【高中物理“库仑定律”中的物理思想方法探析6500字（论文）】

高中物理“库仑定律”中的物理思想方法分析摘要在物理高中，库仑定律可以说是物理教学中非常重要和重要的内容。但由于库仑定律包含了多种规律，因此具有更广泛的抽象特征.在传统的物理中学中，一般由老师讲解库仑定律相关的基本原理和任务，然后通过课堂演示提高学生的理解力。本文分析了中学“库仑定律”中的物理智能方法.从而优化课堂教学过程，激发学生学习物理的兴趣，增强学生思维的灵活性，提高课堂教学质量。关键词：高中物理；库仑定律；物理思想目录TOC\o"1-3"\h\u511摘要 123657一、库仑定律的发现 327288二、库仑定律地位作用 312789三、库仑定律一节内容简析 426513（一）“库仑定律”一节教学内容分析 416212（二）“库仑定律”教学研究 515160（三）“库仑定律”一节教学目标的物理思想方法 6141351.库仑定律教学目标的确定 6186032.《库仑定律》教学设计思想 718092四、库仑定律一节蕴涵的思想方法分析 711649（一）类比思想--类比万有引力定律 711943（二）均分思想电荷均分 816816（三）理想模型方法点电荷 824279（四）转化方法--电荷间作用力转化为纽斯扭转力 830609（五）放大方法--光放大法 817411五、结论 99534参考文献 10一、库仑定律的发现牛顿的思想体现在卡文迪什和另一位英国科学家米切尔的活动中。米切尔是一位天文学家，他对牛顿力学也很感兴趣。在1751年发表的关于人造磁铁的论文中，他写道：“每个磁极在每个方向上，在相同距离上的吸引力或排斥力都是完全相等的。它随着磁极之间距离的平方增加而减小。”。“这个结论是从我做过的一些实验中得出的，我也见过其他人做过。但我不确定是不是真的。我还没有做足够的实验来准确得出结论。”既然实验的基础不够，为什么可以肯定磁力的减小与距离的平方成反比？即使这个距离被明确定义为磁极的距离，但如何确定磁极的位置呢？很明显，这是因为米切尔首先建立了平方反比模型。在米切尔之前，许多人确实追随牛顿的脚步来研究磁力定律。例如，哈雷（1687）、霍克斯比（hawksby）、马森布洛克（massenbrok）和其他人已经做了近百年的这项工作，但他们并没有取得决定性的成果。米切尔推断磁力平方反比定律的结论可以说是牛顿远程力思想的胜利，该思想将重力和磁力归于同一形式，促使人们更加积极地思考电的规律性。米切尔和卡文迪什都是英国剑桥大学的成员，我们之间有着深厚的友谊和共同的信念。米切尔得知库仑发明了扭力秤后，建议卡文迪什使用类似的方法来测试万有引力。这项工作使卡文迪什成为第一个直接测定引力常数的实验者。多亏了米切尔的鼓励，卡文迪什做了同心球实验。然而，卡文迪什的同心球实验结果和他自己的许多观点尚未发表。他的同心球实验比库仑用扭力秤测量电力的实验早11年，结果比库仑的更精确。他们的共同理想是将牛顿的引力思想从天体扩展到地球，然后扩展到磁力和电。米切尔发现了磁性的平方反比定律，但他未能实现测量电和地球密度的目标。卡文迪什正在从事研究，以实现米切尔和他自己的愿望。可以说，米切尔和卡文迪什在牛顿自然哲学的启发下坚持自己的工作。二、库仑定律地位作用通过对上述不同版本教科书中“库仑法”内容的科学思考，发现在新教科书内容选择过程中存在两个问题：“类比”方法的使用过于死板，无法教学生这种方法.新手的教科书直接类似于万有引力定律，假设它与电荷定律有相似的相互作用形式，从而接受了静电公式的假设。卢科的教科书更详细地描述了重力定律和库仑定律的区别和相似性，以及学生使用类比方法和对库仑定律的深入理解。因此，新教科书似乎简单地吞没了类比转化方法的应用，使得这种转化形式在库仑定律学科教学中难以发挥重要作用。因此，在编写这一内容时，可以适当地使用《卢科报》出版的教科书。对点电荷在点电荷知识内容结构中代表什么的解释太多，对“抽象”思维缺乏认识。理想模型的建立是一种比较抽象的思维活动，只有通过类比物质点来理解什么是电荷，很难理解理想模型的本质和抽象的思维方法。而广东话教科书明确指出，建立点电荷模型时，研究对象是抽象的，学生是抽象的思维方法。只有知道这一点，学生才能在后续的教学中运用、训练和灵活运用这种方法，这在一定程度上有助于抽象思维的发展，因此在选择这一节的内容时，可以使用粤语课本。三、库仑定律一节内容简析（一）“库仑定律”一节教学内容分析从电荷相互作用的物理规律的力学角度讨论库仑定律及其相关知识，为以后研究“电场”、“电场力”等要素打下垫子。本法首先引入了电荷间作用力影响的研究经验，可为培养学生探索能力、总结思维能力奠定基础；然后，本节重点讨论库仑定律的相关内容，其中隐含着“点电荷”对象模型的形成以及类比转化等思维能力的训练。此外，该法对培养学生之间的交往观念具有积极作用；然后，吊坠设计的Newclism和电动摆实验可以促进学生对科学本质的理解；最后，静电矢量叠加原理是扩展库仑定律的应用，有助于学生解决教学中的问题。