重视物理思想和物理方法的学习和培养在高中物理教学中运用的探索(微型课题).doc

重视物理思想和物理方法的学习和培养在高中物理教学中运用的探索四川省巴中中学 吴尚奉一、研究缘由天天和同学们在一起学习、交流，经常与老师们在一起听课、研讨、交流和学习，耳闻目睹了学子们学习的辛苦。有些老师上一节课，写几黑板，讲的内容实在太多太繁了，甚至还要求学生把课本的原始概念都抄写下来，老师讲的内容都要记下来。学生们一节课忙于记笔记，便耽误了听讲，不记吧，那么多学习内容，学生不在课余时间消化，有的课程学起来还真感到吃力。再翻开学生的学习笔记，又多、又乱，学生学习的重点、难点不知道，焦点、热点不清楚，思路、方法不明白。如何理解物理概念，如何进行知识整理，如何探讨思路方法，如何记笔记，这些都是学生学习的盲点。每每想到这些，我就感到实在不是滋味。二、研究目的我一直在想，我们不是在搞研究性学习吗？我们不是搞校本课程的实验吗？为什么老师不能把教材的内涵挖掘出来，梳理出来，把概念和规律、思路和方法、模型和特点、公式和常识、条件和结论，特别是学习物理的思想和方法总结出来，写出一本优秀的笔记本，尽量减少不必要的、繁多的课堂笔录，提高课堂学习效率呢？三、研究内容物理思想教学中的运用策略。四、研究对象高2012级10班、16班、22班。五、研究方法在课堂教学逐步实施（见教学论文）。六、研究步骤（一）准备阶段（2012年9月1日至10日）。学习探究式教学的相关理论，制定研究方案。（二）实施研究（2012年9月10日至2013年2月）。探究式教学法在高中物理教学中运用策略的探索。（三）总结阶段（2013年3月1日至20日）。归纳物理思想、物理方法在教学中运用策略。七、预期研究成果总结报告高中物理学习方法在教学中的应用探究四川省巴中中学 吴尚奉摘要：教无定法，有利于学生学习兴趣和学习成绩的提高，就是好的教法。有的老师为了提高高一学生的成绩，布置许多不同类型、花大量的时间去收集大量的习题给学生做，然后再花大量时间去批阅、评讲，当然收效也是肯定的。对我来说，许多年来，我的教学平时练题很少，而是把教学的中心放在指导学生学习物理、分析问题的方法上，收到了明显的效果。如：模型法、隔离法与整体法、图解法、逆向思维法、假设法、排除法、对称法、等效法、类比法、实验法、端值法等。下面就其中作部分介绍。我个人认为：模型法、隔离法与整体法、假设法、图解法贯穿高中三年物理学习的始终，其他方法只作特殊场合使用，下面作些介绍。一、模型法为研究物理问题方便起见，将某些实际问题抽象概括，形成一些物理模型，利用理想化物理模型求解物理问题，是学习物理相当重要的思维方法。物理问题从一定意义上来说都是依照一定的物理模型来拟定的，解题过程实质上就是分析和还原物理模型的过程，是高中物理学习中最重要的方法。特别是近年来高考的创新题型的破解，方法就是要从对题所表述的物理情境中去收集、提炼相关信息，建立出相应的物理模型。举例如下：例1、甲、乙两运动员在训练交接棒的过程中发现：甲经短距离加速后能保持9m/s的速度跑完全程；乙从起跑后到接棒前的运动是均加速的。为了确定乙起跑的时机，需在接力区前适当的位置设置标记。在某次练习中，甲在接力区前=13.5m处作了标记，并以=9m/s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令，乙在接力区的前端听到口令时起跑，并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上，完成交接棒。已知接力区的长度为L=20m。求：（1）此次练习中乙在接棒前的加速度a；（2）在完成交接棒时乙离接力区末端的距离。分析：模型建立：整个题型立意为追求问题模型，具体来说，甲从发出口令到完成交棒是初速度为零的加速运动模型。解析根据题意画出运动草图，如图所示。a乙起跑甲口令L=20m接力区(1)在甲发出口令后，乙做加速度为a的匀加速运动，经过时间t，位移为，速度达到=9m/s时，甲的位移为，有t= =at2 =+ 建立以上各式可得=3m/s2(2)在这段时间内乙在连力区的位移=13.5m所以在完成交接棒时，乙与接力区末端的距离=6.5m例2：分析：首先是将整个拖把等效为质点模型，受力如图6，拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具（图如），设备把头的质量为m，拖杆质量可以忽略；拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数，重力加速度为g，某同学用该拖把在水平地板上拖地时，沿拖杆方向推拖把，拖杆与竖直方向的夹角为。