物理3-1物理教學(xué)方法

1、研究物理學(xué)知識的科學(xué)方法常規(guī)方法經(jīng)典方法現(xiàn)代方法控制論方法系統(tǒng)論方法信息論方法科學(xué)觀察方法自然觀察法科學(xué)實驗方法實驗設(shè)計方法實驗數(shù)據(jù)處理方法邏輯思維方法數(shù)學(xué)方法實驗觀察法比較與分類分析與綜合歸納與演繹理想化方法類比方法假說方法經(jīng)典數(shù)學(xué)方法概率統(tǒng)計方法模糊數(shù)學(xué)方法突變數(shù)學(xué)方法平衡法補償法比較法放大法轉(zhuǎn)換法列表法圖像法解析法直覺與靈感科學(xué)想象物理對稱性思想失敗與悖論非常規(guī)方法圖21現(xiàn)將以上分析的物理科學(xué)方法統(tǒng)計如下表31：表31物理科學(xué)方法種類次數(shù)存在科學(xué)方法之處A：實驗歸納法10三種起電方式；電容器充放電過程；串聯(lián)電路電壓規(guī)律；并聯(lián)電路電流規(guī)律；電動勢與外電壓、內(nèi)電壓關(guān)系；使用多用電表；測量電源

2、電動勢和內(nèi)阻；探究門電路；證明電流可以產(chǎn)生磁場；總結(jié)左手定則；B：比值定義法6電場強度；電勢差；電勢；電容；電功率；熱功率；磁感應(yīng)強度；C：控制變量法4探究庫侖定律；探究決定電容大小的因素；探究決定導(dǎo)線電阻的因數(shù)；探究影響安培力大小的因素；D：類比法4重力場與電場類比；帶電粒子在電場中運動與平拋運動類比；磁體對磁體、磁體對電流、電流對電流的作用都是通過磁場產(chǎn)生的；判斷洛倫茲力方向的左手定則；E：理想模型法3點電荷；試探電荷；平行板電容器；F：物理模型法3電場線；等勢面；磁感線；G：數(shù)學(xué)演繹法12推導(dǎo)點電荷場強公式；推導(dǎo)勻強電場中E和U關(guān)系；分析帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)；分析串聯(lián)電路中；并聯(lián)電

3、路中；推導(dǎo)閉合電路歐姆定律；測量電源電動勢和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理；分析多用電表測電壓、電流、電阻原理；推導(dǎo)焦耳定律；分析閉合電路中的能量轉(zhuǎn)換和功率；推導(dǎo)洛倫茲力公式；分析帶電粒子在磁場中的運動；H：邏輯推理法4電荷守恒定律；分析電場線與等勢面的關(guān)系；分析路端電壓與負載關(guān)系；推理磁場對運動電荷產(chǎn)生作用力；I：圖像法3研究電阻伏安特性；分析路端電壓與負載關(guān)系；測量電源電動勢和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理；J：等效替代法1電場疊加原理；K：比較法2靜電力與萬有引力之間的差異；電功與電熱的聯(lián)系和區(qū)別；L：多因子乘積法1推導(dǎo)電功計算公式；磁通量公式M：假說法1安培分子電流假說； 4. 物理科學(xué)方法在教學(xué)中的滲透以物理選修3

4、1為例 上一章筆者分析了選修31中存在的物理科學(xué)方法，但如何才能將這些科學(xué)方法很好地滲透到課堂教學(xué)中是一個值得研究的問題。接下來筆者將針對該教材蘊含的科學(xué)方法，以教材中典型知識點教學(xué)為例進行教學(xué)設(shè)計，以教學(xué)案例方式講解在課堂教學(xué)中如何滲透物理科學(xué)方法，提高科學(xué)方法教育的效果。41 比值定義法在物理教學(xué)中的滲透 一、比值定義法的概念比值定義法是用兩個或兩個以上的物理量之間的比值去定義另一個物理量，從而反映研究對象某種性質(zhì)的方法。這種定義物理量的方法很常見，比如：密度，電阻，電流強度，電容 等等。 二、比值定義法的思想特征 （一）用數(shù)學(xué)比值方法作為“尺”的測量思想對于日常所見的物理量，比如長度，我

5、們可以用刻度尺很容易測出。但是對于看不見摸不著的物理量，物理學(xué)家采用了這種簡單的測量形式，來度量物質(zhì)的狀態(tài)和屬性。因此比值定義法具有“尺”一樣的測量作用。既然是“尺”，當(dāng)然不能作為研究對象的決定因素，即被定義的物理量與定義它的物理量無關(guān)。比如電阻，我們不能說電阻R與電阻兩端的電壓U成正比，和流過電阻的電流I成反比，該式僅為我們提供了一個測量電阻的方法。決定電阻大小的因素應(yīng)包括電阻率、長度、橫截面積和溫度等。 （二）比值定義法的基礎(chǔ)是比較思想從“比值”二字我們就可以看出比值定義法具有比較思想。所謂比較，就是確定事物同異關(guān)系的過程和方法，比較時要根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)將有某種聯(lián)系的事物加以對比，從而確定異

