物理只要学好知识就可以”的误区,从而使学生学习比较盲目,只知其一不知其二,知其然而不知其所以然。因此,探究物理问题的方法指导势在必行。下面我们一起来探讨初中物理中科学探究的一些常用方法。
一、控制变量法
有很多物理问题,影响它的因素往往有两个或两个以上,如果要研究这类问题与其中某个因素的关系时,就需保持除这个因素以外其他的因素不变,这种研究问题的方法叫做控制变量法。它是初中物理中最常用的一种方法,如初中物理(人教版)中探究影响滑动摩擦力大小因素的实验(如图1所示),在这个实验中为了探究压力对滑动摩擦力的影响,就需保持两物体间接触面的粗糙程度相同(如图中甲、乙所示)。同理,为了探究接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响,就需保持压力相同(如图中甲、丙所示)。又如,探究影响压强大小因素的实验、探究影响浮力大小因素的实验、探究影响滑轮组机械效率大小因素的实验、探究影响动能大小因素的实验、探究不同物质吸热本领是否相同的实验、探究影响导体电阻大小因素的实验、探究电流大小与电压、电阻关系的实验、探究电流通过导体产生热量与哪些因素有关的实验、探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关的实验等等,都采用了“控制变量法”。
二、转换法
换一个角度或根据它所产生的效应来研究,这种研究问题的方法叫做转换法,又称转化法。如,初中物理课本中研究分子的运动时,由于分子本身很小,无法直接用肉眼去观察它的运动情况,这时就只有通过它运动所产生的宏观效应,即扩散现象来进行研究(如图2所示)。又如,在研究影响动能大小的因素时(如图3所示)动能的大小无法直接去测量,这时只有把动能的大小转换为对物体做功的多少去进行研究,即把钢球动能的大小转换为钢球推动木块的远近,这样来比较物体动能的大小就很直观,也易理解。用这种方法研究的物理问题还有很多,在此不再一一枚举。
三、比较分析法
我们在分析一些类似问题时,常采用此种方法,同中求异。例如,某校STS小组利用手电筒发出的光从较远的地方射向两个同种材料制成的不同凸透镜,结果发现如图4所示的情况,可得到凸透镜的聚光能力与凸透镜的平凸程度和焦距的关系。除了这个问题之外,初中物理中还有一些问题也采用了这种方法,如研究光的反射与折射现象、蒸发与沸腾、电阻的串联与并联等等。
四、等效替代法
有时为了研究问题的方便或条件不允许时,就需在效果相同的情况下,用一个量来代替几个量或用几个量来代替一个量,像这种研究问题的方法叫做等效替代法。如,我们在研究几个力的合成时,就采用了这种方法(如图5所示)。如图甲,使拉力F1、F2共同作用于弹簧的一端,把弹簧拉长到某一长度,然后如图5乙图中用一个力F,把此弹簧拉长到与甲图一样长,即拉力F作用产生的效果与F1、F2共同作用产生的效果相同,我们就把这个拉力F叫做拉力F1、F2的合力,即F等效于F1与F2共同作用。还有在研究电阻的串、并联时,也是采用“等效电阻”来代替串、并联中的几个电阻等。
五、类比法
在自然界有时某种现象与另外的某种现象具有很相似的特征或表现类似的性质,此时为了便于研究这一现象,常采用类比法。类比法是人们所熟知的几种逻辑推理中最富有创造性的方法。科学史上很多重大发现、发明,往往就采用了这种方法,因而类比法被誉为科学活动中的“伟大的引路人”,是它首先推动了假说的产生。尽管类比不能代替论证,但可以为理解新知识、概念和规律提供依托。因此,作为一种“从特殊推到特殊的科学方法”,类比法在物理探究中有着广泛的应用。如,在探究形成电流的原因时,由于电流看不见、摸不着,很抽象,学生很难理解,因此我们常用水流来类比电流,使电流的概念形象化、直观化(如图6所示)。又如,在讲授分子间为什么会存在分子势能时,常把分子间的作用同物体与地球间的作用来类比,被举高的物体具有重力势能,同样分子也具有分子势能。这样学生就容易理解了。
六、假想法
【关键词】物理教学;概念;知识;方法;比较法
在实际工作和生活中,人们常常通过比较来认识事物。要认识一件事物的本质,只是从这件事情本身来考察是不够的,还必须把这件事情和其分相关联的事情诉在一起比较。比较就是根据一定的标准,把彼此相关的事物联系起来进行考察,确定其异同。只有比较,才能有鉴别:只有鉴别,才能有认识。物理学中有许多物理思维和物理规律具有可比性。教材中很多概念,如速度、惯性、比热、密度、压强等等,都是用比较法引出的。在物理教学中应重视使用比较法,用比较法可帮助学生接受新概念并加深对概念的理解,尤其在复习课上运用,能使知识融会贯通,开拓学生的思维,并培养学生的知识迁移能力,有利于知识网络的形成,激发学生的创新思维。比较法在物理教学中的应用范围非常广泛,它可以在异类对象之间进行,也可以在同类对象之间进行,还可以在同一对象的不同方面、不同部分之间进行,比较的内容也极其广泛,可以是概念、规律的定义、公式的表示,也可以是物体间作用方式、作用效果、物体运动状态和运动过程等各个方面。
