時間:2023-05-30 10:06:39
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇中學物理教案,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞: 高中物理 牛頓運動定律 “跳出課本看課本”
作為一名高中物理教師,我在教學之余聽到最多的對高中物理的評價是“高中物理太難了,尤其是力學”。為什么物理學給人的感覺總是一個“難”字?高中生應該如何應對新課程理念下的高中物理,物理教師應該如何讓學生更容易地理解高中物理知識,提高對物理的興趣,讓他們愛上物理呢?我覺得這是一個值得深思的問題。
一、物理教學體系是一個“螺旋上升”的過程。
真正稱得上學習物理學應該從初中二年級開始算起。在初中階段學生就已經接觸到了物理學中絕大部分的分支學科,但是只是介紹一些較為簡單的知識和結論,定性地研究一些物理現象,不注重更深層次的研究。到了高中階段,物理學的體系基本展現出來,在初中的基礎上再次加深研究,除了理解一些物理知識和規律,還要求學生能夠分析物理過程,熟練地利用初等數學知識定量地解決物理問題,掌握物理的基本實驗技能,以及利用高等數學的思維(例如:微分、積分的思想)研究某些簡單的問題。這些知識和能力的培養是在為學學物理打好基礎,做好過渡。而大學物理更是在高中物理基礎上,將物理學的各個分支再次升華,將知識體系整理得更為系統,物理規律研究得更為透徹,物理現象的分析更為精確,但是最基本的切入點和思維方法還是與高中物理有著千絲萬縷的聯系。所以高中物理將是學生今后終身學習的基礎。
學生感到物理學習困難的原因主要是對物理學的真諦和知識體系理解不深。
我在課后給學生輔導的過程中發現不少學生眼光太短淺,考完試成績不好,在分析時只盯著一小塊知識點。例如:一個學生在高一期末考試以后找到我,因為期末考試考得太差,向我咨詢如何復習一下必修2。而我看到試卷的錯題,顯然不僅僅是必修2的問題,受力分析和牛頓第二定律的方程都有問題。我問他必修1學習得怎么樣,感覺如何?他是這樣分析的:必修1的第一章、第二章當時提前預習過,考試成績都在八九十分,還很不錯,到了后來有點沾沾自喜,所以第三章力和第四章牛頓運動定律成績稍微差一點,但是高一期末考得還湊合,所以他認為必修1整體說來還是過得去,不需要復習。到了必修2突然完全沒有頭緒,一學期下來不知學了什么,也不知該怎么解題,所以他認為應當復習或者叫做重新學習必修2的知識,因為將來選科時他想選擇物理。
我想這個學生的學習過程很有代表性,我們就這個實例來分析一下。
我想問這個學生或者我們教師一個問題:什么是物理學?
物理(Physics),拼音:wù lǐ,全稱物理學。物理學是研究物質運動的最普遍形式的規律以及物質基本結構的科學。[1]在高中物理尤其是力學部分最突出的是研究物質運動的最普遍形式的規律。
二、高中物理教材(新人教版)必修1、必修2的知識體系
整個高一兩本教材讓學生認識了物質運動中最為簡單的勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動(包括天體運動),而這些運動之所以能發生是因為運動的物體受到了相應的合外力的作用,也就是說有什么樣的合外力就可以決定物體作什么樣的運動,而物體作什么樣的運動也反映了物體受什么樣的合外力,這是一一對應的關系,而這種關系是由牛頓第二定律決定的。所以高一階段學好力學的關鍵就是對牛頓第二定律的理解和應用。
必修1為了讓學生更好地了解牛頓運動定律,在前三章作了鋪墊:第一章、第二章通過簡單的勻速直線運動和勻變速直線運動讓學生了解了用哪些物理量,如何描述運動,以及加速度α的含義和求解方法,為F =ma中的a作了鋪墊。第三章相互作用讓學生通過對重力、彈力、摩擦力的研究,對力的性質和特點有所了解,進而知道如何求解合外力,即為F =ma中的F 作了鋪墊。一切就緒以后就給出了牛頓的三個定律,以及牛頓運動定律的應用,包括已知運動求受力和已知受力求運動的兩大類問題,以及超重、失重的生活現象。所以必修1的體系是很清楚的。
必修2除了機械能看似孤立以外依然是牛頓運動定律的應用。曲線運動和直線運動固然有不同之處,但是利用運動的合成與分解可以將曲線運動分解成直線運動來解決。而圓周運動更是由于合外力時刻指向圓心,與速度垂直,才使得物體的速率不變化,但是速度方向時刻變化,最終導致勻速圓周運動,所以依然有F =ma,只不過此時F 被叫作向心力,a叫作向心加速度。了解了這一點,只要找到物體受到的合外力,利用牛頓第二定律:F =ma=m =mω r=m ,其中a= =ω r= ,就可以解決圓周運動的問題。而天體運動則是在圓周運動基礎上的進一步應用:F 是萬有引力,a依然是向心加速度,即F =G =ma=m =mω r=m ,其中R為兩物體間的距離,r為圓周運動的軌道半徑。因此必修2中七章有六章實際上都是牛頓運動定律的問題,所以學好這個定律是掌握力學的關鍵,乃至對以后的學習都很有用。
而第五章機械能及其守恒定律真的是拋開了牛頓運動定律而孤立存在的嗎?