6、同點?？梢?，比較的關(guān)鍵是選取同一標(biāo)準(zhǔn)。但很多教師都認為教學(xué)中只要把以下思想講給學(xué)生就可以了：“在研究物理問題時，常會遇見這樣的情況，某兩個（或幾個）量在一定條件下成正比，其比值是一個常量，這個常量就反映了事物的本質(zhì)屬性，因此利用這個比值可以定義出描寫事物本質(zhì)屬性的一類概念?！边@種做法是很難讓學(xué)生領(lǐng)會到比值定義法的本質(zhì)，因為它只說明了比值定義“是什么”（比值是常量），而沒有說清楚“為什么要比”。之所以要比是因為要選取相同的比較標(biāo)準(zhǔn)，這樣的比較才有意義。 三、比值定義法在中學(xué)物理教學(xué)中的作用（一）通過比值定義法建立的物理量，一般涉及兩個以上知識點，有利于學(xué)生連接不同知識點，形成知識線，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)

7、。（二）在物理概念教學(xué)中滲透比值定義法，能加深學(xué)生對物理概念的理解，能讓學(xué)生更好地認識到通過比值定義法定義的物理量能反映事物的本身屬性，掌握研究物理量的科學(xué)方法。 四、比值定義法的一般步驟（圖41）運用比值定義法，關(guān)鍵是讓學(xué)生明白“用什么比”、“為什么比”、“怎么去比”，經(jīng)筆者研究提出以下滲透比值定義法的一般步驟：“用什么比”找關(guān)鍵物理量。“為什么比”選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。“怎么去比”求比值，給出定義式。（圖41） 五、運用比值定義法引入物理概念的教學(xué)設(shè)計下面以選修31中的電場強度和磁感應(yīng)強度概念教學(xué)為例，結(jié)合比值定義法的本質(zhì)內(nèi)涵，提出以下教學(xué)設(shè)計。案例1：電場強度（一）課標(biāo)解讀 課標(biāo)對該知識點的要求

8、是“理解電場強度”，屬于知識技能目標(biāo)中的“理解”水平。這要求學(xué)生能把握電場強度的內(nèi)涵，掌握電場強度的定義式，理解電場強度是描述電場性質(zhì)的物理量，它僅取決于本身，不依賴于電場中是否有試探電荷。（二）教學(xué)流程第一步：找出關(guān)鍵物理量試探電荷受到的電場力和自身電荷量電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用，因此可以通過這一性質(zhì)來研究電場。我們首先把一個電荷放入所要研究的電場中，但這個電荷的電荷量應(yīng)做夠小，使得它放進電場后不會影響原有電場的分布；另外，它的線度也應(yīng)足夠小，這樣才能研究電場中各點的情況。這種電荷量和線度都足夠小的，放入電場中用于探測電場性質(zhì)的電荷稱為試探電荷。演示實驗1：如圖42所示，

9、A是一個帶電導(dǎo)體球，試探電荷與A帶同種電荷。觀察試探電荷、（）在A的電場中的不同位置時，它受到的電場力是否相同。 圖42 圖43 可以發(fā)現(xiàn)，同一試探電荷在電場中不同位置受到的電場力不同，說明A產(chǎn)生的電場中各個位置的強弱不同。要判斷電場強弱，最直接的感受是，如果放入電場中某處的試探電荷受到的電場力越大，該處的電場就越強；受到的電場力越弱，該處的電場就越弱。可是僅根據(jù)試探電荷受到的電場力大小來判斷電場的強弱真的是正確嗎？下面再看一個實驗：演示實驗2：如圖43所示，在導(dǎo)體A的電場中的同一位置（或?qū)ΨQ位置）放置電荷量不同的試探電荷、，觀察它們受到的電場力的大小?？梢园l(fā)現(xiàn)，帶電量不同的試探電荷在電場的同

10、一位置受到的電場力不同。處于電場某一位置的試探電荷受到的電場力作用，不僅跟該位置的電場強弱有關(guān)，還與試探電荷的電荷量有關(guān)，僅根據(jù)試探電荷受到的電場力大小來判斷電場的強弱是不正確的。第二步：選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)單位電荷受到的電場力那么該用什么物理量來判斷電場的強弱呢？下面我們來看這樣一種情況：+Q圖44AB如圖44所示，將試探電荷、分別放在電荷Q產(chǎn)生的電場中的A、B處，測得、受到的電場力如下表41所示： 表41試探電荷A（與Q距離為r）B（與Q距離為2r）q1=+qq2=+8q比較試探電荷、在A處受到的電場力大小，發(fā)現(xiàn)它們是不一樣的?？墒峭稽c的電場的強弱應(yīng)該是一樣的，為什么會造成這樣的矛盾呢？原因在于

11、我們比較時沒有選取“同一標(biāo)準(zhǔn)”，的電量是的8倍！因此我們必須要選取相同電荷量作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。如何選取相同的電荷量呢？只要把試探電荷受到的電場力F和自身的帶電量q來比就行了。比的結(jié)果就是單位電量在A處受到的電場力。第三步：求比值，給出電場強度定義式根據(jù)這種方法，我們算一下、在A處受到的電場力和自身帶電量的比值，發(fā)現(xiàn)：，是一個常量；在B處有：，也是一個常量。對于電場的同一點，這個比值常量是不變的，與放入的試探電荷的電量無關(guān)。在電場的不同位置，這個比值常量是不同的，可以用來判斷電場的強弱。因此試探電荷受到的電場力和自身帶電量的比值反映了電場的性質(zhì)，我們將之稱為電場強度，簡稱場強，通常用E來表示，則有

