物理规律教学

物理规律教学

第一节 物理规律

一、物理规律的特点

1．物理规律是观察实验、物理思维和数学推理相结合的产物

例1：法拉第电磁感应定律的建立过程中，应用了实验归纳的方法，是实验归纳与理论分析的产物。

法拉第提出电能生磁，磁能否生电的问题后，历经10年的失败、试验、再实验的过程。在1831年发现了电磁感应的第一个效应，即以一个电流产生另一个电流。

他在一个软铁圆环上绕了两个彼此绝缘的线圈A，B

让线圈A与一电池组组成闭合电路，线圈B的两端用一根铜导线连接，形成另一闭合回路。在铜线下方平行放置一只小磁针。用以检验B回路有无电流。法拉第发现，在A线圈中的电流接通时，磁针立即偏转，摆动几下后仍稳定在原来的位置；在线圈A中的电流切断的瞬间，磁针也偏转。法拉第立即想到这就是他找了10年的磁生电的现象，但法拉第提出了两个问题；1。圆铁环是否一定必要，没有它能否产生感生效应；2。不用A线圈，而用铁环相对于B线圈运动，还有感生效应吗？带着这些问题法拉第又做了许多实验，发现没有铁芯，只要一组线圈中的电流发生变化而不保持恒定，感应现象也会产生。

法拉第在两条磁铁棒的N，S极中间放上一绕有线圈的铁棒，将线圈与电流计相连，他发现当铁芯线圈离开或进入两极间的瞬间，电流计的指针就会偏转；磁铁棒插入或抽出

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线圈时，也有感生电流产生。他做了几十个类似的实验，最终认识到感生现象的暂态性。法拉第在向英国皇家学会的报告中把可以产生感生电流的情况概括为五种：

1．变化着的电流

2．变化着的磁场

3．运动的稳恒电流

4．运动的磁铁

5．在磁场中运动的导体。

他指出了感应电流与原电流的变化有关，而不是与原电流本身有关。为电磁感应定律的建立打下了基础。由于Dφ/dt 难以测量到1845年以后才得到电磁感应定律的数学表示：感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。E=k△φ/△t 当φ取韦伯时k=1。

例2：牛顿第一定律的建立，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿提出了三个运动定律。

第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

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

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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．

第一定律是以实验为基础的，但这一定律不能直接由实验得出，它是实验、推理和想像相结合的产物。

例3：库仑定律的建立，是法国物理学家库仑注意到电荷之间的静电力与万有引力有许多类似之处，运用类比的思维方法，大胆假设静电力的规律与万有引力定律有类似的形式，然后，用他精心设计的“扭秤实验”证实了这一假设的正确性。可见，库仑定律是观察实验和物理思维相结合的产物。

2．物理规律反映有关物理量之间的必然联系

任何一个物理规律都是以一些物理概念为基础的，这些概念常常以物理量的形式出现。

例1：牛顿第二定律是由质点、力、质量、加速度等概念组成的。研究对象是质点。力、质量、加速度是三个可测量的物理量。定律表明了研究对象（质点）的加速度、质量和受力之间的定量关系。

例2：欧姆定律是由导体、电流、电压、电阻等概念组成。研究对象是导体。电流、电压、电阻是三个可测量的物理量，定律表明了通过研究对象（导体）的电流与加在它两端的电压和电阻之间的定量关系。

3．物理规律具有近似性和局限性

近似性：物理学所研究的对象和过程，都是在采用科学院抽象的方法在一定条件下经

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适当简化后近似反映客观实际的理想过程和理想模型；由于物理学是实验科学，限于仪器的精密程度、操作技术的准确程度，不可避免地要出现测量误差。

局限性：规律是在一定范围内发现的或是在一定范围内推理得到的，又是在有限的领域内检验的，所以规律还具有局限性，也就是说规律总有它的适用范围和适用条件。

因此，反映各物理量之间关系的物理规律，只能在一定精度范围内真实但又近似地反映客观世界，但规律的近似性和局限性并不降低它的客观价值以及对实践的指导意义。

例1：牛顿第一定律，它没有涉及物体的转动，也没有涉及物体内各部分之间的相对运动，因此它只适用于质点。

例2：欧姆定律的适用条件：金属导体、液体导体。不适用于气体导电和二极管导电。

例3：物理规律的使用条件，常不显含在规律的表述中，而是根据具体问题的条件不同而有变化。

如：宏观、低速这两个条件是牛顿定律使用的大前提。

二．物理规律的分类

1。定性 2．定量

物理规律可分为定性和定量的两类。

定性规律：只揭示物理过程中各物理概念间的联系及物理过程发展趋势，如惯性定律、

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楞次定律等。

定量规律：能够揭示各相关物理量之间的数量制约关系的规律，如牛顿第二定律、动量定理、欧姆定律等。

物理规律包括定律、定理、法则和公式等。

第二节 物理规律教学

物理规律是建立在物理概念基础上的更深一层次的物理知识，它反映了物理概念间的相互联系。物理规律是物理知识的核心。物理规律的教学是物理现象教学和物理概念教学的归宿，是物理教学的重要内容。

