中学物理教学参考2003全12期一本合集zxwl

利用中有关典型事例,对学生进行思想品德教育,完善学生,陶冶学生的情操.用物理学家美来物理学教育中的美学因素存在于物理学本身的知识体系之中,物理学反映的是科学的真,科学的真又表现着科学的美物理学研究的对象是自然界的运动变化规律因而物理知识首先便体现出与之相对应的自然美,如力学中的回音、共鸣、天体、波的图象;热学中的结晶体的多样化,水在不同温度下呈现出的水蒸气、水纹、雪花、冰块光学中的光的色散、干理学的自然美,给人以美的享受.由于大自然的美妙神奇和物理学家对美的不懈追求物理知识体系中充满了形式美的因素,不胜枚举,随处可见,现就其主要形简洁给人以简单、明了、深远、有序的美感现代审美理论认为:那些在特定条件下,刺激物被组织的最好、最规则和具有最大限度的简单明了的“形”会给人以相当愉悦的感受.物理学的美,最典型、最精粹之处,就是这种“简单明了”的简洁美.例如:运动和力的关系,曾经困惑人类几千年,但一旦揭开其面纱,呈现出的关系“F=ma”却如此简明.又如的质能方程“Emc2”形式十分简单,最精炼的语言、最少的符号,揭示了奥秘无比的自然规律,所表现的简洁美令人叹为观止.简洁美主要包括三种基本含义:简单性和逻辑简单性.客观简单性是指自然的基础构造是简单的,是物理学家简洁性思想方法的客观基础.自爱因斯坦以来的物理学家坚信:自然是按美和简洁来设计的.物理学家在选择可能描绘自然结构的数学表示时,之所以会选择对称、简洁的优美形式,正是已经深入他们骨髓里的这种简洁性信念所使然.比如理想模型的方法就是物理学家对客观简单性信念的一种体现.模型的方法巧妙地将复杂的事物一一分割,抽象出一个简洁明了的物理模型,.这些模型就像一幅幅生动形象的简笔画,把物体的特征和个性勾画得淋漓尽致,既简洁又合理,既抽象又形象,给人以美的享受.数学简单性是指理论形式的简洁凝练及其数学公式的简洁美.物理或方程是自然界所遵守的法则,优美的物理或方程常被称之为漂亮的数学结构,它给人的美感是显而易见的.“自然界为它的物理定律选择这样的数学结构是一件神奇的事没有人能真正解释这一点”.物理学家在做科学研究时,在他们的心灵

深处总有这样的信念:如果自然界显示了一个非常简单和优美的数学形式,那么,你就不得不相信它是;甚至有些物理学家为了追求数学结构上的美而.狄拉克建立的统一相对论和量子力学的电子运动方程,具有非常优美的形式,可是它多出.狄拉克舍不得改动那优美的方程,.于是他大胆地引进正电子,首次提出了反物质的概念,三年后正电子果然被安德逊所发现.典型实例.对逻辑简单性,曾有过这样的论述,简单“并不是指学生在精通这种体系时产生的最小,而是指这种体系所包含彼此独立的假说或公理最少.简单性也是创立和评价科学理论的基本指导思想.一切科学的伟大目标都是“要从尽可能少的假设或公理出发,通过逻辑的演绎,概括尽可能多的经验事实.”一些物理理论模型建立时,尽管数学论证和演绎推导呈现出复,但是它的结论(结晶)所发射出的真理之光总是浑朴和简洁的.简单美除了给人以集中,更重要的是因为理论愈简单,意味着限制条件愈少,适用的范围更广.所以,简单的理论比复杂的理论包含有的信息量.自然界的现象是错综复杂的,然而背后隐藏的规律却是简单的.地心,,原因之一,就是因为体系与体系相比,明显地具有内在的简单性与和谐性.作为物理学研究对象的客观物质世界是和谐的.“宇宙”一词本身就意味着有序与和谐,序是表示物质结构的概念,有序表示这种结构方式是有秩序、有规则的,在物质世界中存在各种有序状态.在微观领域中,原子世界是一个有序和谐的世界,核外电子绕核运动,分子间存在相互作用力;在宏观领域,比如晶体是一种典型的有序的和谐结构,这种由若干平面围成的多面体具有规则的外形,其各个几何平面之间的夹角固定不变;在宇宙领域,各种星系、各种天体尽管进行着复杂的运动,但在一般情况下各种星体的运行轨道又是有规则的,如月球一边自传,一边还绕地球公转,旋转的速度和轨道也几乎没有差错,宇宙太空各天体的运行配合得如此默契和谐,像是在合奏一首雄伟壮丽作为客观物质世界反映的物理学理论也是和谐的、内在自洽的.曾经定义:精密科学的含所有被称为“伟大的科学艺术品”的物理学理论,都有惊人的内在自洽性.物理学中的经典力学的和谐性就表现在一种高度统一的“逻辑美”上,用归纳

法获得了力学的有关基本概念 动定律,又演绎法从这些基本概念和定律出发,构建起整座完美和谐的科学.而物理学中由物理概、规律这些世界的完美和谐的图景,如振动图象、波动图象、气体数,比比皆是.在表现形式上和谐美具体表现为统一和谐、层次和谐、互补和谐和奇异和谐.如理论性与实践性的和谐;复杂性与简单性的和谐;普遍性与局限性的和谐;抽象性与具体性的和谐;对称性与破缺性的和谐.对称性是指整体各部分之间的相称或对应如空间上的和谐布局,时间上的节律协和.对称之所以让人产在科学美学史上,毕达哥拉斯学派最早提出对称性这一科学审美标准.他认为圆形最美,圆具有圆周与中心之间的绝对对称与和谐,使得整体与部分之间的关系协调一致.亚里士多德认为美的主要形式为和谐、秩序与匀称(对称),他认为如果实际观测到天体做匀速圆周运动,那就最美不过了,即使不是也不要紧,因为可以把不规则的运动分解为一系列的匀速圆周运动来加以研究.勒第二定律的建立,使得对对称性这一审美标准有了新的认识,该定律可表述为:行星在相同的时间内扫过的空间面积相等.这是一种时间与空间乘积的对称.比起单纯的时间对称性和单纯的空间对称性来说,是种更复杂的对称性.毕达哥拉斯关于对称美的思想一直影响着物理学的发展.传统美学中的对称仅指人们感性意识中的三维空间的对称,而物理学中的对称美既有物理现象的对称美,比如引力与斥力,,粒子与反粒子,物质与反物质等等;但更重要的是包含各种数学空间的对称美,那是一种理性范畴的对称.这种对称性虽然不直接显现,但却更受到物理学家的推崇.比如能量、动和空间转动对称性.物理学家已经确信,对每一个守恒量,自然界都设计了一个与之对应的对称性.例如,在18世纪后期已经知道电荷守恒了,后来人们开始寻求与之相应的对称性,终于在20世纪中期找到了这种重要的对称性——.现在物理学家知道,规范对称原理决定着电子和光子的作用方式,因而从一定程度上讲,决定了自然界的面貌.在现代物理学中,对称性已经成为一个方法,即对称性指引物理学研究.如果说是从直