12、。（三）本案例整體教學(xué)脈絡(luò)（圖45）引入試探電荷模型實驗說明不能用試探電荷受到的電場力來判斷電場強弱。選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)單位電荷受到的電場力進行比較。是一個定值，反映電場強弱，電場強度圖45 （四）本案例改進之處：粵教版教材在講解電場強度時，只講到由于試驗電荷在電場中受到的電場力與自身電荷量之比為一常量，該常量與試驗電荷無關(guān)，只與電場本身屬性有關(guān)，因而將之定義為電場強度。而沒有把“為什么要比”講解清楚。當(dāng)然這是由于教材編寫的限制導(dǎo)致的，若教師不能挖掘其中的比值定義法的關(guān)鍵所在，就容易造成學(xué)生“知其然而不知其所以然”。本案例的教學(xué)設(shè)計突出了比值定義法的“比較”過程，將“為什么要比”選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)講解清楚

13、，有利于學(xué)生理解電場強度的物理意義，領(lǐng)會比值定義法的本質(zhì)內(nèi)涵。案例2：磁感應(yīng)強度（一）課標(biāo)解讀 課標(biāo)對該知識點的要求是“了解磁場，知道磁感應(yīng)強度”，屬于知識與技能目標(biāo)中的“了解”水平。這要求學(xué)生知道磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱的物理量，知道其定義式，進一步體會其運用的科學(xué)方法比值定義法。 （二）教學(xué)流程第一步：找出關(guān)鍵物理量與電場類似，磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用。但對于磁場無法像電場一樣用電荷來研究，因為只有N極或只有S極的“磁荷”是不存在的。我們知道磁場不僅對磁體產(chǎn)生力的作用，對處于其中的電流也會產(chǎn)生力的作用，因此可以利用這一性質(zhì)來研究磁場。演示實驗1：如圖46所示，蹄形磁鐵兩

14、極間的磁場可視為勻強磁場，當(dāng)閉合開關(guān)后，處于蹄形磁鐵磁場中的通電直導(dǎo)線會擺動起來，說明此時通電直導(dǎo)線受到了力的作用，我們把這種力稱為安培力。換用磁性更強的蹄形磁鐵重復(fù)以上實驗，我們發(fā)現(xiàn)通電直導(dǎo)線的擺動幅度更大，說明此時通電直導(dǎo)線受到的安培力更大了。 圖46 圖47要判斷磁場的強弱，最直接的感受是，如果置于磁場的通電直導(dǎo)線受到的安培力越大，該處的磁場就越強；受到的安培力越小，該處的磁場就越弱。可是僅根據(jù)通電直導(dǎo)線受到的安培力的大小來判斷磁場的強弱是正確的嗎？演示實驗2：在圖46電路的基礎(chǔ)上串聯(lián)一個滑動變阻器來改變通電直導(dǎo)線的電流，直導(dǎo)線在磁場中的長度可以通過改變并排的相同磁鐵的數(shù)目來實現(xiàn)，如圖4

15、7。當(dāng)接通電路時，通電直導(dǎo)線會受到力的作用并擺動一定的角度，通過擺動的幅度可以比較通電直導(dǎo)線受到的安培力大小。操作一：保持通電直導(dǎo)線在磁場中的長度不變（不改變磁鐵的數(shù)目），調(diào)節(jié)滑動變阻器改變通電直導(dǎo)線的電流大小，觀察安培力與電流大小之間的關(guān)系。操作二：保持通電直導(dǎo)線的電流不變，改變通電直導(dǎo)線在磁場中的長度（增減磁鐵的數(shù)目），觀察安培力與通電直導(dǎo)線在磁場中的長度的關(guān)系。以上實驗說明，處于磁場中的電流受到的安培力不僅跟磁場的強弱有關(guān)，而且跟電流的大小以及通電直導(dǎo)線處于磁場的長度有關(guān)。僅根據(jù)通電直導(dǎo)線受到的安培力的大小來判斷磁場的強弱是錯誤的。第二步：選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)通以單位電流的單位長度的直導(dǎo)線受到的

16、安培力那么該用什么物理量來判斷磁場的強弱呢？表42記錄了在不同電流大小，不同長度條件下測得的安培力的大小。表42 強磁鐵（)長度0電流0安培力0弱磁鐵（）長度0電流0安培力0觀察表中數(shù)據(jù)，在磁場中，當(dāng)通電直導(dǎo)線的長度為2L、通過的電流為I時，通電直導(dǎo)線受到的安培力為12F；在磁場中，當(dāng)通電直導(dǎo)線的長度為L、通過的電流為3I時，通電直導(dǎo)線受到的安培力為15F。若根據(jù)通電直導(dǎo)線受到的安培力的大小來判斷磁場的強弱，則會得到大于的錯誤結(jié)論。為什么會出現(xiàn)這種錯誤呢？原因在于兩者的電流和長度各不相同，比較時沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此我們必須要在電流和直導(dǎo)線長度都一致的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下進行比較。如何才能做到呢？與定義

17、電場強度類似，只要用通電直導(dǎo)線受到的安培力F除以電流I和直導(dǎo)線處于磁場中的長度L就可以了，即用進行比較。第三步：求比值，給出磁感應(yīng)強度定義式根據(jù)這種方法，計算表格中各次實驗的比值，可以發(fā)現(xiàn)： 強磁場：，是一個常量；弱磁場：，是一個常量；由此可見，不同的磁場的比值是不同的，越大，說明該磁場（或該處磁場）越強，因而該比值的大小反映了磁場的強弱。物理學(xué)規(guī)定，當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直時，通電直導(dǎo)線所受安培力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強度，用B來表示，則。（三）本案例整體教學(xué)脈絡(luò)（圖48）實驗說明不能僅用通電直導(dǎo)線受到的安培力來判斷磁場強弱。選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)通以單位電流的單位長度的直