（1）若拖把头在地板上匀速移动，救推拖把的力的大小。N（2）设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为。已知存在一临界角，f若，则不管沿拖杆方向的推力多大，都不可能使拖把从静止开始运动。求这一临界角的正切tan.mgF另外整个题的立意为共点力平衡问题模型。解析（1）设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把，将推拖把的力沿竖直和水平方向分解，按平衡条件有：Fcos+mg=N Fsin=f式中N和f分别为地板对拖把的正压力和摩擦力，按摩擦定律有f=N。联立式得F=mg。（2）若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动，应有FsinN. 这时式仍满足，联立式得sin-cos现考察使上式成立的角的取值范围。注意到上式右边总是大于零，且当F无限大时极限为零，有sin-cos0. 使上式成立的角满足，这里是题中所定义的临界角，即当时，不管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把。临界角的正切为tan=. 二、隔离法和整体法1、隔离分析法是把选定的研究对象从所在物理情境中抽取出来，加以研究分析的一种方法。涉及问题往往有几个研究对策，应对它们逐一隔离分析、列式，并且还要找出这些隔离对象间的联系。从而联立求解。2、整体分析法是把一个物体系统（含九个物体）看成一个整体，或是着眼于物体运动的全过程，而不考虑各阶段不同运动情况的一种分析方法。例1：如图所示，用轻质细绳把两个质量未知的小球悬挂起来，对小球a持续施加一个向左偏下30的恒力，并对小球b持续施加一个向右偏上30的同样大的恒力，最后达到平衡，表示平衡状态的图可能是图中的（ ）。解析对于连接体问题既可以采用整体法，也可以采用隔离法或者两者交替使用。解法1 将a、b两球及两球间的绳看做一个物体系统，以这个系统为研究对象。因为作用在a、b上的恒力等大、反向，其合外力为零，而a、b受的重力竖直向下，要保持平衡，故a到悬点的细绳的力必然沿竖直方向向上。解法2 对a、b分别进行受力分析，如图所示。对a：水平方向平衡有：F1cos30=T1cos+T2cos，对b：水平方向平衡有 cos=F2cos30,因F1=F2，则T1cos=0，T10，=90故B正确。例2，一个气球以4m/s的速度竖直上升，气球下面系着一个重物，当气球上升到下面的重物离地面217m时系重物的绳断了，问这时起重物经过多长时间落到地面？重物着地时速度多大？（取g=10m/s2）解析绳未断时，重物随气球以4m/s的速度匀速上升，绳断后，由于惯性，将体将在离地面217m处以初速度=4m/s做竖直上抛运动，示意图如图所示。解法1（分段法）上升阶段物体做匀减速运动，上升的最大高度h1=0.8m上升到最高点所需的时间t1=0.4s下降阶段物体做自由落体运动，有h1+h=则t2=6.6s故从绳断开始到重物着地所需的时间 t=t1+t2=7s重物着地时的速度=ht2=66m/s解法2（整体法）以抛出点为坐标原点，取竖直向上为正方向，则因h=t-,h=-217m故t1=7s, t2=-6.2s（不合题意，舍去）故=-gt1=-66m/s，“-”表示着地时速度方向竖直向下例2中解法更为简捷。三、假设法：1、有些物理问题在变化过程中可能会出现临界问题，也可能不出现临界问题。2、有些物理问题的结果预先只能分析出有一些可能性。解答这类题目，一般要用假设法。例1：两重叠在一起的滑块，置于固定的倾角为的斜面上，如图专题二-1所示，滑块A、B的质量分别为M、m，A与斜面间的动摩擦因数为，B与A的动摩擦因数为，已知两滑块都从斜面由静止以相同的加速度滑下，滑块B受到的摩擦力（ ）。A、等于零 B、方向沿斜面向上C、大小等于mgcos D、大小等于cos解析本题根据牛顿第二定律确定静摩擦力，并需应用假设法，对A、B整体，受力分析如图专题二-2（a）所示，在沿斜面方向上由牛顿第二定律有(m+M)sin-F(m+M)a 且滑动摩擦力F=(m+M)gcos 假设B受的摩擦力FB方向沿斜面向下，B的受力图如图专题二-2（b）所示，在沿斜面方向上有 mgsin+FB=ma 由式解得：FB=-mgcos负号表示FB方向与假设的方向相反，即应沿斜面向上。