性方面建立了电磁学理论的话,那么则是通过对的直接经验无法察觉的对称性——规范变换不变性深刻的理性思考而建立了他的狭义相对论.爱因斯坦的对称性制约物理定律的思想可以说是二十世纪物理学研究方法上的一大飞跃.对称是美的,不对称在物理学中也绝非一定是丑学同样它们.奇异美是指物理学领域中某些超出常人想像而使人惊奇的特征,这些特征使审美主体产生新奇感.一部物理学史,既是一部探索物质结构的历史,也是一部捕捉奇异美、发展奇异美的历史.奇异美包括培根说:“没有一个极美的东西不是在调和中有着某些奇异”奇异与和谐是一对对立而统一的美学范畴.一个新出现的和谐理论总包含某种奇异,而奇异的科学思想和方法只有当它具备和谐性时才能显示其美.重大的奇异性往往导致科学理论的,因而,奇奇,表现在它们能够巧妙地解释物理现象.奇异美通常是拜新观念所赐.这新观念往往是与我们的一般见识有多多少少的出入,但又觉得不接受不行.比如说反物质、物质波的概念,正反粒子相撞而湮灭的观念等等,都能令验到奇异之美.钱德拉赛卡根据广义相对论原理:大质量的晚期恒星并不停留在白矮星阶段,而必将在强大引力和爆发压力的作用下进一步塌缩,成为中子星,甚至成为黑洞.这一奇异的思想曾被,然而,脉冲星和X射线天体的发现却使那个过分离奇的思想成了谐调而美妙的、呈.令人惊讶,因这就是奇异.后来发现,广义相对论对求解宇宙的极早期仍然有效,这就更令吃一惊了.这就是奇异的力量.物理美的奇异范畴不仅在于调和中的奇异,而且还在于谐调中的破缺.谐调中的破缺主要表现为非对称性.和谐往往意味着一种动态平衡,而奇异则意味着原有平衡的打破,向新的平衡过渡,显示出动态性.而旧平衡的打破就与非对称有关.杨振宁、李政道确定了宇称这种左右对称在某种局部条件下的不存在,在此之后则建立了CP联合守恒.一种理论是否具有奇异美,不在于它本身的标新立异,而在于它是否具有建立和谐结构的功能.破缺奇异美就像一尊耸立于艺术领域的断

区别的差异性体现了各个事物个性的千姿百态和丰富变化;“统一”是指整体中所包含的各个部分在形式上的某种共同特征以及它们之间的相互呼应和衬托关系,体现了各个事物共同和整体联系.如果只有统一,世界是单调乏味、呆板机械的世界;而只有多样,世界是杂乱无章、纷繁散漫的世界.因此,只有把统一与多样综合起来,既要在多样中见统一,又要在统一中见多样,使人感到既丰富又单纯,既活泼又有秩序的在物理学发展史中,物理学家在感受自然界多样性的过程中,逐渐认识到自然界的统一性,并执著地追求自身理论的统一.例如力学把天上、地上的所有物体的机械运动规律都统一起来;的电磁理论把电、磁、光的运动统一起来;的相对论把力学与电磁理论统一起来;德布洛意的物质波假设和量子力学理论又把粒子运动和波动在新的层次上统一起来;原子、分子结构理论把宇宙万物统;域;质能关系把物质的质量、能量统一起来;各种守恒物理概念是反映物理现象和过程的本质属性的思维形式物理规律是物理现象或过程的本质联系在一定条件下必然发生、发展和变化的规律性的反映,这种“本质属性”和“规律性”就是统一物理学就是要从丰富多彩的多样物理世界中找出起共性的东西物理学上每一次划时代的统一性科学理论的提出都会使人们感到自然界那种潜在的奇妙、和谐、统一多样性统一是人类追求的永恒,科学的最终目标就是尽善尽美因而科学真正的、惟一目标就是追求统一性的美.彭加勒曾断言:在对科学理论美的特征作出判断时,统一性是最根本的特征.物理中的研究方法也具有多样统一的美.如平行四边形法则统一了矢量运算方法;再如等效法,它是从等同效果出发,将复杂的实际物理现象和过程转化为一种或几种简单的物理现象和过程,然后加以处理,像简谐阻,合力与分力,合运动与分运动等.另外,在形成概念分类与比较等等,或是多样统一、或是由统一演绎多样,所有这些,也都体现着统一的物理科学美的特征.教学过程不仅是一个知识性活动过程,同时也是一个情感性活动过程.教学不仅是一门科学,而且是一种艺术.成功的教学,本身就是一种艺术的创造.如果掌握了这种艺术,创造出教学活动中的意境美,就可以使物理课满堂生辉,给学生以和美的享受,从而激

在教学过程中,首先教师的情绪因素很重要,欢悦积极向上的健康情绪一方面来自对教师职业的理性认识,另一方面来自对职业美和所教专业知识美的感受.一个没有职业美感和物理学美感的物理教师,必定把年复一年的教学视为对知识的机械重复,感到教学单调乏味,进而产生厌倦情绪.反之,教师有了这两种美感,就会感到自己的教学犹如表演艺术家对艺术美的追求一样,永无止境.只有有了这样的情感,才能对教学工作产生极大的乐趣和热情,把自己的全部精力投入进去,深入细致钻研,认真研究教法,掌握教学规律,努力挖掘所包含的理性之美.精心设计教学过程,使学生也充分感受到美之所在.在课堂上当自己被教学活动中的意境美所陶醉时,学生的情绪也会被.这样美感与理智互相渗透融合在一起而产生“谐振”时,教学就能产生最佳效果.和谐与节奏是教学活动意境美的主要内容.和谐包括教学内容的和谐,详略得当,难易适中,表现出教学内容的再现美,也包括教学活动中师生情感交流的和谐融洽.教师课堂上和学生的谈话应和蔼可亲,对学生回答问题时,答对的教师应给予肯定、鼓励和表扬,使学生感;答错或不会的,要给予启发、引导,诚恳相助,.教师以极大的热情和责任心去学生,使学生愿意学物理,把学习物理作为一种志趣而不是负担,这样的教学活动便有一种配合默契的和谐美.此外,教学活动的和谐还包括主导与主体和谐,与整体和谐,教与学和谐,讲与练和谐,内容与形式和谐,方法与效果和谐,创新与能力和谐等.总之,正如艺术大师罗丹所说:美,缺少的是发现美的眼睛.”同样,在我们物理教育的方方面面中充满了美学因素发现、体验、并运用这些美学因素对于提高我们的教学质量、深化素质教育都 .美学文选. 2..:商务印书馆, ..:华东师范大学W·C·丹皮尔.科学史.:商务印书馆,陈望衡.科技美学原理.:科学技术社1992.A·,L·英费尔德.物理学的进化.科技,王杰.美学.:高等教育,朱立元.美学.:高等教 ,PhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov郭建清张军鹏山西师范大学临汾学院自我是指某一客观事物为了达到预定的目标,将自身正在进行的实践活动过程作为对象,不断对学习的自我是指学生在进行学习活动的过程中,将其正在进行的学习活动作为意识对象不断对其进行积极、自觉地监视、控制和调节的过程,是学生自我意识对其学习活动的控制调节作用学生学习的自我监控能力的强弱,决定着学生认知活动的成效,是影响学业成绩的一个重要原因,也影响着学生未来的发展.因此,学生学习的自我成为心理学和教育科学领域研物理学习的自我是影响学生物理成绩的重要因一.物理学习的自我与学习成绩的相关度以及中学生不同群体的物理学习自我能力的发展水平和发展规律等都是很有意义的研究课题.然而,以往的很多研究都是从心理学的角度采用非学科性的问题进行的,较难揭示在具体学科学习中自我的特点,尤其是在所有相关的研究中都没有关于自然科学的研究,而自然科学的学习有它自身的许多特点.因此,要搞清物理学习自我的许多问题,就必须结合物理学习的特点,将定性研究和定量研究相结合.我们的研究目的就是要建立一个测量学生物理学习自我监控水平的量表,使之成为判断学生物理学习自我水平的量化工具,为物理教学实践提供可靠的依据法,设计了物理概念学习中自我水平问卷,问卷物理学是自然科学的一门基础科学,物理课程是中学生科学学习领域的一门基础课程.物理概念是物理基础理论知识的重要组成部分,学生在学习物理的过程中,要不断地建立概念.若概念不清,则不可能真正掌握物理知识.学生在学习物理概念时同样需要进行自我,因此,我们选择物理概念学习为载体来研究学生物理学习中的自我.要测量学生的物理概念学习自我水平,就要搞清学生物理概念学习自我的特征.首先,我们查阅了有关自我的文献,参考了董奇等学习自我量表的结构框架,结合物理概念学习的认知过程,形成物理概念学习中自我的结构.结合物理概念学习的特点和多年来对中学生的观察,就学生对物理概念学习自我监控的行为特征进行分析与研究,列出能够反映学生进行自我的典型特征,并根据这些资料,我们选择和编写了测试题.最后筛选出34个题目组成自我水平量表.该量表的每一个陈述句,描述了学生物理概念学习中自我的典型行为和特征,要求被测试者根据符合自己实际情况的程度来进行选择,题目形式为选择题表现程度分五个等级A、完全做到,B、做得较好C、有点做到DE、完全做不到.采用5点评分法,完全做到为5分,1分.转换后分数越高,表明自我水平越高.参考已有的一些效度量表的设计,该量表包括五个完美性测试题,这些题目所描述的是一般人难以做到或的情形.如果一个人对前三个都做了肯定回答,而对后两个都做了否定回答,便说明他的回答不真实.该试卷中有三个回答属完美情形者,则视为废为了检验量表的质量和可操作性,我们选择我校中师二年级一个班为试测对象进行检测.测试前不影响教师对学生的态度,不记名,希望能如实地回答问题.试测后,共收回试卷54份,测谎无效试卷4份,有效试卷50份.一个月后,对同一班的学生再次测试,试卷54份,收回有效试卷52份.信度是指多次测量结果的一致性.本次试测我们采用的是用再测信度来估计该量表的信度.用皮尔逊积差相关计算,如下:Nr=2i