18、導(dǎo)線受到的安培力進行比較。是一個定值，可以用來反映磁場的強弱，磁感應(yīng)強度。（圖48） （四）本案例改進之處粵教版教材在引入磁感應(yīng)強度時，先通過實驗采用控制變量法探究通電直導(dǎo)線受到的安培力與電流、直導(dǎo)線長度之間的關(guān)系，繼而得出安培力的計算公式。然后通過數(shù)學(xué)公式變換得出，由于k反映了磁場本身的性質(zhì)，將k定義為磁感應(yīng)強度B。這種教學(xué)處理的缺陷在于，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會把注意力集中在探究安培力的實驗上，課后對公式印象深刻，而對磁感應(yīng)強度的內(nèi)涵認識不深，認為磁感應(yīng)強度只是通過變形得出的一個非重要物理量，無法體會引入磁感應(yīng)強度時所運用的比值定義法的思想。 本案例的教學(xué)設(shè)計在原有的探究影響安培力的因素的基礎(chǔ)上

19、，加入學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析，讓學(xué)生明白僅用通電直導(dǎo)線受到的安培力來判斷磁場強弱所帶來的謬誤，突出了比值定義法的“比較”過程，將“為什么要比”選取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)講解清楚，有助于學(xué)生理解磁感應(yīng)強度的物理意義。42 類比法在物理教學(xué)中的滲透 一、類比法的概念類比法是根據(jù)兩種事物在某些特征上的相似，得出它們在其他特征上也可能相似的結(jié)論的一種方法。如彈性勢能與分子勢能相類比、庫侖定律與萬有引力定律相類比、太陽系模型與原子結(jié)構(gòu)模型相類比等等。 二、類比法的思想特征類比法是一種由特殊到特殊的推理方法，是以兩種事物之間的相似性和差異性為客觀基礎(chǔ)，這就要求我們通過比較找出兩種事物的相似點和差異點。相似性為我們提供了類

20、比的依據(jù)，能將其中一種事物的屬性類推到另一種事物上；差異性則限制了類比結(jié)論的正確性，必須通過其他方法驗證其正確性。 三、類比法在中學(xué)物理教學(xué)中的作用 （一）通過相似的物理概念、物理規(guī)律的類比，能讓學(xué)生掌握知識間的聯(lián)系，使復(fù)雜的知識系統(tǒng)化、條理化，形成相對獨立的知識結(jié)構(gòu)。（二）通過類比能讓學(xué)生從熟悉的舊知識基礎(chǔ)上理解較為抽象難懂的新知識，降低新知識學(xué)習(xí)的難度，將新舊知識有機聯(lián)系在一起，增強學(xué)生學(xué)習(xí)信心，提高學(xué)習(xí)效率。例如重力場與電場相類比、平拋運動與帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)相類比，等等。 四、滲透類比法的一般步驟（圖49）比較熟悉事物與研究事物之間的相似點回顧熟悉事物的相關(guān)物理規(guī)律猜想研究事物具有與

21、熟悉事物相似的物理規(guī)律驗證類比猜想得到的結(jié)論圖49 五、運用類比法講解物理概念的教學(xué)設(shè)計下面以選修31中的電場力做功與電勢能概念教學(xué)為例，結(jié)合類比法的特點，提出如下教學(xué)設(shè)計。（1） 課標(biāo)解讀 課標(biāo)對該知識點的要求是“知道電勢能”，屬于知識與技能目標(biāo)中的“了解”水平。這要求學(xué)生知道電勢能的定義，能用能量的觀點來分析電場的性質(zhì)，體會通過做功研究能量變化的科學(xué)思想。由于電勢能較為抽象，教學(xué)中應(yīng)有意識地與學(xué)生熟悉的重力勢能進行類比，滲透類比法思想，降低學(xué)習(xí)難度。 （二）教學(xué)流程 第一步：比較重力場與電場的相似點教師引導(dǎo)學(xué)生分析重力場與電場的相似點，如表43所示。表43重力場電場來源地球周圍空間存在的一

22、種特殊物質(zhì)電荷周圍空間存在的一種特殊物質(zhì)力的作用重力場對場中某點所放置的物體產(chǎn)生重力作用電場對場中某點所放置的電荷產(chǎn)生電場力作用場的性質(zhì)為重力加速度，僅由重力場本身的性質(zhì)決定，與該點是否放置物體無關(guān)為電場強度，僅由電場本身的性質(zhì)決定，與該點是否放置電荷無關(guān)電場是一種看不見摸不著的特殊物質(zhì)，加之日常生活中我們極少接觸電場，對它很多性質(zhì)必然難以理解。通過上面的表格可以發(fā)現(xiàn)，我們非常熟悉的重力場與電場間有很多相似之處，可以通過重力場與電場的類比，學(xué)習(xí)電場的相關(guān)知識電場力做功與電勢能。hABCm 第二步：回顧重力場的相關(guān)規(guī)律 首先回顧重力場中重力做功的情況，如圖410所示：質(zhì)量為m的小球分別沿不同路徑

23、從A點運動到B點，其中路徑是沿折線ACB運動，路徑是沿斜面運動，路徑是沿任意曲線運動。問：圖410 （1）重力做功分別是多少？ （2）重力做功與路徑有關(guān)嗎？ （3）重力做功與重力勢能的關(guān)系。 答案： （1）小球沿不同路徑從A點運動到B點，重力做功均為mgh。 （2）重力做功與路徑無關(guān)，僅與起始位置和末位置有關(guān)，可以引入與位置有關(guān)的重力勢能概念。 （3）重力做正功，重力勢能減少；重力做負功，重力勢能增加。 第三步：猜想電場具有與重力場相似的規(guī)律接著重力場替換成勻強電場，電場強度為E，如圖411所示。小球替換成帶電量為q的試探電荷，仍分別沿路徑、從A點運動到B點。 hABE qC圖411 請同學(xué)們