答案B、C例1：如图所示，将一个钢球分别放在量杯、口大上的普通茶坏和烧杯中，钢球在各容器的底部与侧壁相接触，处于静止状态，若钢球和各容器光滑的，各容器的底部均处于水平面内，则以下说法中正确的是（ ）A、各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B、各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C、量杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D、口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球无弹力作用。解析小球与容器的侧壁接触，是否有弹力作用，就看接触处是否发生弹性形变，但微小形变难以觉察，只能借助假设去判断。假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用，钢球仍将处于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立。我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用，作出各容器中钢球的受力示意图如图14-3所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球无弹力作用。因此，本题正确选项为A。四、图解法就是通过作图来分析或求解某个物理量的大小及变化趋势的一种解题方法，通过作图来揭示物理过程、物理规律，具有直观形象、简单明了等优点。例9某物体做初速度不为0的匀变速直线运动，在时间t内通过的位移为s，设运动过程中间时刻的瞬时速度为v1，通过位移s中点的瞬间速度为v2，则A、若物体做匀加速直线运动，则v1v2B、若物体做匀加速直线运动，则v1v2C、若物体做匀减速直线运动，则v1v2D、若物体做匀减速直线运动，则v1v2解析初速度不为0的匀加速直线运动与匀减速运动的图像如图(a)、(b)所示在图(a)、(b)上分别作出中间时刻所对应的速度v1，根据图线下方所围的面积即为运动物体所通过的位移，将梯形分为左右面积相等的两部分，作出位移中点对应的速度v2，可见不论是匀加速运动还是匀减速运动，都是v1v2。故本题答案应选B、D。例2：如图所示，把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间，不计摩擦，球对墙的压力为N1，球对板的压力为N2，在将板BC逐渐放至水平的过程中，下列说法中正确的是（ ）A、N1和N2都增大 B、N1和N2都减小C、N1增大，N2减小 D、N1减小，N2增大解析此题为一动态平衡问题，受力情况虽有变化，但球始终处于平衡状态。方法一 图解法对球受力分析如图23-9所示，它受重力G、墙对球的支持力和板对球的支持力而平衡。作出和的合力F，它与G等大反向。在板BC逐渐放至水平的过程中，的方向不变，大小逐渐减小，的方向发生变化，大小也逐渐减小，如图23-9所示，由牛顿第三定律可知：N1=N2=。故选项B正确。方法二 解析法对球受力分析如图23-10所示，受重力G、墙对球支持力和板对球的支持力而平衡。则 F=G,=Ftan，=，所以 =Gtan, =在板BC逐渐放至水平的过程中，逐渐减小，由上式可知，减小，也减小，根据牛顿第三定律可知，N1=、N2=，故答案B正确。高中物理必修1物理思维方法的教学巴中中学吴尚奉摘要在高一物理教材（必修1）的绪言中有这样的文字这次课程改革根据现代教育理论，提出了以“提高全体高中学生的科学素养”为目标的课程目标，过去的教学大纲主要强调科学知识，而现在的课程标准则强调“知识与技能，过程与方法、情感、态度与价值观”的三维教学目标，强调以学生为本，提倡在老师的指导下让同学们经历动手动脑的自主学习过程，不但学习知识，还学习科学思想、方法，要学会学习。关键词：探究1、理想化方法到理想模型我们是生活中由形形色色物质组成的物质世界里各种物体相互作用，彼此影响。因此我们探究物体问题，寻找其规律的时候，必须会涉及到影响研究对象的各种因素，有的是影响对象的主要因素，而有的只是次要因素，可以在研究的时候事先忽略，不予考虑。