Xi

)(Yi

)/(N

·S). 中学的学生;不同年级的学生;不同 的学生等.能分析出造成差异的原因,为提高学生的自我水XiYi分别为某同学前后两次测量的得分M分别为前后测量的平均分,SS分别为前后两次测量的标准差,N为有效试卷份数(前后两次均有效).用上述计算,得到选择题的信度系数为r=0930(p<001),表明试题的稳定性很好效度是指测验的有效性,即一个测验能够测出所要测量特性或功能的程度.为了检验效度如何,我们采用了1)测试内容拟好以后,请教了许多物理老师,让他们根据自己掌握的知识和教学经验,分析其能否用于测量学生物理概念学习中的自我水平,得到了大多数人(2)根据已有的研究结果:在高中阶段,学生自我能力中除计划性外,其余各方面与学习成绩呈显著正相关.即自我水平高的学生,本测验得分高,学习成绩好;自我水平低的学生,本测验得分低,学习成绩差.选择学生上学期期末物理考试成绩作为效标,对测试量表进行了效度检验,计算出两者的积差相关系数r=0.779(p<0.01).总量表的内部一致0.3)质性的检验结果表明Cronbachs一致性系数分别为(准备性)0.7870(执行性)07382、(总结性)0.7506补救性)0.7870.数在05970.680之间.对各量表进行因素分析,根在1.0以上的累积贡献率分别是53.834%、61.664、50.1、51.204KMOandBartlett'sTest,ChiSquare=557.074306.004364.868387.057,p=0.000.各分量表与总量表之间的相关明显高于各分量表之间的相关.表明各分量表既对整个量表作出贡献,又各自具有独立性.四个分量表内部的一致性系数高于各分量表之间的相关,表明总量表分成四个维度(即四个分量表)是恰当的.说明结构效度较好.符合测验问由上述分析看出,该量表是可靠的、有效的、合理的.随着测试次数的增多,测试对象的变换,特别是用量表的内容会做适当的变换和补充量表将会变得更科学,更合理.首先,

自我水平的差异 提出合理可靠的建议.其次,本量表可用来了解学生自我的状况,揭示学生自我状况的发展规律,为提高学生学习的自我能力提供一些有效的建议.另外,利用该量表可以对学生进行研究,找出每个学生在物理概念学习中存在的不足,以及在物理概念学习自我中存在的不足,以便在教学过程中对学生进行有针对性的指导.在指导时教师可组织学生讨论、分析测试题中涉及的内容,思考这些内容对提高他们的学习效果是否有效,在得到学生认可的情况下,要求学生对照自己的实际情况设计改进措施,并定期检查学生的执行情况.通过这些方法,可以逐步提高学生学习的自我能力.学生应在一节课的时间(45分钟)完成本量表,教师批阅答卷,评出成绩、记录在册.以上有关量表的应用,仅仅是我们的一点建议,如何使用效果更佳,还有哪些功能有待各位同仁开发.物理概念学习中的自我状况问卷学校( ) (初高)中年级( ) ( 答题要求,如实回答所有问题,答案无对错之分,不追究个人的做法,不计名,谢谢合作!学的成绩分为优A、良B、中C、较差D、差(E)五类,估计你在班中的物理成绩所在的位置并填在()内(ABCDE).1～34题为选择题,内容主要是你在学习时的一些做法或行为表现,每道题有五个选项A.完全做到,B.作得较好,C.有点做到,D.基本做到E.完全做不到.请根据你的实际情况从五个选项中选择最适合于你的答案,把与所选答案相对应的字母填在题后的括号内;35～39题为陈述题,每道题有两个选项.在两个选项中选择你认为正确的答案,并在所选答案前的字母上画对号.如果要改变答案请用橡皮擦干净.每题只可选一个答案,请注意诚实回答所有的问题.每次学习新概念之前,我都要复习与此概念有 ()我觉得认真观察演示实验对学习物理有帮助,因此,每次老师做演示实验时我都要尽力选择在能看清的位置进行观察老师允许离开座位时)()观察演示实验之前,我都要搞清这个实验中应 (听老师叙述一些物理现象时,我总是尽力去回忆这些现象,若走神时,我会及时提醒自己,并继续保 ()观察演示实验(或老师叙述实验)的过程中,无论这一实验是否有趣,我都会认真仔细地去进地观察(或听老师的解说) ()观察结束时,我很关注老师总结的现象与我所观 ()我常常与同学们交流观察(或听讲)时的具体方法,以便找出自己的优缺点 ()当我发现自己对某一现象的观察不清楚时,我 ()我经常与学习优秀的同学交谈,以便了解他们在观察或实验时所采用的一些好的方法,并能加以借鉴 认为记住一些典型的实验现象和过程对形成正确的物理概念有帮助 ()观察实验或现象时(不具备演示条件时),我认为老师用类比的方法所叙述的情景对我们学习概念有帮助(因此,我总是努力在头脑中构想这些情形) 物理课后,我常常督促自己回忆课堂上观察 ()阅读物理时,无论有无插图,我总是想办法在头脑中勾画出所述的物理现象或模型()在听老师叙述实验或观察演示实验的过程中,我常常比较实验中的现象与日常生活中观察到的现 ()常常通过解题的正确与否来判断解题时联想的情景的正确性 ()当发现课堂上观察到的演示实验现象(师叙述的现象)与日常生活中观察到的现象不一致时总能设法改变自己头脑中的错误形象(听老师再次叙述一些实验现象时,如果与我回忆的情形不一致,我会重这一现象,若属于自 ()在学习每一个物理概念时,我都要搞清为什么要引入这一概念(有了这一概念后,可以解决什么问 ()我知道每一个概念都有它自己特定的含义,因此,学习概念时,都应注意每一个概念是如何定义的 在学习某一物理概念时,如果老师演示或叙述了几个物理现象我会努力从这些现象中寻找他们的共同特点()在学习某一物理概念时,总要搞清这一概念 (我常常将老师对一些物理现象的总结与自己的总结进行比较,以便发现自己成功的地方和存在的不足()