学习物理规律是一个复杂的认识过程，它是感性认识与理性认识、特殊认识与一般认识反复结合、相互作用的发展过程。简单的规律要经过数次反复来掌握，复杂的规律则要经过几个阶段的学习才能掌握。物理规律的教学过程就是帮助学生完成上述复杂认识的过程。在进行物理规律教学时应注意以下几个方面的问题。

一、加强概念学习是学好规律的基础

如果把中学物理知识看成是一座大厦，物理规律就是这座大厦的建筑结构，而物理概念则是构成这座大厦的建筑材料，没有建筑材料是不可能按一定结构盖起大厦的。物理规律与物理概念的关系，正如建筑结构与建筑材料的关系。

物理学中的定律、定理等，都是用有关的物理概念总结出来的。

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例1：惯性定律（一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态）就包含有“外力”、“匀速直线运动”、“静止”等概念，如果没有这些概念，就不可能得出这个定律。如果学生对这些概念没有正确地理解，就不可能真正掌握惯性定律。

例2：关于“杠杆平衡”的规律，学生对于“动力×动力臂=阻力×阻力臂”这个条件并不难掌握。但是如果学生对“力臂”概念缺乏正确理解，把支点到力的作用点的距离当作力臂，则在运用这个规律时就要发生错误。尽管学生能很熟练地背出杠杆平衡条件的内容，却没有真正掌握这个规律。

由此可见，学生对物理规律掌握不好的原因之一是对规律所涉及的有关物理概念缺乏正确的理解。首先使学生建立正确的物理概念，是使学生掌握物理规律的前提，没有这个前提则物理规律的教学就无从谈起。

二、使学生了解建立物理规律的事实依据和思维方法

1．获得充分的感性认识是掌握物理规律的基础

例1：在进行半导体的导电性教学时，如果不做实验，只是按照课本从半导体的内部结构进行分析，学生因为没有感性认识，就不会对半导体的热敏性有深刻印象，也不能引起兴趣。如果向学生演示半导体的电阻因温度的变化而变化的实验，就会引起学生的兴趣。在实验事实面前，学生就会提出“为什么会发生这样的现象呢？”然后再通过理解分析，效果就会好得多。为了使教学获得更好的效果，在演示上述实验前可安排对比性演示实验，即金属的温度升高时电阻变大和绝缘体温度升高时电阻变小的实验。

然后提出“半导体温度升高时电阻如何变化”的问题，再来做半导体热敏性的实验。

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由实验知道，半导体跟绝缘体类似，当温度升高时电阻也是变小。但不同的是，绝缘体温度升得很高时电阻才有明显减小，而半导体的温度稍有升高电阻就明显减小。正因为半导体的导电性对温度很敏感，所以才叫热敏性。

在完成上述对比实验后，学生有了较丰富的感性认识，再从理论上分析半导体、金属导体、绝缘体在导电性上存在差异的原因，学生就会感兴趣，就能收到好的教学效果。

在教学中要为学生创造利用实验进行归纳的条件。

例2：高一物理《物体运动》在讲授了物体运动的基本规律和特点后，具体介绍了一种常见的运动——自由落体运动，教学的关键在于说明在同一地点作自由落体的任何物体下落的加速度都是重力加速度g ，课本是利用“闪光照片”进行分析的。由于普通中学不具备拍摄闪光照片的条件，所以照此讲解有困难。这时学生已会熟练使用“打点计时器”，可以把它用于研究“自由落体运动”的教学中。

从教学效果看，学生亲自动手做实验，并从中探索物理规律，比教师枯燥地讲解学生记要好得多。因此，在教学过程中突破传统教学模式，突出物理学科特点，充分利用学生已有知识和挖掘学校仪器设备条件并因地制宜地扩大学生亲自动手做实验的范围，是一项重要的教学任务。

例3：在演示实验中，有意识地利用物理科学方法进行教学。

在“电磁感应”一节的教学中，先说清楚在实验中使用的灵敏电流计、导线、电键、磁场、及磁场中运动的导体都是完全一样的，实验分为以下几步：

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1．电路闭合，当导体在磁场中不运动或平行于磁力线运动时，电流计指针不偏转，表明导体中不产生电流。

2．电路闭合，一部分导体在磁场中做切割磁力线运动，电流计指针偏转，表明产生了电流。

3．在前面实验的基础上，分别取磁力线方向相同而改换导体运动方向，再取导体运动方向相同而改磁力线方向，观察电流计指针偏转方向有何不同。

4．电路断开导体在磁场中做切割磁力线运动，观察电流计指针是否偏转。

在实验过程中，引导学生比较（1）（2）两步的差异，就可以建立电磁感应这一现象的感性认识；比较（2）（4）两步，可以使这一感性认识深化，即明确感生电流产生的条件；比较（3）步实验的不同条件、不同现象，就可以理解决定感生电流方向的两个因素。