24、運用類比思想思考以下問題： （1）電場力做功分別是多少？ （2）電場力做功與路徑有關(guān)嗎？ （3）電場力做功與電勢能的關(guān)系。類比猜想： （1）q沿不同路徑從A點運動到B點，電場力做功均為qEh。 （2）電場力做功與路徑無關(guān)，僅與起始位置和末位置有關(guān)，可以引入與位置有關(guān)的勢能概念。 （3）電場力做正功，電勢能減少；電場力做負功，電勢能增加。第四步：驗證類比猜想得出的結(jié)論對猜想（1）（2）進行分析驗證：q沿路徑從A運動到B的過程中，q受到的電場力為qE，在AC上電場力對q所做功，在CB上由于電場力方向與位移方向互相垂直，電場力對q所做功。所以整個過程中電場力做功。q沿路徑從A運動到B的過程中，電場力

25、與位移AB的夾角始終為，則電場力做功。由此可見，不論q沿什么路徑從A運動到B，電場力做功都是qEh，研究表明，此結(jié)論對于任意曲線（如路徑）都是適用的。因此，在勻強電場中移動電荷時，電場力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。這個結(jié)論雖然是從勻強電場中推導(dǎo)得來，但可以證明，對于非勻強電場也是適用的。對于重力場，由于移動物體時重力做的功與路徑無關(guān)，同一物體在地面附近的同一位置才具有確定的重力勢能。類似地，由于移動電荷時電場力做的功與移動的路徑無關(guān)，同一電荷在電場中的同一位置也具有勢能，這種勢能叫做電勢能。對猜想（3）進行分析驗證：qAB圖413MNhG圖412如圖412所示

26、，一物體在重力作用下由M點移動到N點，重力做正功，物體的動能增加，重力勢能減少；當(dāng)物體克服重力由N點移動到M點，重力做負功，物體的動能減少，重力勢能增加。與之類似，如圖413所示，電荷q在電場力作用下由A點移動到B點，電場力做正功，電荷的動能增加，電勢能減少；當(dāng)電荷q克服靜電力由B點運動到A點，電場力做負功，電荷的動能減少，電勢能增加。功是能量變化的量度，由以上分析可知，電場力做的功等于電勢能的減少量。若用代表電荷從A點移動到B點過程中電場力所做的功，用、分別表示電荷處于A點和B點時具有的電勢能，則?？梢钥闯?，電場力做的功只能決定電勢能的變化量，而不能決定電荷在電場中某點的電勢能。類似的問題在

27、研究重力勢能時也遇到過，我們通過規(guī)定某一平面（參考平面）的重力勢能為零從而確定了各點的重力勢能?，F(xiàn)在我們也可以通過規(guī)定電場中某點的電勢能為零來確定電荷在電場中其他點的電勢能。例如圖413中，若規(guī)定電荷在B點的電勢能為零，則電荷在A點的電勢能等于。也就是說，電荷在電場中某點的電勢能，等于它在電場力作用下從該店移動到零勢能位置時所做的功。通常我們把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。（三）本案例整體教學(xué)設(shè)計脈絡(luò)（圖414）類比重力做功，初步體會電場力做功特點理論分析電場力做功與路徑無關(guān)的特點類比重力勢能，理解電勢能物理意義和相對性類比重力做功與重力勢能的

28、關(guān)系，分析電場力做功與電勢能關(guān)系列表展現(xiàn)重力場與電場的相似之處圖414 （四）本案例改進之處：粵教版教材在講解電場力做功和電勢能時，也運用了類比法。但限于教材編寫限制，類比過程僅用幾句話描述，難以讓學(xué)生經(jīng)歷類比的完整過程，領(lǐng)會類比法的內(nèi)涵。本案例的教學(xué)設(shè)計先以表格形式給出重力場與電場間的相似點，為往后的電場力做功、電勢能等知識的類比猜想提供依據(jù)，最后驗證類比得出的結(jié)論。整個教學(xué)以類比法的完整過程展開，有利于學(xué)生體會重力場和電場的相似性，幫助學(xué)生更好地理解電場的相關(guān)性質(zhì)。43 數(shù)學(xué)演繹法在物理教學(xué)中的滲透 一、數(shù)學(xué)演繹法的概念演繹法就是根據(jù)一類事物都具有的特征、關(guān)系和本質(zhì)來推斷該類中個別事物也具

29、有此屬性、關(guān)系和本質(zhì)的推理方法和思維形式。它是一種由一般到特殊的推理過程。物理學(xué)研究中經(jīng)常運用的數(shù)學(xué)演繹法便是其中一種，它是從確定的物理概念、規(guī)律出發(fā)，遵循一定的邏輯法則進行推理、證明，從而揭示物理量之間的內(nèi)在關(guān)系的一種方法。 二、數(shù)學(xué)演繹法的思想特征通過演繹法推理得出的結(jié)論具有必然性，而數(shù)學(xué)演繹法更是以精確描述事物的量的數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)，只要推理的前提正確，推理的過程嚴(yán)密，就一定能從正確的前提得出正確的結(jié)論。 三、數(shù)學(xué)演繹法在中學(xué)物理教學(xué)中的作用（一）數(shù)學(xué)演繹法具有嚴(yán)密的邏輯性，運用該方法能在組織課堂教學(xué)時理出一條環(huán)環(huán)相扣的邏輯路線，有效突破部分知識點之間邏輯性差的教學(xué)難點。（二）將數(shù)學(xué)演繹法

