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名师指导:轻松进行物理方法公式教学

来源:101教育网整理 2014-12-22 字体大小: 分享到:

物理公式教学是物理教学过程中的关键一环.搞好物理公式的教学,对于学生正确认识和掌握物理规律,以及应用物理规律都是十分重要的.在进行物理公式教学中,笔者认为有以下几个要点:

?1.公式中每个物理量的涵义

?弄清物理公式中每个符号表示什么物理量,每个物理量表示什么物理意义,其内涵是什么,外延是什么,有哪些单位,在国际单位制中的单位是什么,这个物理量是矢量还是标量,是过程量还是状态量,这都是学习物理公式的前提和基础.

2.公式的性质

(1)物理公式的分类

物理公式分为物理量的定义式,物理量的决定式和一般联系式.物理量的定义式,如电阻定义式R=U/I,电场强度定义式E=F/q;物理量的决定式,如电阻R=ρ(l/S);平行板电容器电容C=(εS/4πkd);一般联系式,如理想气体状态方程(pV/T)=常量,机械能守恒表达式.弄清公式属于哪一种类型,对于理解公式中物理量的因果关系,适用条件等具有十分重要的意义.定义式普遍适用,无须条件;决定式指出了物理量决定于什么因素,与这些因素是什么关系,公式中因果关系非常明确,对于理解该物理量的本质十分重要.

(2)因果性

如牛顿第二定律虽然通常写成F=ma的形式,但应明确m、F是原因,a是结果,m、F是自变量,a是函数.这种关系是不能变化的.

(3)矢量性

公式有矢量式,有标量式,如牛顿第二定律F=ma,动量定理Ft=mv′-mv,都是矢量式,它们可以写出相互垂直方向上相应的三个分量式.而机械能守恒之类的标量表达式只能写一个,不能写出相应的分量形式.

(4)对称性

牛顿万有引力公式F=G(m1m2/r2)中m1、m2位置互换后,表达式不变,这称为公式的对称性.万有引力定律中的这种对称性反映了m1、m2两个物体的平等地位,是万有引力定律的重要特点.具有这种对称性的公式还有库仑定律,透镜成像公式等.发现、认识这种对称性对于理解物理公式的涵义具有很大的帮助.

(5)相关性和无关性

从单摆周期公式T=

可看出T与l、g有关,与摆角θ、摆球质量m无关.这种相关性、无关性是公式的重要特点.

3.公式的成立条件和适用范围

每个公式,都有各自的适用范围,若超出了这个范围,则不成立.弄清公式的成立条件、适用范围,对于能否正确利用公式来解决物理问题非常重要.

4.公式的来源

物理公式的来源大致可以分为这样三类:一类是实验定律,是直接根据实验分析总结出来的规律,如欧姆定律、法拉弟电磁感应定律;第二类是归纳总结定律,是在已有的实验规律基础上再总结得出来的结论,是已有规律的归纳提高,如理想气体状态方程,麦克斯韦方程组等;第三类是扩展推广性定律,是利用已知物理规律,从某个角度去推导而得出的规律,是已有规律的扩展,如动量定理,动能定理都是牛顿第二定律的扩展.

弄清一个公式的来源及属于上述哪种情况,对于理解公式与其他公式的关系,该公式所处地位是十分重要的.若是第二、第三种情况,就要知道该公式是根据哪些规律得来的,如何得来,这对于理解公式的适用范围,适用条件很有帮助,也有利于学生形成完善的物理网络知识结构.

5.与公式对应的图象

图象是对公式的形象表示.这些图象可以帮助我们更好地理解相应的公式、规律.图象可提供解题的思路和方法,有时可以使解题的过程简单、方便、形象.相对于应用公式解题,有时有意想不到的结果.

