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推导物理规律的重要意义

更新时间:2011-4-8:  来源:毕业论文

推导物理规律的重要意义
 在物理教学中我们发现,学生求解计算题时,普遍存在以下两个问题:

  1、 对物理情境的理解有困难

  通俗地说,就是看不懂题意,或者错误理解题意。这是因为在学生的头脑中,没有建立物理情境的概念,或者说并不知道什么是物理情境。把物理情境简单地理解为“已知条件”。

  2、在解答过程中,只是简单的公式运算。必要的文字说明大量失却,或者干脆就没有。

  其实,对于计算题的答题要求,大都有明确指出或提醒。如“解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。”但学生重视程度不是够。究其原因,是对“解题过程的逻辑结构”不能清楚理解。

  上述两个问题如不能很好地解决,将导致学生没有正确的观念来理解题意,而解题时只是运算结果,忽略根据,推导不严谨。

  如何解决这两个制约解题能力的关键问题呢?在教学实践中,我们认为,重视教材中物理规律推导,可能是解决之道。以下简析之。

  一、推导一个物理理论的程序分析

  下面我们来分析一下推导的三个环节。

  1、 建立相应的物理情境

  针对一个要求推导的命题,首先就是设置相应的物理情景。这一步相当关键。对学生来说也是最为困难的一步。因为基本上就是要求根据问题来出题。虽然对学生来说,一开始可能是有些难度,但重视、强调,并做适当的训练,恰是培养和建立物理情境的一种最佳途径。

  建立物理情境,也就是搭建一个物理小舞台,有“背景”、有“人物”。具体如下:

  ①物理对象(如小球、物块、板、杆、通电导线、带电粒子等)。

  ②物理环境(有无重力,电场、磁场,光滑,还是粗糙等)。

  ③提出问题,以及求解该问题所需的已知量。等。

  2、推导过程

  一个逻辑的推导过程,其核心是根据已有的理论,推理出未知的结果。物理学中的公式、定律和定理,就是推导的根据。

  3、 结论

  在主要的推导过程结束后,“下结论”绝不只是一个形式上的东西。特别对物理理论的推导,结论的作用很重要。因为它不仅用严谨的文字给出结论,同时:

  ①强调结论成立的前提。

  ②常常由此及彼地予以概括、归纳,甚至推广。

  ③结论的适用范围。

  ④鉴于受限于相关的数学知识,推导过程中不能用高等数学思想推导的部分,可在结论中直接给出。

  二、例子分析

  教材中关于物理理论推导的部分是很多的。如P=Fv(《物理》必修2 “功率与速度”),动能定理,洛伦兹力表达式,导线切割磁感线时的感应电动势等。现在我们试以动能定理的推导为例,加以分析。

  这一部分的一开始便是:“设某物体的质量为m,在于运动方向相同的恒力F的作用下,发生一段位移l,速度由v1增加到v2,如图所示.这个过程中力F做的功W=Fl”。

  这就是对推导进行情境设置。接着:

  “根据牛顿第二定律F=ma

  而v2 2—v12=2al,即l=(v2 2—v12)/2a

  把F、l的表达式代入W=Fl,可得F做的功

  W=(1/2)m v2 2—(1/2)m v12”

  这部分是由‘根据’、毕业论文http://www.lwfree.cn/ ‘公式’和运算构成的推导部分。可见,“根据”是推导的核心。

  然后,教材在分析动能表达式后,给出动能定理的完整表述:“力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化。”

  这个结论下得较含糊。因为情境设置中的力是恒力,而结论中并未指明。其实结论就是有意识地包括、推广到变力情况。为了说明这一点,接下来教材用文字对“恒力”推广到“变力”进行了说明。从而完成了动能定理的完整而严谨的推导。由此可见,“下结论”是如此地重要。

  再看一例:“导线切割磁感线时的感应电动势”(《物理》选修3-2,人教版)

  同样首先进行情境设置:“如图所示,把矩形线圈CDMN放在磁感应强度为B的匀强磁场里,线框平面跟磁感线垂直。设线框可动部分MN的长度为l,它以速度v向右运动,在Δt时间内,由原来的位置MN移到M1N1,”

  接着是通过运算、公式和根据定律的推导过程:

  这个过程中线圈的面积变化量是

  ΔS=lvt

  穿过闭合电路的磁通量的变化则是

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