30、滲透在課堂教學(xué)中，能讓學(xué)生的思維處于推理的興奮狀態(tài)中，能讓學(xué)生更好地理解知識點之間的邏輯關(guān)系，對培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力起重要作用。 四、滲透數(shù)學(xué)演繹法的一般步驟（圖415）以學(xué)生熟悉的現(xiàn)象或知識作為演繹推理的切入點。結(jié)合學(xué)生掌握的物理規(guī)律，以數(shù)學(xué)推導(dǎo)的形式進行分析。揭示演繹過程中數(shù)學(xué)公式的物理意義。 圖415 五、運用數(shù)學(xué)演繹法講解物理概念的教學(xué)設(shè)計下面以選修31中的電勢差教學(xué)為例，結(jié)合數(shù)學(xué)演繹法的特點，提出以下教學(xué)設(shè)計。案例：電勢差（1） 課標(biāo)解讀 課標(biāo)對該知識點的要求是“理解電勢差”，屬于知識與技能目標(biāo)中的“理解”水平。這要求學(xué)生不僅要知道電勢差的物理意義，掌握電勢差的兩種定義式和，還要掌

31、握兩種定義之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，掌握電勢差與電勢能、電勢之間的關(guān)系，從而分析相關(guān)問題。（二）教學(xué)流程 演繹流程如下圖416所示：=圖41ABCE8V5V圖4186 運用類比法得出電勢差與電勢關(guān)系位置M位置N地面16m8m圖417 如圖417所示，若以地面為測量起點，則的高度為16m，的高度為8m，兩者的高度差為8m；若以位置N作為測量起點，則的高度為8m，的高度為0m，兩者的高度差仍為8m。即用不同位置作為測量高度的起點，同一地方的高度數(shù)值就不同，但兩個地方的高度差卻保持不變。類似地，如圖418所示的勻強電場，當(dāng)我們選擇位置C作為電勢零點，的電勢為8V，的電勢為5V，電勢之差為3V；若以位置B為

32、電勢零點，的電勢為3V，的電勢為0V，電勢之差仍為3V。當(dāng)我們選擇不同位置作為電勢零點，電場中某點電勢的數(shù)值也會改變，但兩點間的電勢的差值卻保持不變。正是這個原因，在物理學(xué)中，電勢的差值往往比電勢更重要。電場中兩點間的電勢的差值稱為電勢差，又叫電壓。設(shè)電場中A點的電勢為，B點的電勢為，A、B兩點間電勢差用表示，則，也可以表示成。電勢差可以是正值，也可以是負值。例如當(dāng)A點電勢比B點高時，為正值，為負值。事實上電勢也可以看作是特殊的電勢差，是電場各點與電勢零點之間的電勢差。引導(dǎo)學(xué)生將電勢定義式代入，看得到什么結(jié)果。經(jīng)過數(shù)學(xué)通分，得到。這一步雖然簡單，但從物理意義上卻是從電勢的差值過渡到電勢能變化，

33、建立起電勢差與電勢能變化、電荷量之間的關(guān)系。由于功是能量變化的量度，由此聯(lián)想到電場的功能關(guān)系，將之代入前式可得。即，這樣我們得到了電勢差與電場力做功的關(guān)系，只要知道了電場中兩點間的電勢差，就可以算出電荷在這兩點間移動時電場力做的功。我們來更進一步理解電勢差的內(nèi)涵。AB圖419 如圖419所示，我們知道電荷q從A運動到B的過程中電場力做功，則A、B兩點間的電勢差，是一個定值。可見，電勢差是一個只由電場中A、B兩點的性質(zhì)所決定的物理量，與試探電荷、電場力做功無關(guān)，大小等于單位正電荷從A點移動到B點時電場力所做的功，用它可以描述電場的性質(zhì)。（三）本案例整體教學(xué)設(shè)計脈絡(luò)（圖420）分析電勢差的新的表達

34、式的物理意義?；趯W(xué)生掌握的物理知識，對電勢差的數(shù)學(xué)表達式變形推導(dǎo)。類比高度差，引入電勢差概念。圖420（四）本案例改進之處：粵教版教材在講解電勢差概念時，先是在引入電勢能概念后，通過電勢能變化量與電荷量的比值為一常量，引入電勢差概念，得到電勢差的第一種表達：；之后在引入電勢概念后，建立起電勢與電勢差的聯(lián)系，得到電勢差的第二種表達：。但教材在得到電勢差的兩種表達式后并沒有討論兩者間的聯(lián)系，若教師在教學(xué)中照本宣科，學(xué)生很難理解兩種表達式之間的邏輯聯(lián)系。因此本教案運用數(shù)學(xué)演繹法，從學(xué)生較容易接受的“”知識點出發(fā)，通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)演繹過程，揭示出與之間的本質(zhì)聯(lián)系，將電勢差的兩種表達式整合在一條邏輯線上

35、，學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)兩者間并不是相互獨立的，而是可以相互推導(dǎo)得出的。44 比較法在物理教學(xué)中的滲透 一、比較法的概念比較是確定研究對象之間的共同點和差異點的思維方法，它是在已有知識的基礎(chǔ)上對不同事物進行研究，在分析事物間的共同點和差異點的過程中啟發(fā)人們的思維，給人們提供解決問題的線索，為了解事物的本質(zhì)屬性和規(guī)律奠定基礎(chǔ)。 二、比較法在中學(xué)物理教學(xué)中的作用（一）運用比較法進行教學(xué)設(shè)計，能引導(dǎo)學(xué)生分析不同事物之間的共同點，發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)聯(lián)系，是學(xué)生在腦海中建立物理概念和規(guī)律的基礎(chǔ)。（二）運用比較法進行教學(xué)設(shè)計，能引導(dǎo)學(xué)生分析相似事物之間的的差異點，形成認知沖突，激發(fā)興趣，啟發(fā)思維。 三、運用比較法講解電