, 当我发现自己对某一概念不理解时,从不轻易放过自己独立思考或向老师请教或与同学讨论 当我对概念的定义不清楚时我会反复阅读这一定义,思考其中每个词的含义()用物理概念解题之前,自己一般清楚要做的每一件事(指需要先求什么,后求什么,验证什么,如 ()我总是把题目的意思彻底想清楚了才开始答题()我在读题时,常常在一些下标上记号,以便时刻提醒自己 在解题时我始终知道自己解决问题的进展情况以及离目标还有多远 在遇到难题时我会努力克服自己的消极情绪,尝试从不同的侧面,用不同的方法,直到将问题解决()若有时间的话,常对求解过的习题为什么用这种方法求解,不这样做行不行()对所解的习题经常试图用多种方法求解,并 ()当我发现自己在某一概念的应用方面存在问题时我会寻找与此概念有关的一些习题进行练习 对能正确解答的习题常思考在哪一步耗时多,并对有关概念加强复习 觉得所有物理问题都很简单,并能在较短的 () B.不觉得老师课堂内讲解的思路和方法都不如 B.不对做错的习题及同类型习题,下次再做时从 B.不有时也会出现在解题过程中发现不能正确解答的情况需要重新思考 B.不 B.不 阎金铎.物理学习论.桂林:广西教育2等.论学生学习的自我.师范

学学报社会科学版),19943王孝玲.教育测量.:华东师范大学PhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov江苏省无锡市第一中学程,指导学生对演示过程的观察和分析,可以使学生获得生动的感性认识从而更好的理解和掌握物理概念和规律.单摆知识不仅有丰富的内涵,而且应用情况复杂多变,涉及不少的知识和问题.在高中物理中,从会考、高考的角度看,或是从科学及实际应用的角度看,单摆知识的教学都是一个重点和难点.但是由于实验器材的限制,很难让学生信服地得出单摆的等时性,也不能在思维上帮助学生推导出周期.有鉴于此,笔者借助于朗威微机辅助高级中学物理实验系统很好地突破了传统的实验方式运用到单摆实际教学中朗威微机辅助高级中学物理实验系统由物理量传感器(探头),集物一体.实验器材包括朗威微机辅助高级中学实验系统、微机.把计算机与器、投影仪对接,接下来操作过程为:(1)取出单摆传感器,接入器的第一输

通过传感器的某一时刻减去前一时刻,可得出摆球的振9选用不同的单摆分别做实验,观察分析实验结果总结单摆振动的规律.单摆这堂课,教学要求知道单摆模型,小时单摆的运动是简谐运动,知道单摆的周期跟什么因素有关,会用周期计算周期和摆长,并知道用单摆可测定重力加速度.为了突出重点和难点,笔者设计了这样1L=100cm,质量较大的铁球,(3)进行“计时设置”,通道一设置为“时刻”下的(4)如图1所示,在单摆摆球的下面安装10mm左右长的铜丝或牙签等,调整装置,使铜丝可通过单摆传感器顺利挡光,并确保单摆传感器定位在单摆运动的平(5)让摆球摆动,点击“开始(6)让摆球下的铜丝通过单摆传感器20次,点击命名为T2,将实验数据栏T1内的数据全部选中,以次序列的“第二次”所在行对应的T2栏的单元格为起点,粘贴的输 “T1T2”,即T1中记录的摆

2L=100cm,质量较小的铁球,,12的数据分析表明:在振幅很小的条件下,单摆的振动周期跟振幅没有关系;单摆的振动周期(3L=36cmL=25cm质量较小的铁球5°,20次3、表4所示.由于在实验中不能求出每次实验中周期的平均值,所以笔者设计了用Excel表格处理,把振动20次的时间输入,就会立刻由隐藏的计算并显示出周期的平均值,5所示.根据表中的数据,学生会非常敏感.实验结果表明:单摆的振动周期与摆长的平方4在铁质的摆球下放一块大磁铁会使单摆振动受到什么影响?对这一问题,学生有各种各样的想法,有的学生认为由于磁铁会把摆球吸住或使它很快停止摆动;有的学生认为磁铁的吸引将使摆摆动得更快;有的学生还认为由于磁铁的吸引会使摆在向平衡位置摆动时加快,在偏离平衡位置摆动时减慢;还有的学生认为磁铁的吸引“加强了重力的作用”使摆球超重等效于超重摆的情况等等.这些情况表明,如何做到识别和排除错误认识,既有知识水准(知识掌握的深度广度)的问题,也有认识方法的问题.故必须注意抓住实

质看问题,注意利用类比、例证和等效原理以及反例反证,多方分析综合,这样才能对比较疑难和有多种不同见解的问题的判断.从上述问题的实质和等效原理来看磁铁的作用相当于加强了在重力方向对摆球的作用,等效于给摆球附加了一个加速度.但不是恒定的,除非是匀强磁场,故只能说该磁铁对单摆振动的影响是使它的周期变小,摆动加快,实验结果如表6所示.告诉学生,可以测定振动周期还与重力加速度的通过单摆实验与现代的结合,学生形成了对单摆振动的科学认识,很好地达到了这节课的教学要求和目的.教学实践告诉我们:学生在学习过程中,他们的理性认识必需依赖于感性认识,没有丰富的感性认识,就会妨碍学生的认知朝着理性认识阶段深化.而成功的、合理的电教,却可以有效地帮助学生扫除认知道的.学生课后反映:“老师运用电教进行教学,我们不光感到新鲜,而且印象深刻,同时对知识的理解能力和思考问题的速度也大大提高了.深信,随着教学的不断深入和现代教育技术的普及,PhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov山东省济宁市育才中学动量和动能,都是度量物体运动大小的物理量.而且,它们对运动进行度量时,都只用到物体的质量(m)和运动的速度(v)这两个物理量.动能的概念,以及由此而引出的动能定理和机械能守恒定律,使人们对自然界的认识更加深入;动量的概念,特别是由此导出的动量定理和动量守恒定律,不但适用于恒力作用情况,而且也适用于变力作用的情况,比定律具有更广泛的适用性.在物理学知识系统中,动量守恒定律有广泛的适用范围,除力学外还涵盖物理学,守的法则,也是自然界重要的规律.也就是说,动能和动,动量定理和动量守恒定律,一方面使力学的范畴得到了进一步的扩展,另一方面为人们解决力学问题,开辟了与定律相并行的三大途径.因此,动量和动能的概念是力学的重点,也是高中物理教与学的重点.但是,为什么既要引入动量,又要引入动能呢?动量和动能,究竟有什么区别,这是高中物理教学中,经常们忽视的一个教学难点.在动量和动能这两个概念的教学中,若只讲动量和动能在表述形式上的区别,而不讲它们在研究对象和物理本质上的异同,其结果是学生虽然会解题了但他们却不知道为什么要这样解题.因而,我们的物理教学,不能只孤立地给学生讲一些支离破碎的物理知识而应该给他们构建一个完美的、自洽的物理体系,让他们在学习物理概念和规律时,不仅要知其然,而且要能知其所以然.为此,笔者把动量和动能这两个概念的教学,分为三个步骤,一、按现行的编排顺序,分别系统地其实用速度描述物体“运动的多少”是最容易被人们接受的思想.但是,大量的事实也使人们认识到,对物体的作用效果不但要考虑物体的速度还要考虑它的质量.假设与同等速度射出的一粒芝麻,衣裳