这种保留主要因素而忽略次要因素的思维方法同城成为理想化方法，而这种从实际物体中抽象出来的被理想化了的研究对象称为理想化模型。（1）例如必修1，第一章第一节关于质点模型的建立。通过问题讨论让学生接受质点模型问题1：研究巴中车站开出的大巴车达到成都站所需的时间，能否把大巴车看成一个质点？是否考虑大巴车有一定的长度（约20m）。研究长为20m的大巴车过巴州大桥（长约）150m的过桥时间，是否考虑大巴车有一定的长度？能否也当成质点？问题2：在10m高台跳水中，只考虑运动员完成动作的时间，能否把运动员看成质点？若要考虑运动员完成动作的质量，能否把运动员看成质点？问题3：在研究地球公转周期时，地球的大小能否不计，而研究地球上不同地区季节变化，昼夜长短变化还能够把地球当成质点？通过上面三个问题的讨论。学生会豁然开朗三个问题。是否把实际物体看成质点模型与我们需要研究的问题相关；在有得研究问题中，把物体当成质点模型是非常必要的；不是很小的物体才能当成质点，而很大的物体就不能当质点处理。（2）在高中物理中还会遇到的理想模型。伽利略的理想斜面实验模型将小球与斜面的摩擦忽略而变为理想化。但是生活中注入此类的理想实验是办不到的，是一个头脑中想象存在的实验假象，理想实验是一种以可靠事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理处推到一种理想状态。虽然是一个假想的实验，但所揭示的实物的本质仍然是正确的。匀速直线运功 匀变速直线运动自由落体运动等在生活中绝对找不出上述运动形式。但是研究火车在有限一段半直轨道到运动，启动阶段可当匀加速运动处理，刹车阶段可当匀减运动处理，完成启动阶段后可当匀速直线运动处理。在地面上有限高度的下落物体的运动可当自由落体处理。学生训题中常提到的“光滑平面”、“轻杆”、“轻绳”、“轻弹簧”。生活中没有这些实物，但为了研究所给出的物理问题而进行理想化的模型。以后会学习的理想化模型“单摆”、“点电荷”、“理想气体”等。2、极限思维方法的应用在物理问题的研究中涉及一个较为复杂的过程，其过程中的细节规律可能无法显现，但是当把过程推向它的极端，往往就可以得出规律性的结论，这就是我对极端思维方法的理解。对学生这种思维方法培养具有前瞻性的意义。伽利略理想斜面实验教学中进下列问题探究和讨论问题1：一个不受任何力的物体是否存在？（没有）问题2：沿对接面斜面运动的小球受到那些力（压力、支持力、摩擦力）问题3：小球能否达到对接斜面上的同一高度？为什么？（不能，受摩擦力影响）问题4：如果不计摩擦（理想化）会怎样？（小球达到另一斜面同样高度）。问题5：小球到另一斜面同一高度速度为什么减为零？（受力作用）问题6：改变斜面坡度会怎样？（在斜面上运动更长距离）上面6个问题仍然未显现力和运动的本质规律，那么下面的外推就很重。问题7：当对接斜面的坡度为零，即是斜面坡度的极限，小球会怎样运动？（保持速度不变永远运动下去），小球受到合力如何？（重力和支持力的合力为零，好像不受力一样）。高中物理教材必修1瞬时速度的提出在高中物理中没有对瞬时速度的大小和方向给出明确的定义。而是根据平均速度的大小和方向，再运用极限思维的方法让学生去理解和掌握瞬时速度的意义。问题1：匀速直线运动由于速度不变，资料见考点P17、P23、必修2P3，用求出的是平均速度，也就是瞬时速度。问题2：变速运动的瞬时速度是围绕改点附近取极短的时间t（t的极限趋于零）的平均速度s/t为该店的瞬时速度的大小，位移s的方向也就趋于该店的切线方向为瞬时速度的方向。在必修1中学生由了这种思维方法的启示，那么在必修2中（见教材第3页）关于曲线运动的速度方向的理解也就没有障碍了。3、假说思维方法简介在物理问题的探究中，往往对问题的规律性没有预先的结果，但有其可能性，因此在各种可能性中提出一种假说，并建立相应的模型。必修1的教材中有意地编写了关于伽利略对落体运动的规律的探究内容，讲解了运用假说的思维方法探究物理规律的一般过程：发现问题（质疑）对现象的观察（去伪）提出假设运用教学和逻辑手段得出推论实验验证合理外推得出结论。并用爱因斯坦的话“伽利略发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，它标志着物理学的真正开端。”进行了高度评价。以后的学习还会遇到有关假说的思维方法。例如关于原子的结构模型的的建立涵盖从汤姆生模型卢瑟福模型波尔模型电子云的历史过程；关于光的本性的历史过程涵盖从微 说波动说电磁说光子说波粒二象