36、源和內(nèi)電阻的教學(xué)設(shè)計下面以粵教版選修31的電源和內(nèi)電阻分析以及判斷洛倫茲力方向為例，結(jié)合比較法的思維特點，提出以下教學(xué)設(shè)計。案例1：電源和內(nèi)電阻（1） 課標(biāo)解讀 課標(biāo)對該知識點的要求是“知道電源電動勢和內(nèi)阻”，屬于知識與技能目標(biāo)中的“了解”水平。學(xué)生不僅要知道真實電源中存在內(nèi)阻，還要能把真實電源等效為理想電源與內(nèi)阻的串聯(lián)，從而為構(gòu)建包含電源內(nèi)阻的全電路打下基礎(chǔ)。（二）教學(xué)流程首先思考以下問題：有三個規(guī)格一樣的電燈泡（3V、6）并聯(lián)接在一個電壓恒為3V的理想電源上，如圖421所示。當(dāng)依次閉合開關(guān)S1、S2、S3時，電燈泡能正常發(fā)光嗎？學(xué)生根據(jù)初中知識很容易就知道三個電燈泡的電壓都達到額定電壓，能

37、正常發(fā)光。L1L2L3S1S2S3圖422rL1L2L3S1S2S3圖421 接著讓學(xué)生思考以下問題：在圖421的電路中串聯(lián)一個電阻r，r=2，并且把電源電壓變?yōu)?V，如圖422所示。依次閉合開關(guān)S1、S2、S3，三個電燈泡能正常發(fā)光嗎？學(xué)生經(jīng)過簡單計算就會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閉合S1時，L1兩端的電壓為3V，L1能正常發(fā)光。當(dāng)閉合S2、S3時，電路中的總電流增大，電阻r上的分壓過大，使得電燈泡兩端的電壓低于額定電壓，電燈泡不能正常發(fā)光，而且隨著接入的燈泡數(shù)目越多，每個燈泡越暗。 教師演示實驗，用兩個1.5V的干電池串聯(lián)作為電源，按照圖421連接電路，實驗前讓學(xué)生思考當(dāng)依次閉合開關(guān)S1、S2、S3時，三個

38、電燈泡會正常發(fā)光嗎？根據(jù)對圖421電路的分析，很多學(xué)生都會認為燈泡都會正常發(fā)光。但實驗過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)電燈泡不能正常發(fā)光，而且隨著接入電路的電燈泡越多，每個電燈泡越暗，給學(xué)生產(chǎn)生認知沖突。教師根據(jù)實驗現(xiàn)象，提出以下兩個問題：（1） 圖421與圖422所示的電路中，哪一個的理論分析結(jié)果跟實驗現(xiàn)象一致？（2） 圖422的電路與實驗的電路有什么區(qū)別？由此你想到了什么？教師引導(dǎo)學(xué)生，以上實驗現(xiàn)象跟分析圖422電路時得出的結(jié)論是一致的，區(qū)別在于實驗的電路沒有接入電阻r，學(xué)生通過比較圖422電路與實驗電路，很容易猜想到電阻r存在于干電池內(nèi)部。教師解釋，生活中的電源都是物質(zhì)構(gòu)成的，肯定對電荷的定向移動造成阻

39、礙，即電源內(nèi)部存在著電阻，如圖423所示。為了研究方便，我們可以把實際的電源看成是一個電壓不變的理想電源和一個阻值不變的電阻r的串聯(lián)，電阻r稱為內(nèi)電阻，理想電源的電壓在數(shù)值上等于實際電源的電動勢E，如圖424所示。如此，一個閉合電路可以分為兩部分，一部分是由用電器、導(dǎo)線等構(gòu)成的外電路，一部分是電源內(nèi)部構(gòu)成的內(nèi)電路。外電路兩端的電壓稱為外電壓，內(nèi)電路兩端的電壓，即內(nèi)電阻兩端的電壓稱為內(nèi)電壓。如圖425所示。L1L2L3S1S2S3圖425r內(nèi)電路外電路L1L2L3S1S2S3圖424r電源L1L2L3S2S3圖423r電源S1 （三）本案例整體教學(xué)設(shè)計脈絡(luò)（圖426）引導(dǎo)學(xué)生對電路進行理論分析。

40、按圖連接電路，演示實驗，使學(xué)生產(chǎn)生認知沖突。比較實驗現(xiàn)象與電路圖的差異，啟發(fā)學(xué)生認識電源內(nèi)電阻。分析內(nèi)外電路結(jié)構(gòu)，形成對全電路的認識。圖426 （四）本案例改進之處： 粵教版教材用了簡單的表述說明電源內(nèi)部存在內(nèi)電阻，學(xué)生在了解這一知識點上沒有問題，問題在于學(xué)生知道內(nèi)電阻的存在后無法很好地與以前學(xué)習(xí)的電路知識建立聯(lián)系，無法在腦海中構(gòu)建起考慮內(nèi)電阻以后的閉合回路。本案例首先讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)理論分析與實驗現(xiàn)象之間的矛盾，讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突。接著通過比較兩個結(jié)構(gòu)不一樣但現(xiàn)象一致的兩個電路，確定它們的異同點，讓學(xué)生不自覺地發(fā)現(xiàn)電源內(nèi)電阻的存在。不僅如此，整個比較過程是在學(xué)生熟悉的電路知識基礎(chǔ)上展開的，學(xué)生很容