即可将其挡住,但如果是则不行.通过列举此类现象及学生实验,启发他们思考,在物体的质量一定的条件下,物体的速度越大,其运动量越大;在运动速度一定的条件下,物体的质量越大,其运动量也越大.这就是说,用质量(m)和速度(v)这两个物理量的乘积,来反应物体的运动量,是一种更科学的度量方法,从而引出动量的概学速度的基础上,推导出力对时间的累积规律Ft= 从数量关系上分析上式要使质量一定、原来运动速度较小的物体获得一个较大的速度既可以用较大的力作用较短的时间,也可以用较小的力作用较长的时间.只要力和力作用时间的乘积Ft相同,这个物体都会增加相同的速度.而当物体质量也在变化时,Ft的大小则可以反映mv(质量与速度乘积)的改变量.由此可见上式中力和力作用时间的乘积、物体质量和运动速度的乘积以及上式本身,都具有一定的物理意义.为此,,发现.相对而言,动能的概念,利用初中的基础是比较易于引入的.当然,我们也可以通过演绎推理和数学转换,在第二定律、运动学速度的基础上,导出力对Fs=1mv 1mv 然后从数量关系上分析上式中各量所表达的物理含义从而引出动能的概念二、利用课后讲座,介绍关于运动度量方在动量和动能的概念都已被揭示出之后,我们及时组织课后讲座,综合有关物理史料,系统地介绍关于运动,定,对力的各种效应以及与之相应的各个物理量的意义和使用范围也是不清楚的,因而了物理学史上著名的笛卡儿学派和莱布尼茨学派关于力的正确表示方法的一场旷日持久的争论.当时,人们常把力同现在所说的力矩、动量、功、动能等物理量相,习惯于把种概念上的状况,普遍存在于、时期的所谓“运动的力”,就是指一个正在运动的物体所具有的使另一物体运动的能力,如推开物体或迫使它向前运动,或者运动物体克服和阻力的能力.那么,这个力决定于哪些量呢?最初,就认识到“推动者或阻挡者的力(动量)并不是一个简单的概念,它是由两个共同决定运动量度的观念所决定.其一是重量(质量),其二是速度”.笛卡儿在研究碰撞的过程中,认为碰撞是最基本的运动,并从运动量守恒的基本思想出发,沿袭了的观点,提出应该把物体的质量和速度的乘积作为“力”或物体“运动多少”的量度1687年牛义,并且通过他所总结的运动定律,提出在物体的相互作用中,动量这个物理量反映着物体运动变化的客观效果.这样,把动量作为运动的量度,一度得到了科学界的1686年,莱布尼茨在他的中,对笛卡儿学派的这个量度方法提出了批评.他认为:“力必须由它所产生的效果来衡量,例如用它能将一个重物举起的高度来衡量,⋯而不是用它传给另一物体的速度来衡量”.他由此得出,应该用量值mv2而不是用mv来量度物体n莱布尼茨论证的要点是:当质量为m的物体从高h处降落下来时,他就获得了“运动的力”,如果使它的运动方向反过来,它就能重新上升到高h处;这个同样的力将能把质量m的物体送到高nh处.这两个物体n降落下来时,获得的“运动的力”必然相等.但是,根据的落体定律,如果第一个物体下落到地面时的v,则第二个物体的速度为nv,即两物体落下时获得的运动量不相等.而按照莱布尼茨的量度,上述两物体落下时则有相等的运动量莱布尼茨由此得出结论:笛卡儿运动的量度是同落体定律相矛盾的,mv不适宜充作运动的量度,mv2才是运动

的真正量度后来根据科里奥利的建议以1mv2代替mv2,2就是后来所说的运动物体的动能.也看到了笛卡儿运动的量度在某些情况下是适用的,因此在1696年 ,“力”有两种,一种是“死力”,它存在于相对静止的物体间,如吊绳的拉力、桌面的支撑力等.“死力”可用物体的质量和该物体由所以,动量是“死力”的量度;另一种是“ ”,1mv2体才能运动而永不静止.在自然界中真正守恒的东西也看到,在有些情况下,如非完全弹性碰失,而只是被物体内部的微小粒子吸收了,微粒的增加了.这个思想是深刻的,可惜他没有进一步地说明.的发现是有重大意义的.第一,他两种运动量度的,打破了把mv看做是运动的惟一量度的传统观念,促进了关于运动的量度问题究;第二,他所推崇的新的物理量1mv2,2

没有形成一种清晰的概念,所以才产生了这场争论.但他义的咬文嚼字的争吵”因此,他并没有真正地解决问题.表面看来,达朗贝尔的观点2两种量度的争论持续了半个世纪之久不少著名“1743年,法国力学家达朗贝尔在他的著作《动力学论》的序言里,了两种量度的等价性,宣布只能用物体克服的能力来表示.他把“”分为运动”,所以无论物体的动量或如何变化,都不能在这种上表现出来,“它们不能以任何尺度来是在一瞬间做到这一点)的”,即平衡的情况.这时物体克服的能力和物体的动量成正比,所以动量可用来作为“运动物体的力”的量度;第三种是逐渐使运动停止的运动情况,“作用是由直到运动完全时为止所通过的那段距离表现出来的,而这种作用与速度平方成正比”,因而,可作为“运动物体的力”的量度.由此达朗贝尔作出结论:“如果力的量度在平衡状态中和在运动中有所不同,这又有什么不方便呢?”这个”,了两种量度都有效.达朗贝尔实际上已经发现,“是一种模棱两可的态度,但仔细分析,还是具有一定的理论价值的.在这里,模糊地谈到了动量定理——动量的变化和力的作用时间有关;动能定理——19世纪中叶以后,自然科学家们仍然没有从运动量度的这场争论的中完全摆脱出来.根据自然科学的成就,尤其是能量守恒与转化定律的发现,提,在不发生机械运动“”而产生其他形式的运动的情况下(如简单机械在平衡条件下的运动传递,完全弹性碰撞的运动传递等),运动的传递

分析与解动能和动量都是和物体运动状态有关的状态量.动量是物体质量和速度的乘积,它是矢量,因此在计算物体的动量及其改变量时要特别注意它的矢量性.当物体做直线运动并且建立了坐标系以后,可以用“+;动能也表示物体运动的量,但它是标量,而且只能取零或正值.对一个质量为mv的运动物体pEk,p=mv E=1 mv去量度.就是说,mv表现为

p 2mE E

p2 简单移动的从而是持续的机械运动的量度”但当发生了机械运动“”而其他形式的运动产生,即机械能和其他形式的能包括势能、内能、电磁能、化学能)相互转化的过程中,运动的传递和变化都应以1mv

根据上述结论不难看出,当物体的动能一定时,动量的大小由物体的质量决定.质量大的动量也大;但是,由于动量是矢量,动能是标量,当物体的动能一定时,物体的质量不变,其动量也并不一定不变, 圆周运动的物体,设动能和质量都不变,去量度.在这里 mv2表现为已 的方向始终在改变,因此,的量度.这样,便得出结论:机械运动确实有两种量度,内的一系列现象.一句话,动量(mv)是以机械运动来量度的机械运动.动能(1mv2)2三、通过习题课的教学,具体认识动量和当结束了动量和动能概念的学习认识到动量定理和动量守恒定律、动能定理和机械能守恒定律,并了解到关于运动度量方法的历史辩争后学生对动量和动能的区别,已经有了一定的认识.实际上,动量和动能这两种量度,性质不同,适用范围也不同,所以相互之间并不.当一个系统不受外力,或所受外力为零时,这个系统的动量是守恒的.但是,当一个系统的动量守恒时,它的动能不一定守恒;当动能和其他能量之间有相互转化时,则服从能量守恒定律,它的动量也不一定守恒.在这种情形下,我们及时通过具体问题的分析和讨论加深和巩固学生对动量和动能不同性质的例1对一定质量的物体而言,下列关于动量和动能概念的说法中,正确的是那些物体的动能不变,物体的动量不变,物体的动能不变,