一、概念的比较
1.比较容易混淆的物理概念
物理概念和规律是物理知识的核心内容。如果没有物理概念作为基础。就无法形成物理学的体系。物理概念是对物理现象、过程等感性材料进行科学抽象的产物。物理概念的教学还是培养学生能力、开发智力的重要途径。因此,在物理教学中,教师教好概念,学生学好概念,对于实现中学物理教学的目的任务,提高物理教学质量是至关重要的。初中学生学习物理概念中常见的问题有:经验中形成的不正确、不科学概念的干扰。感性认识不足或已在物理中,有些物理概念看来很相似,但其物理意义却不相同,这就要学生弄清它们之间的区别与联系。例如,重力和压力,是学生极易混淆的概念,一些学生常将压力和重力间的某些非凡情况下的关系一般化,往往认为“压力的大小总等于重力的大小”甚至认为“压力就是重力”。如果将两个力加对比进行理解,学生就很容易理解了。另外,初中学生对质量和重量,压力与压强,热量与热能等等也常常分辨不清。对于这些易混淆的概念加以对比、辨析、明确它们之间的区别与联系是帮助学生纠正错误概念,理解、巩固、深化概念最有力的措施。
2.比较法可使学生真正理解概念,灵活运用概念
一个物理概念的表达式中,包含了定义方式、物理意义、及单位等内涵。将表达式间进行横向比较,能促使学生记忆概念、活化概念和深化概念。有些物理概念间有许多相似之处,从相似概念的比同中,让学生了解和学会形成概念的某些方法。例如,速度概念的表达式V=S/t和功率的表达式P=W/t相比较,它们都反映了另一物理量变化快慢的共同特征;它们的单位都是由另外两个物理量的单位复合而成。另外,象密度、电阻、比热等概念,从公式上都可看出,对同一物质来说,它们的比值都一个“常数”,反映着物质本身的属性。这可消除诸如“电压为零时,导体的电阻为零”、“一杯水比热(密度)比半杯水的比热(密度)大”等之类的错误。
3.用“比较”可以深化概念。加强知识联系,使之系统化
在上新课时,知识往往比较分散,复习课上教师要帮助学生通过比较,把一些有内在联系的知识串联起来,可使学生灵活运用概念以深化概念。如复习串联电路和并联电路的特点时,可通过对两种电路中电流的路径、电流特点、电压特点和电阻特点等加以比较,加深学生对知识的理解和深化。经过比较,学生加深了对串联电路和并联电路的理解,解决相关问题就会更加得心应手。
二、知识内容的比较
通过这样的比较分类,有利于提高学生的概括、归纳能力和对知识内容的整体把握。如:晶体与非晶体;蒸发与沸腾;凸透镜与凹透镜;汽油机与柴油机;浮力与压强;功率与机械效率;定滑轮与动滑轮;电流表与电压表;电动机与发电机;用电流表、电压表测电阻与用电流表、电压表测小灯泡的电功率等等。
三、物理研究方法的比较
在物理教学中我们不仅要重视物理概念和规律的教学,而且要重视有关物理学研究和处理问题方法的教学,以提高学生的思维能力。巴甫洛夫认为:“重要的是科学方法、科学思想的总结,认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值更大。”
初中物理的主要研究方法有:等效(替代法)、建立理想模型法、控制变量法、实验推理法、转换法、类比法等。如:
1.等效(替代法)
在电路中,若干个电阻,可以等效为一个合适的电阻,在研究平面镜成像实验中,用两根完全相同的蜡烛,其中一根等效另一根的像等
2.建立理想模型法
通过磁感线研究磁场的分布,通过光线研究光的传播路径和方向等。
3.控制变量法
探究影响滑动摩擦力大小的因素;探究影响压力作用大小的因素等
4.实验推理法
研究牛顿第一定律;人们认识自然界只有两种电荷等。
5.转换法
电流看不见、摸不着,判断电路中是否有电流时,我们可通过电路中的灯泡是否发光来确定,即根据电流产生的效应来判断等。
6.类比法
电流、电压类比水路、水圧等。
四、不同解决方法的比较
比较同一问题的不同解决方法,将会提高学生运用物理知识综合分析问题和解决问题的能力,同时加深对物理过程的理解,培养学生发散性思维的能力。例如:用不同方法测量固体密度。规则外形的固体密度的测量(天平和刻度尺法,弹簧称和刻度尺法),不规则外形固体密度的测量:天平、量筒法:无天平(弹簧秤)、有量筒方法;有天平(弹簧秤)、无量筒法。又如:不同方法测量定值电阻的阻值,用不同的方法计算物体所受的浮力等。
综上所述,初中物理教学中灵活、准确地运用比较法,不仅可以密切物理知识和物理规律的内在联系,而且可以使学生在比较中去伪存真,由此及彼,将知识和方法融会贯通,对教学难点的突破和教学重点的突出,对启发学生的思维,培养学生的创新能力,有着非常重要的作用。
【参考文献】
[1]初中物理教师之友
[2]教育科研研究