41、易發(fā)現(xiàn)考慮內(nèi)電阻后的閉合回路與以前學(xué)過的電路之間的聯(lián)系，從而在腦海中構(gòu)建起考慮內(nèi)電阻以后的閉合回路。 案例2：判斷洛倫茲力方向（一）課標(biāo)解讀 課標(biāo)對該知識點的要求是“會判斷洛倫茲力的方向”，屬于知識與技能目標(biāo)中的“理解”水平，要求學(xué)生知道洛倫茲力方向與電荷運動方向和磁感應(yīng)強度方向都垂直，會用左手定則判斷運動電荷在磁場中受到的洛倫茲力方向。 （二）教學(xué)流程 運用類比法可以發(fā)現(xiàn)，用于判斷安培力方向的左手定則同樣適用于判斷運動電荷在磁場中受到的洛倫茲力方向。對于運動正電荷，判斷結(jié)果與實際受力方向一致，而對于運動負電荷，判斷結(jié)果則與實際受力方向相反，這是一種傳統(tǒng)方法。傳統(tǒng)方法中運動負電荷在磁場中受到的

42、洛倫茲力方向與左手定則判斷的結(jié)果相反，這成為學(xué)生在判斷洛倫茲力方向時的一個“疙瘩”，有沒有辦法找到一種同時適用于判斷正負電荷受力方向的新方法呢？下面我們通過比較法來尋找。fvB我們知道運動電荷受到的洛倫茲力方向與磁場方向、電荷的運動方向以及電荷的正負性有關(guān)。為了研究方便，我們規(guī)定磁場方向垂直紙面向外，對于正負兩種電荷，分別讓它們的運動方向相反，這樣根據(jù)判斷洛倫茲力方向的傳統(tǒng)方法，可以得到如下結(jié)果，如圖427所示。fvBBvfvBf圖427運用求同比較法，分別比較運動電荷受到的洛倫茲力方向相同的兩種情況，如果兩種情況存在相同的條件，那么這個相同條件就是決定洛倫茲力方向的條件。如表44、表45。表

43、44vBf磁場方向電荷正負電荷運動方向假想電流方向洛倫茲力方向垂直紙面向外正向左向左上fvB負向右向左上表45磁場方向電荷正負電荷運動方向假想電流方向洛倫茲力方向Bvf垂直紙面向外正向右向右下fvB負向左向右下通過以上比較可知，在電荷正負性不同或電荷運動方向不同的情況下都可以得出洛倫茲力方向相同的結(jié)論。這時啟發(fā)學(xué)生：電流是電荷定向運動形成的，可引入一假想電流，讓學(xué)生思考電荷運動方向與假想電流方向的關(guān)系，并填寫在表中。 學(xué)生再次比較后就會發(fā)現(xiàn)，不管電荷正負性與運動方向如何，只要其代表的假想電流方向相同，洛倫茲力的方向就相同。最后教師總結(jié)判斷洛倫茲力的方法：首先根據(jù)運動電荷的正負性和運動方向判斷假

44、想電流的方向，然后根據(jù)左手定則，伸出左手，使大拇指跟其余四個拇指垂直并在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指方向為假想電流方向，這時大拇指方向就是電荷受到的洛倫茲力方向。 （三）本案例整體教學(xué)設(shè)計脈絡(luò)（圖428）教師總結(jié)判斷洛倫茲力的方法分析磁場方向一定時（向下），不同運動方向的正負電荷受到的洛倫茲力方向通過求同比較法，列表比較洛倫茲力方向相同的情況引入假想電流方向，得出假想電流方向與洛倫茲力方向的關(guān)系圖428 （四）本案例改進之處本案例引入假想電流方向的判斷，將判斷正負電荷所受洛倫茲力方向的兩種情況統(tǒng)一起來，在一定程度上減少了學(xué)生在判斷負電荷所受洛倫茲力方向時犯錯的情況。而且分析過程中運用

45、了異中求同的比較思想，一步步啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)正負電荷所受洛倫茲力方向的共同點，培養(yǎng)了學(xué)生分析事物的科學(xué)能力。45 實驗歸納法在物理教學(xué)中的滲透 一、實驗歸納法的概念所謂實驗歸納法是在對物理現(xiàn)象和物理過程進行大量觀察和實驗的基礎(chǔ)上，對獲得的大量數(shù)據(jù)資料進行分析歸納，從而找出相關(guān)物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律的一種方法。中學(xué)物理教學(xué)中有很多運用了實驗歸納法的例子，如：牛頓第二定律、機械能守恒定律、動量守恒定律等等。 二、實驗歸納法的思想特征（一）實驗歸納法的基礎(chǔ)是歸納推理，即從個別的具體事物的認識中抽象出一般性認識的推理方法，它分為完全歸納推理與不完全歸納推理。（二）中學(xué)階段所采用的實驗歸納法大多是不完全歸納，因此在教學(xué)中要讓學(xué)生多次實驗，多聯(lián)系實際，積累更多的體驗，從中歸納共性。（三）實驗歸納法是以“實驗”為基礎(chǔ)，要讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下經(jīng)歷實驗探究過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神。 三、實驗歸納法中學(xué)物理教學(xué)中的作用（一）運用實驗歸納法，能讓學(xué)生認識