物体的动能不变,量一定在变化,其运动状态时刻在改变,并且导致这种运动状态改变的原因——向心力,因为方向的改变,反过来,当物体的动量一定时,动能的大小也与物体的质量有关,质量大的物体动能反而小.因此,对一定质量的物体,动量不变时,其动能也一定不变.所以,选项B是正确的.这一例题,说明动量和动能这两个物理量,性质不同,适用范围也不同.下面的例题,可以更好地帮助我例2向空中发射一弹,不计空气阻力,当弹的速度方向恰好沿水平方向时,弹炸裂成质量分m1m2ab两块,若质量较大的a块的速度为v1,且方向仍沿原方向,则ab两块弹体的动量和动分析与解设弹发射到最高点时的水平方向为正方向,则a块的动量p1=m1v1,因为弹在水平方向不受外力,因此,弹炸裂成质量分别为m1m2ab两块前后系统的动量守恒.根据动量守恒定律,p1+p2= p m1v1=m2v2 v p1v1)p2v2的方向相反也就是说,虽然弹炸裂后ab两块的都产生了动量,但是,系统的动量总和并没有增加,仍保持为对于动能,情形就大不一样了.因为动能是标量,PhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov江苏省姜堰市第二中学新编高中物理与原相比大幅度增加了阅读材料.这些阅读材料内容丰富,题材广泛,有物理学史、物理思维方法的介绍,有生产、生活中实用技术的介绍;有科技成就的展示和近代物理知识的发展及展望等这些阅读材料是对学生进行爱国主义教育的好素材,在培养学生理论联系实际、严谨的科学态度及能力等方面具有不可低估的作用阅读材料对知识内容有一定的延伸和拓展如能以阅读材料的有关信息为背景,设计一些相关的物理习题,无疑能帮助学生加深对中相关内容的理解.如何充分发挥阅读材料在教学中的作用,笔者做了如下尝试.一、展示科技成就,激发学生学习等阅读材料都是对学生进行爱国主义教育的好素材.这些材料充分展示了我国在科学技术上取得的伟大成就,使学生认识到成立后,特别是改变开放以来,科学技术突飞猛进,综合国力迅速提高.以此激

发学生的爱国热情,增强民族自豪感和社会责任感,使他们树立为中华民族的伟大复兴而勤奋学习、勇攀世界科学的崇高理想.以阅读材料“航天技术的发展2001年12月7日,“奋进”号航天飞机与国际空间站对接,为空间站送去了新的太空探险队和两吨多的生活用品,以及各种新器件和科学实验设备,就在航天飞机完成任务将要返回地面时地面控制中心通知宇航员有一俄罗斯太空火箭载体的轨道与空间站的轨道有交点,有可能在东部时间16日与空间站相撞,为安全起见,航天飞机点燃空间站的机动火箭把空间站向上推高了800m.设空间站升高前后的轨道均为圆形则下列说法中正确的是16日火箭载体通过与空间点原来的轨道交点时,与空间站的距离一定为800m向没关系,

Ek1=1m1v2 Ek2=2m2v22

在教学中,我们除了向学生讲清这两个概念的相似之处外,更重要的是要帮助学生比较这两个概念之间的差异点,因为这些差异点了这两个概念是从两个不Ek=E=E+E=1mv2+1mv

21 22$E=E′E=1mv2+1mv2> 21 22为什么炸裂前、后弹的动量守恒,而动能却增加了呢?其中最根本的原因,就是因为弹炸裂过程中,的在关于动量问题所运用的规律中,并不涉及能量转化问题,它仅是机械运动规律的反映;而动能问题,或是在机械能范畴内存在动能与势能的转化,或是存在机械能与其他形式能转变的问题,因此,涉及动能问题,必须从能的角度予以分析.和动量联系的是外力的冲量,即动量的变化是外力的时间累积量,它决定物体反抗阻力能运动多久;和动能相联系的是外力的功,即动能的变化是外力的空间累积量,它决定物体反抗阻力能运动多远.几年的教学实践证明通过上述的三步教学可以2000年底,我国宣布研制成功一辆高温超导磁悬浮高速列车的模型车,500km/h,5人,如图1所示是磁悬浮的原理图,B是圆柱形磁铁,A是用高温超导材料制成的圆环,将超导圆环A水平放在磁铁B上,它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁B的在超导环A放入磁场的过程中,A中将产生感应电流,当稳定后,感应电流

D.水银温度E.多用关于黑洞有如下一种假说:当某一定质量的类星体的半径减至足够小时,其引力变得非常大,由于光也受引力作用,强大的引力可以使在此类星体的表面以光速c的光线都射不出去(已知任何物体的速度都不超过光速),这一星体就可能成为黑洞.m的粒子在质量为M的星球附近的引力势能为GG,G为万有引力常量,r在超导环A放入磁场的过程中,A中将产生感应电流,当稳定后,感应电流仍存在BN极朝上,A1BN极朝上,超导环A1有一种高速磁悬浮列车的设计方案是在每节车厢的底部安装强磁铁(磁场方向向下),并在两条铁轨,当列车运动时, 列车运动时,高速行驶,列车能高速行驶的原因是列车浮起后二、介绍科技知识和自然现象开发学生等阅读材料是开阔学生视野的好天地,这些材料对一些科技知识和“大自然之谜”进行了生动介绍,对激发学生的求知欲,培养学习起了很好的促进作用.同时,通过这一类材料的学习达到拓宽学生知识面、开发学生智力的效果.以阅读材料“失重和宇宙开发”、“黑在“神舟”四号无人飞船正常运行时其舱中的一切物体均处于完全失重状态,如果在舱中进行物理实验,下列仪器中仍然可以正常使用的是物理天平B.

心的距离,试用力学估算质量为M的均匀星球成为黑洞时的最大半径R.在海面上,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影.同样,在沙漠中也能观察到相同的现象在沙漠中,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影.同样,在海面上也能观察到相同的现象在海面上,向远方望去,有时能看到远方景物悬在空中.在沙漠中,向远方望去,有时能看到远方景在海面上,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影.在沙漠中,向远方望去,有时能看到远方景物“能力培养”是高中物理教学的目标之一,基础知识是形成能力的关键而科学的思维方法则是形成能生介绍了物理学研究学的思想和思维方法.通过这一类材料的学习,使学生在掌握基础知识的同时,学会各种物理思维方法,培养学生探究物理问题的能力.2所示在闭合铁芯上绕着一组线圈与滑动变阻器、电池构成闭合电路,abc为三个闭合金属杯,假定线圈产生 磁场全部集中在铁芯内在滑动变阻器的滑片左右滑动时,A.abc三 B.bc两C.ab两 D.ac两1931年英国物理学家从理论上:存在只有一个磁极的粒子,即“磁单极子”,1982年物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验,他设想如果一个只有N磁极的磁单极子从上向下穿过如图3所示的电阻趋于零的线圈,那么从上向下看,这个线圈流一直是沿逆时针方向的电流先是沿顺时针方向的电流 先是沿逆时针方向的电流vt4所示,tv

放音过程,磁带或磁软铁会存在磁化现象,下面对于它们 放音的主要原理是电磁感应,的主要原理是的主要原理是电磁感应,放音的主要原理是放音和的主要原理都是磁场对电流的用传感器是一种信息的重要器件,如图6所示是一种测定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路,那么F向上压膜片电极时电容将减小当压力F向上压膜片电极时电容将增大v=v0+v2v<v0+v2

v>v0+v2

当电流计有示数时,F当电流计有示数时,F汽油机做功冲程开始时,汽缸中的油气混合气要靠火花塞点燃,但是汽车蓄电池的电压只有12V,不能在火花塞中产生火花,为此设计点火装置,这个装置的是一个变压器,它的初级线圈通过开关连到蓄电池上,次级线圈接到火花塞的两端,开关由机械装置进行自动控制,做功冲程开始时,开关由闭合变为置”等阅读材料都是理论联系实际的好素材,通过这些材料的学习不仅能增强学生应用物理知识解决实际问题的能力,做到,使学生进一步认识到生活中处处有物理知识,学好物理对人们改造自然,改变人们生活方式有重要作用而且还可以促使学生形成创新意识,激发创新思维的方花.以阅读材料“磁带如图5所示,磁带机可用作,也可用作放音,其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的有间隙的软铁磁头b,不论是或图