我們知道當力的作用引起物置變化時,力就要做功。由牛頓運動定律可知,力是改變物體運動狀態的原因。因此,力對物體做功的效果是改變物體的運動狀態,力所做的功應與某種描述物體運動狀態量的改變有關。這種描述物體運動狀態的量稱為動能。動能的變化與作用力所做的功之間的關系,稱為動能定理。下面我們推證一下:
設質量為m的質點,在變化的合力 作用下,沿某曲線,由A點運動到B點,質點在A點和B點的速度分別為v 和v 。由牛頓第二定律得 =m ,質點在力 的作用下發生了元位移d , 在d 內做的元功為dA= •d =m •d ,將d = dt代入上式得dA=m •d =m • dt=md • = md(v•v)=d( mv )變力 由A點運動到B點對質點所做的功
A=?蘩d( mv )= mv- mv(1)
這一結果表明,合力所做的功的確能夠用一個運動狀態量的變化來表示,這個運動狀態量的形式是 mv ,我們把它叫動能,用E 表示,即E = mv 。
用E = mv表示質點在起點位置是的動能,用E = mv表示質點在終點位置時的動能,則(1)式可以寫成A=E -E ,這就是質點的動能定理,可表述為合力對質點所做的功等于質點對動能的增量。
而對于質點系我們有
A +A =E -E (2)
在一般情況下,質點系的內力包括保守內力和非保守內力。因此我們可以把所做的功A 分成保守內力所做的功A 和非保守內力所做的功A 兩部分,將A =A +A 代入(2)式,得A +A +A =E -E ,而保守力做的總功等于質點系勢能增量的負值,即A =-(E -E ),代入上式得A +A =E -E +E -E ,即A +A =(E +E )-(E +E )。
上式等號右邊第一項是質點系在B狀態的機械能,第二項是質點系在A狀態的機械能即
A +A =E -E (3)
上式表明:作用在質點系上的一切外力和一切非保守內力所做的功的代數和等于質點系機械能的增量。這就是質點系的功能原理。
由(3)式看出,當外力和非保守內力不做功,或所做的功的代數和為零,即A +A =E -E =0,則E =E ,或寫成E +E =E +E 。
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這個結果表明:若外力和非保守內力不做功或做功代數和為零,則質點系的動能和勢能可以相互轉換,但它們的總和(即機械能)保持不變。這個結論稱為機械能守恒定律。[2]
所以作為第五章的機械能部分也是源于牛頓運動定律的。
綜上所述,其實高中整個力學都是在牛頓運動定律的基礎上得到的,學生掌握好牛頓運動定律,理解知識和考試成績都可以獲得質的提高。
這個學生恰恰是沒有學好最關鍵的牛頓運動定律部分,但是當時的考試沒有引起他足夠的重視。按照以上的思路我建議該生重新審視必修1、必修2這兩本書,從必修1復習起,結果效果極好,做必修2的題目幾乎不費力氣。可見牛頓運動定律的基礎是非常重要的。
當然這不僅僅是學生容易出現的問題,教師在授課中也容易忽視對教材的整體把握。如果教師能在教學過程中將牛頓運動定律的思想貫穿始終,我想學生就能夠“跳出課本看課本”,原來兩本書就是一個牛頓運動定律,一點兒也不難。
這一點,日本的教材處理得很好,我有一本《川教授的中學物理教案》,目錄為[3]:第一章《力是什么》,作為鋪墊;第二章《力和運動》,建立運動與力的關系;第三章《各種各樣的曲線運動》,將運動的范圍再次擴大,使學生自主應用牛頓運動定律解決問題。到此基本上將我們兩本書的內容都囊括在內,我認為這對學生認識力學,認識牛頓,認識物理是一個很好的幫助。
學生的興趣一方面來自個人的愛好,另一方面是信心的建立。很多學生一開始對物理都非常感興趣,因為物理學涉獵范圍廣,實驗多,和生活結合緊密。但一些學生因為題目難,考不好,而喪失了對物理學的興趣,見到物理就怕,就躲,就不想學。因此在目前的高考形勢下,更多的學生選擇了文科,因為他們覺得花同樣的時間文科更容易出成績,更容易考上大學。目前許多學校文科9個班理科3個班這種不合理的文理選科失衡將會對高中教學和大學教育帶來困難。
所以,我們的擔子很重,要解決學生畏懼物理的問題,一方面需要學生的努力,另一方面作為物理教師的我們更要給學生指好路,鋪好臺階,這樣學生才能大膽地前行,也只有這樣才更加符合新課改的精神。
參考文獻:
[1]劉筱莉,仲扣莊.物理學史.南京:南京師范大學出版社,2001.
[2]彭長德.大學物理學.徐州:中國礦業大學出版社,1999.
[3][日]川博著.吳宗漢,彭雙朝譯.川教授的中學物理教案.南京:東南大學出版社,2002.8.