6.公式中各物理量单位的协调,常量的选择

在物理解题过程中,对应用公式时单位如何处理是非常重要的,既要正确使用,还需要尽可能的方便,有时各物理量统一用国际单位制中的单位较方便,有时采用另外的单位制较为方便.如p=p0+F/S的计算,在国际单位制中较为方便,压强若采用水银柱高则很难正确处理.而理想气体状态方程(p1V1/T1)=(p2V2/T2),则只要两边的单位一致,而不必限定在国际单位制中,关于m=ρV的使用,有时用国际单位制较方便,有时用cm·g·s制单位较方便.若单位选得好,则计算方便、简单,若处理不好,则会导致计算繁杂,甚至导致错误.

公式中常量的选取,常与公式中其他物理量的单位选择相对应,如克拉珀龙方程pV/T=(m/M)R中普适气体恒量R的值常用的有R=8.31J·mol-1·K-1,R=0.082atm·L·mol-1·K-1,R选取何值,与p、V的单位选择密切相关,如在教学中不引起相当注意,学生在应用公式时就很容易出错误.

7.公式的推广

课本中给出的公式是最重要的,也是最基本的.若学生只知道这些公式,有时难于应付较为复杂的问题.在教学过程中,根据学生实际情况,若把一些公式加以适当推广,则有利于扩大学生的眼界,有利于提高学生解决问题的能力和水平,也有利于学生加深对基本公式的理解.

如对于几个物体组成的系统,牛顿第二定律方程可扩展为

Fx=m1a1x+m2a2x+…

Fy=m1a1y+m2a2y+…

如对于几部分气体有分有合,但总质量不变的情形,理想气体状态方程可推广为

p1V1/T1+p2V2/T2+……=常量.

物理教材(必修本)中只讲了理想气体状态方程,删去了克拉珀龙方程,若在讲理想气体状态方程后,讲一下克拉珀龙方程,用时不多,却给学生提供了解决此类问题的另一种方法,同时也可使学生对理想气体状态方程的理解达到一个更高的层次,对学生应用理想气体状态方程解题解决实际问题很有帮助?

8.公式的变式

利用机械能守恒定律列方程时,可以有不同形式:

(1)状态1的动能+状态1的势能=状态2的动能+状态2的势能

(2)从状态1到状态2

动能的改变量=-(势能的增加量)

(3)增加的机械能部分=减少的机械能部分

再如动量守恒的表达可写成下述几种情形:

(1)初状态的总动量=末状态的总动量

(2)系统一部分动量变化量=-(系统另一部分动量变化量)

(3)正方向上增加的动量=负方向上增加的动量

弄清这些定律在不同情况下的变式,可以提高学生灵活运用知识解决问题的能力,也可以加深学生对物理规律的理解.

9.相似公式的比较

很多物理公式具有相似性.如万有引力定律表达式和库仑定律表达式,串联电阻公式和并联电容公式,并联电阻公式和串联电容公式.一系列采用比值定义的物理量的定义式也是相似的.通过这些公式的比较,一方面可以方便公式的记忆,进行记忆迁移,另一方面也可以帮助学生进行理解,较快地进行认识上的迁移.通过对这些公式的比较,还可以研究发现这些公式相似的原因,帮助学生进行知识上的创新.

10.与数学公式、数学图象的差异

数学公式是抽象、高度概括的语言.而物理公式中每个物理量都有其具体的涵义.这就导致了理解物理公式既要借助于数学,但与数学的理解又存在差异.如欧姆定律R=U/I,我们就不能说电阻R与电阻两端电压U成正比.又如数学上的函数图象,一般一个自变量只能与一个函数值对应,而气态方程的p-V图,p-T图等,存在一个自变量与多个函数值对应问题.应给学生讲清不能完全按数学意义去理解物理公式和物理图象,它们之间存在着差异.

上述列出了物理公式教学的几个要点,这并不是说,每讲一个物理公式,都应该面面俱到,在物理教学过程中,应循序渐进.在开始进行公式教学时,要根据学生的实际情况和教学内容特点,先着眼于几个最重要的要点,在以后的教学中再逐步渗透,要求学生逐步掌握.但是明晰这些要点,对于我们物理教师高屋建瓴地实施物理教学是十分必要的,对于构建学生完善的物理网络知识结构是十分重要的.

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标签: 数学 物理 地理 电磁感应定律 (责任编辑:101教育小编)
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