断开,这样就能在火花塞中产生火花,下列说法中正确的该设计方案不可行,因为蓄电池提供的是直流电,该设计方案可行,因为变压器能将直流电改变为该设计方案可行,因为通过变压器初级线圈的是变化的电流可以通过变压器发生互感现象上四个方面,本文旨在说明的是,我们应充分认识到阅读材料在物理教学中的地位和作用,在教学中要巧用阅读材料,充分发挥它在课堂教学中的辅助作用,起到“育PhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov(省平顶山市第一中学2003年普通高等学校招生统一考试物理(新课程卷)第15题是求雨滴在无况下终极速度的计算题,该题不仅物理情景新颖,而且还给出了学生在中学阶段没有学过的新(球形雨滴缓慢匀速平动时f=krv),有利于考查考生提取、运用有用信息的分析综合能力本文就谈一谈雨滴的终极速.物体在粘滞性流体中运动时物体表面附着一层流体,这层流体被物体带走时,就会造成物体表面附近的流体有一定的速度梯度,流层之间有内摩擦力,因而物体也受到内摩擦阻力的作用这种由流体的粘滞性直接引起的阻力叫做粘滞阻力低速运动的物体所受流体的阻要是粘滞阻力.较小的物体在粘滞系数较大的流体中缓慢运动时作用于物体表面的摩擦阻力可认为就是粘滞阻力.1851年,英国物理学家和数学家斯托克斯G.GStokes)发现了能够描述球形物体在粘滞性流体中做缓慢匀速平动时所受粘滞阻力的斯托克斯:f=6PGrv.式中r为球体的半径,v为球体的速度,G为流体的粘滞系数.该式只有在雷诺

的.对于高速运动的物体所受流体的粘滞阻要是压差阻力.压差阻力与物体的形状有关,改变物体的形状可以减小压差阻力,例如将物体制成尾部尖细的流线型以缩小涡旋的范围就能减小压差阻力.所以,飞机机身和机运动物体受流体阻力的大小一般由实验测定.运动物体速度较小时,所受的阻力正比于它的运动速度v,运v2v的更高次幂.如果物体运动的速度超过声速,则在运动物体的前面产生激震波,此时阻力的大小正比于v3.即运动物体的速度越大,阻力便与v的更高次幂成正比.设想如果没有空气的阻力,雨滴自104m的高空下落那么雨滴地时的速度约为v 2×9.8×104=4.4×102m/这速度是一般出枪膛时的速度,但事实上从来没有人被雨滴而伤亡的.其实,雨滴落到地面时的速度远小于上述自由落体的速度.原因很简单,雨滴不是做自由设雨滴是半径为r的小水球.3个力的作用一是重力G,G=4Pr3Q3OReynolds1小很多时才完全适用

g,方向竖直向下,二是空气的浮力F浮=4Pr3Q空气g3物体在流体中运动时,除了受到粘滞阻力以外,还受到压差阻力当物体运动速度大到物体后面出现涡流时,压差阻力就必须予以考虑.当物体以较大的速度在流体中运动时,它前面的流体不地绕到后面,使物体后面暂时出现了一个接近真空的区域这个区域一出现,四周的流体便争先恐后地跑过来填补,形成了涡旋.涡旋的压强比物体前面的压强小,便形成了压差阻力.压差阻力虽然直接来自物体前后端的压强差,

方向竖直向上.三是空气阻力,vf=3.1×104rv+0.87r2v其中r和v均取国际单位制.空气阻力的方向竖直向上.所以由第二定律可得雨滴满足的动力学方程为 F浮f= ma=4Pr3Q水 3¹arv度.当雨滴自高空下落时,速度v由零逐渐增大,空气阻力随之逐渐增大,雨滴下落的加速度也随之逐渐减小,当雨滴的速度增大到一定值时,雨滴所受的合力为零,此时雨滴的加速度为零,于是从此雨滴匀速下落直到地面,这个速度就称为雨滴的终极速度,如下表是科学家测量的各种大小的雨滴的终极速度.与¹式所得的结果基本吻合.由表中可见,雨滴半径越大,

而增大的.开始时小球静止(v=0),f=0,在重力和浮力作用下,小球加速下沉;随着小球速度v的增大,阻力f也增大,导致小球下沉的加速度逐渐减小,当小球所受的合外力为零时,小球匀速下沉,这时vr.据上面分析,4Pr Qg //c·s//c·s//c度100080000000002000409206706096在2003年高考物理(新课程卷)第15题中,由于球形雨滴的体积很小(r=0.10mm),因此忽略不计雨滴所受的浮力;并且题设由定律直接给f=krv(k=6PG=3.4×104N·s/m2)根据力的平衡条件求出的雨滴终极速度为1.2m/有的河边的沙粒中混杂有少量的黄金颗粒为了把黄金颗粒与沙粒分开,常用的办法是用水冲走沙粒,留下黄金颗粒.水流为什么具有选择性?为什么不把黄金颗粒也和沙粒一起冲走呢?这个问题仍然可以用前面分析雨滴的终极速度的方法来分析.沙粒和黄金颗粒都看做是小球将水流冲击沙粒和黄金颗粒看做是小球在水中运动下面分析沙粒和黄金颗粒在沙粒或黄金颗粒在流水中沉降时受到3用:一为重力4Pr3QgQ3度方向竖直向下;二为水的浮力,大小为4Pr3Qg3(方向竖直向上=6PGrv( ),方向竖直向上.在这三个力中,重力的浮力是恒力,其大小和方向在小球沉降过程

解上式可得到小球(沙球和黄金颗粒)2r2(Qvr g 由º式可见,r的小球,Q越大,终极速度也就越大.黄金颗粒的密度比沙粒的密度大,所以黄金颗粒的终极速度也比沙粒大.如果沙粒和黄金颗粒同时开始沉降,自然是黄金颗粒先沉到底,所以黄金颗粒在下面,而沙粒在上面.这时再加以水平方向的水力冲洗,便将沙粒冲走了,留下了黄金颗粒,这就是沙里淘金的道理.其中由º式还可知,对于相同密度的小球,vr∝r2,即球愈小,下落得愈慢,可见沙里淘另外由º式还可以看出vrQQ′能测出则可求出流体的粘滞系数G反之vGQ和Q′能测出即可求出小球的半径r.由于流体粘滞系数JL.M.Poiseuille)等,所以可用º式算出不易测准的小球半径.1911年,物理学家密立根(R.A.Miligen)在证明电荷量子性的油滴实验中,就是利用此方法先求出油滴的半径,进而求出油滴的质量和电量.在气象学中,也常用º式求出雾中水滴在大气中下落的终极速度.在医学上,测定的血沉,有助于医生对健康状况的判断若血液是由红细胞和血浆组成的悬浮液,当把血液放进竖直的血沉管内时,红细胞就会在血浆中匀速下沉,由º式可求出红细胞下沉的终极速度,医学上称之为血沉.反之,在血沉等量已知时,也可利用º式求出红细胞的密度.杨兰田,吴明遇.力学.:华中师范大学社1988.漆安慎,杜婵英.力学基础.:高等教育社1982.连续介质力学基础.西安:,1988,PhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov(西北工业大学西安和科学技术中的圆周运动问题,是STS的重要

Nfmax的合力通过质心根据三角函数关系,组成部分,它对于激发学生学习物理学的,掌握物理学的基本规律,培养创造性思维,都具有不能忽视的意

fmax=N

Rg

1

t

R1所示,m,自行车与地面的摩擦因数为L,自行车做圆运动的轨道半径为R,偏离竖直方向的临界角为H0,转弯最大速度为vmax,地面支持力为N.自行车要顺利转弯,必须解决两个问题:一是不向外滑动二是不发生最大转弯速度——自行车转弯所需的 心力由地面的静摩擦力提供不向外滑动的条件是所需的向心力不超出最大静摩擦力,即FnLmg.根据第二定律,有

如图3所示,设飞车为总质量m的质点,在倾角为A的桶壁上,沿半径为R的水平轨道做匀速圆周运动,与桶壁的摩擦因数为L,桶底的半径为r.飞车不受摩擦力的临当飞车相对桶壁的倾斜方向无运动趋势时,和桶壁的支持力的作用,其合力就是飞车做圆周运动的向心力.根据第二定律和三角函数关系有v2v,RFn=mgtanA=m,RLmg=

vmaxR

所以,飞车的临界速度为v Rgtan所以,最大转变速度为 2M如图2所示,如果转弯时,和车身处于竖直状态,静摩擦力f对系统的质O,有一个逆时针方向的力矩Mf,使自行车向外翻