最后，教师提示：联系左手定则，能否用什么方法来解决感生电流方向、磁力线方向、导体运动方向这三者的关系呢？于是，引出右手定则，并通过例题让学生练习使用这一定则。

2．指导学生进行思维加工是完成规律教学的关键

以实验为基础，使学生获得丰富的感性认识是十分必要的。但是，感性认识不经过理性加工，就不可能抽象出物理本质，感性认识不可能自然而然上升到理性认识。而如果学生只是记住了规律的结论，缺乏对得出规律的理性加工过程的参与和思考，那么就不能掌握规律，学生的认识水平和思维能力也难以提高。因此，使学生完成从感性认识到理性认

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识的过程，是规律教学的关键。

学生从感性认识到理性认识是一个“飞跃”，是认识过程中最困难的阶段，要实现这一“飞跃”，就需要带领学生对感性认识进行分析、归纳、概括和抽象。学生的参与和积极思考是十分重要的，如果教学中不注意这一点，而是在介绍有关感性材料后，由教师包办代替，甚至简单给出结论，要学生记住，那么学生的认识往往还停留在感性阶段，或者感性的东西和理性的东西在他们的头脑中处于分离状态，则学生就没有完成认识上的质变，对规律的理解就是表面的。

学生能否积极参与到得出规律的全过程，取决于教师的教学设计。有关的实验何时做，在什么环节提出怎样的问题，在何时进行引导，在何时让学生思考，怎样帮助学生区分本质和非本质的东西，这些都要安排好。要做到水到渠成，由学生自己得出结论。

例如，在进行“法拉第电磁感应定律”教学时，可安排以下几个主要环节：

第一，由于本节的教学内容属于重点知识，且有难度，因此安排学生课前预习教材有关内容，使学生对所学的内容有大致的了解。这样在授课时学生就能很快“入境”，即很快进入实质性问题，从而提高教学效率。在此基础上，针对重点和难点内容提出思考问题：“对于图 (1)所示的情况，哪一部分导体产生感生电动势？假如断开外电路，还存在感生电动势吗？”问题的提出可以集中学生的注意力，促使学生参与。学生将自己的想法和理解与教师的启发和讲授做对比，找出异同点。这种做法有助于培养学生获取信息的能力。

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第二，通过演示实验进行启发引导，可对重点和难点内容的理解起重要作用。在讲到定律内容时，要突出“磁通量的变化率”这个关键，提出“为什么不能用磁通量的变化量来描述感生电动势的大小，而要用磁通量的变化率来描述呢？”对这个问题可通过下述演示实验来帮助学生理解。用条形磁铁演示插入和拔出螺线管（图 (2)所示），让学生观察磁极在相同高度处快插入、快拔出和慢插入、慢拔出过程中，电流表指针的偏转情况，并提出两个问题：(1)磁通量变化是否相同？磁通量变化的快慢是否相同？(2)电流表指针

,t

偏转角度的大小说明了什么?学生通过观察和分析便能得出ε∝而不是ε∝Δφ，也不是ε∝φ，从而能够深刻理解定律的内容。

第三，通过对比，发现共性，突破难点。例如一些学生由于对φ、

Δφ、的区别模糊不清，因此影响了对定律的理解.为了突破这个t

难点，可引导学生进行对比，提示学生在已学过的物理量中，有一个物理量曾研究过它的变化量和变化率问题。学生能较容易想到v、Δv、

v。在学生理解v、Δv、的区别的基础上，来联想φ、Δφ、ttt

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的不同，通过对比，便很快理解了，对于“磁通量大，磁通量的变化率

和=Blvsint

不一定大”等一些难点就迎刃而解了.又如,对于ε=n这两个公式的区别和联系，一些学生感到不清楚。可向学生提出“要增大感生电动势，可采取哪些措施？”引导学生将两个公式进行对比，从不同侧面找出两个公式的区别和联系，从而加深对这个公式的理解。

第四，引导学生根据法拉第电磁感应定律，亲自推导出导体做切割磁力线运动时感生电动势大小的公式。学生在推导过程中会遇到题设条件的问题，即设在Δt时间内导体棒匀速运动一段距离。据此推理得出线框面积的变化量，从而使学生对所得公式的适用条件等问题有切身体会。

通过上述教学，学生被教师带进建立规律的整个过程中，学生不仅完成了认识上的“飞跃”，对规律本身有深刻的理解，而且在这个过程中，学生的分析、理解等能力很自然地得到提高。有的教师只注重在运用规律时提高学生的能力，而忽视了在建立规律过程中对学生能力的培养，没有抓住规律教学的中心环节。

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