当飞车以临界速度行驶时根据三角函数关系轨道rtanH=(Rr)tanA=rtang(1)v<v0时,飞车有下滑趋势,摩擦力沿筒壁向上,如图4所示.根据第二定v律v2 NsinALNcosA=mR

NcosA+LNsinA=所以, 1所示即支持力N与摩擦力fF

即向内倾斜;而又不滑动,也不翻倒的临界条件

=(A s+)

A (2)当v>v0时,飞车有上滑趋势,摩擦力沿筒 根据第二定律,向下,4所示

NsinA+F

cosA=Mv2RNsinA+LNcosA=mR NcosA=Mg+FsinNcosA=LNsinA+所以,

所以F外=M(RcosAgsinA(2)v<v0 Rg(sinA+ Rg(cosALsin

路面向外的侧压力FR所示.R

,以抵消多余的向心力,如图火车在水平轨道转弯时,

NsinAF内cosA=Mv2压力F外,以提供火车做圆周运动所需的向心力.为了避免铁轨因侧压力而损坏,可以将路基倾斜适当的角度

NcosA+FsinA=Mv

所以F内=M

RcosA)如图5所示,当火车的重力和受到的支持力的合力刚好等于火车做圆周运动所需的向心力时车轮对0根据牛顿第二定律和三角函数关系,有0

利用轮缘与铁轨的相互作用力调节火车转弯时所需的向心力:外轨的侧压力沿路面向内,补充不足的向心力;内轨的侧压力沿路面向外,抵消多余的向心力.每一对火车轮由同一根轴相连,具有相同的转动角X;转弯时,外轮的转弯半径比内轮的大,相应的线速度也应比内轮大T外>T内.为了保证内、外轮转弯时同步v=Xr∝r,外轮与铁轨接触处的轮半nF=MgtanA=n

v ,

径,应比内轮与铁轨接外的轮半径大,

外>

内 转弯时,车轮随车厢向外滑动,所以,火车的临界转弯速度为v0 Rgtan6所示,火车在水平轨道转弯时外轨必须对车轮产生侧压力F外,以提供火车做圆周运动所需的向心力.为了避免铁轨因侧压力而损坏,可以将路基倾斜适当的角度A,即使内 轨有一定的高度差h.L,A一般很小,tanA≈sinA=hLh=Lh=Ltan=L0L=762～1667mm,=1435 (1)v>v0时

这种要求9所示,m的飞机,v沿半径R的水平轨道转弯,Fnmg和垂直机翼的升力F的合力提供.为此,飞机必须向圆心方向倾斜一定的角度.根据第二定律和三角函数关系倾斜角应为 vF

,以补充不足的向心力,如图7所示 tanA=n

A=t

1v2 形,飞机的升力为F=mg/cosA=mg2R/ v4+R2g设的质量为m,竖直圆轨道的半径为R,座位对的作用力为N,带对的作用力为F,飞机的速率为v.如图10所示,以为研究

所以,最大转弯速度为vmax mgR.在R一定时vmax L正坐通过最低点时,F=mg=mv2,N=mg+

根据第二定律,在半径方向上,f=f内+f外=MR 在竖直方向上,v N=N+N=Mv . 根据质心受到的合力矩为零,2.正坐通过最高点时有三种情 Rg时,N=0,F=

fh+N内d/2=N外d/ , Rg时,N=v v

N内

2M dMR 2 外F+mg=mR,F=m mg N外

M2

dMR v (3)当 Rg时,F= 可见,在水平路面转弯时,v N=mv2,N=

于外轮,即N<N;只有当R=∞, . 面行驶时两压力才相等,

内=N外倒坐通过最低点时,N= Fmg=mR,F=mg+mR倒坐通过最高点时,(1)当 Rg时,N=0,F=

当处于向外侧翻倒的临界状态时,地面对内轮的压力N内=0.因而不向外侧翻倒的临界速度为v0= dRg.在R一定时,v0∝ d. h(2)当 Rg时,F= 4.摩擦因数L对安全性的影v 的最大转弯速度 和临界转弯速度v,N+mg=mR,N=m

(3)当 Rg时,N=v v

vmax=v

时,=d LL F=mR,F= mR如图11所示,设的质量为M,重心O位于赛h,d,与地面的摩擦因数为L.以大小为v的速度,沿半径为R的水平跑道向左转弯,其受力如图11所示.转弯所需的向心力由地面的静摩擦力提供,不向外滑动的条件是向心力不超出最大静摩擦力即Fn≤LMg.根据第二定律,有v

当vmax>v0时,L>d, 当vmax<v0时,L<d 所以,增加与地面的摩擦因数L,加宽左、轮的间距d,降低重心的高度h,并使它们保持适当的比例关系,才能安全行驶.车身和车胎,还利用前后的翼型车身,使气生向下的压力,保证高速行驶时具有极高的安全性能.fmax=LMg=MRPhyscsTeachngnMddle

Vol32NoNov陈美好王建江(富蕴县中学高中《物理》第一册试验修订本·必修第六章第教育学生热爱科学、追求真理的好素材.对本课的教学,笔者让学生自己去馆查找资料,了解科学家探索行星运动的全过程然后共同讨论如何自己上好本节课.学生们高昂,积极合作交流,最后决定以自编自演的方式上本节课,笔者以听众的参加了这堂课.一部分学生担任了不同年代、不同国籍的学者,还有一部分学生担任了有桥梁作用的旁白他们的神态里没有丝毫彼重此轻的感觉“旁白”的恰当解说多次,.个醒目的大字早已写在黑板上,下面是上课学派:地球、天体和整个宇宙是一个圆球,一切天体都做均匀的圆周运动.因为球形和圆形是最完美的几何体.宇宙间有10个天体都围绕着大中心旁白1:这种哲学上的思辨猜测刺激了天文学的欧多克斯:为解释天体复杂的周期运动现象,提出2:这是最早的地球中心说:接受欧多克斯的宇宙体系,认为天体是物质的实体,而不仅仅是几何结构.阿利斯克塔:由于比地球大,因而地球绕运动.和恒星都是不动的.人们之所以看到它们似乎旁白3:第一次提出中心说的设想.由于没提出的论证,特别是由于这种观点和人们直观的视运动不符,未能们所接受.阿尼乌斯、希帕克等继承了地心说的思想,用观测到的大量的天文资料和前人所积累的成果将地心说加以体系化,正确说明了月亮绕地球的运动,准确地确定了月球同地球的距离准确地预见了行星在任何时候的运动位置.了《天文大全》第13卷本,建立了最完整的地心宇宙体系.即:宇宙是球形的,不动的地球是宇宙的中心.日、月及五大行星都在各自的轨道上绕着本轮做圆周运动同时本轮的中心又以地球为旁白4:这一学说体系欧洲一千余年张衡浑天说,认识到大地是一个悬浮于宇宙空学者:接 的地心说,不间断地对文现象进行观测,发现了 偏心率变动,修订了很多阿尔·毕鲁尼:(1)体系不符合宇宙的实际构造.(2)证明地球不动并处于宇宙中心的论据也可以证明地球绕日运动.(3)为后来的勒发现行星运动定律提供了必要的前提.(4)为解释教廷的注意,但经过和的努力,不仅在知识界而且在群众中广为开来,这使大为,因而开始组织对说的围剿.:宇宙是无边无际的,没有中心,只不过是系的中心而已.在宇宙中存在着无数个太阳系,生命现象也不是地球上独有的,有些行星也可能是意大利的一位唯物主义哲学家,由于接受学说并发展了的宇宙体系,而被革除教籍.1576年逃出意大利,过了16年生活.旁白6:的无限宇宙是包罗一切的,惟独没有给上帝留下任何位置,因而罗马教廷设圈套诱捕布鲁诺,并于1600年2月17日把他在罗马的鲜旁白7:也因为宣传日心说受到了的审讯和.旁白8:虽然、等人否定了地心说但仍然认为其他行星围绕做圆周运动,这个观点第谷:要认识