新版《库仑法》教学标准教学委员会“教学生建立电荷等物理模型，了解物理模型在具体问题研究中的重要作用，通过对具体内容要求中HPS内容类别的分析发现，新课程标准对科学史和科学哲学都有明确的内容要求，但学者越多，当时社会工业的能源需求和牛顿引力理论以及科学技术的应用，库仑定律最近的更广泛应用对社会生活产生了影响，新的教学标准应该提高其科学社会学内容。接下来在“库仑定律”部分总结了HPS内容教学的三个要求：（1）了解点电荷模型与点电荷相互作用的规律；（2）了解库仑定律的研究途径，熟悉其科学思想和方法；（3）了解库仑实验研究，体验实验思路和设计方法。《库仑定律》教科书具体内容中对HPS的内容和科学本质进行了分析，已知包含了科学本质的八个要素，包括非客观性、开放性、经验性、创造性、初步性、累积性、科学方法的多样性、科技性。同时，与前面分析的人结合编写的教科书中HPS内容存在的问题表明，缺乏科学社会学资料，难以兼顾科学社会性和非绝对客观性；缺乏能够反映重复的科学本质的研究要素，以及累积性、初步性和多样性的科学方法等科学本质要素是不够的；库仑扭转实验和电摆试验的粗略遗漏，将使科学本质的科技和经验要素难以得到充分反映。（二）“库仑定律”教学研究根据前面分析的新版课程标准和教科书中“库仑定律”的教学内容和存在的问题，开展“库仑定律”的教学研究。扩大HPS教学内容资源，结合HPS内容特点选择教学模式，对该教学主题进行融合HPS内容，培养学生科学本质观的教学活动流程设计。《库仑定律》的HPS内容编纂于18世纪中叶，社会生产力的发展提出了应用电力的需求。此时牛顿力学取得了辉煌的胜利，促使人们对电荷间的相互作用力规律进行了探索研究，1755年富兰克林进行了罐实验。他用线把小软木吊在带电的球银筒上或通过软木球接触桶内壁取出，发现软木球不受金属桶的电性影响，完全没有电。由此认识到导体内部没有静电反应，电荷分布在导体的表面。1759年，埃皮努斯研究了电力，假设电荷之间的斥力和吸引力随着总距离的减小而增大。借助1760年伯努利万有引力定律，首先在万有引力的比较中，电力也服从反平方律推测：1766-1767年，普雷斯特里重复了富兰克林的实验，得到了同样的结果。基于牛顿证明的“空心球壳内作用在一个物体上的万有引力等于零”的结论，他结合实验结果推论：“电的柔度遵循万有引力相同的规律，即距离的平方变化。”库仑利用秤装置进行了测定电斥力的实验。他先是另一个同样的小球带电，杆端小球相互接触，然后分离。两个小球带着等量的电荷互相排斥。达到平衡时，在此位置扭力的大小与电排斥力相同，结合扭力与扭转角的关系，间接测量电排斥力的大小。库仑分别使小球下落36个角度、18个角度和8个角度。5个刻度，结果弦丝分别转动36个刻度、144个刻度和575个刻度。5个角度，表示间距为1:1/2:1/4，边为1:4:16。库伦通过理论计算，将最后数据的偏差归为漏电。库仑在实验中得出结论：“两个带电球体之间的排斥力与两个球体中心之间距离的平方成反比。”库仑所处的年代还没有物体电荷量的测量方法和度量单位。库仑巧妙地利用对称性，将两个不带电的相同金属小球相互接触后分离，发现这两个相同小球带着等量的电荷。库伦对相隔同样距离的三个小球的作用力进行了比较，发现它们对第三个小球的作用相同。最终，库仑巧妙地确定了获得不同电荷量的方法。对库仑定律的探讨始于科学家们对自然界中电荷之间相互作用力的探索。其探究过程集中了大量的HPS内容，过程中重要的秤和前进实验可以让学生参与探究。而蒙克和奥斯本融合模式的基本前提是所学课题必须是科学史上科学家研究的自然现象，HPS内容可以集中体现在历史研究阶段，整个课程注重学生的参与和实验探索。因此，融合HPS培养学生科学本质观的“库仑定律”教学模式选择孟克和奥斯本的融合教学模式。其中，探究库仑定律对实验仪器、环境条件和结果精度等要求较高，学生在课堂上进行探究实验难度较大。因此，融入教学模式的科学观念和实证检验，将回顾和评价两个阶段中的具体步骤“实验一评价和讨论证据”修改为“探究历史实验、分析历史数据、反思科学本质的讨论”，组织学生探究和分析历史实验和历史数据，得出物理规律，体会历史实验中的科学思想和方法。教学时出现带电后羽毛张开的现象，启发学生思考电荷之间的相互作用力。引导学生通过实验设计和测试电荷间相互作用力的定性规律，介绍历史研究阶段早期科学家探索电荷间相互作用规律的历史观念。在科学观念和实证检验阶段，探讨库仑定量研究过程，图文显示库仑秤和库仑前进实验，引导学生了解实验装置和原理，分析历史实验数据，得出规律。在回顾评价阶段反思和认识库仑定律探索过程中的科学本质。（三）“库仑定律”一节教学目标的物理思想方法针对“库仑定律”学习内容的特点和学生学习这部分知识的困难，新概念“库仑定律”部分的学习研究主要从教学目标和教学设计两个方面进行。1.库仑定律教学目标的确定科学思维是物理素养的基本内容，在教学目标中突出科学思维的具体要素有助于理清教学逻辑。根据《高中物理课程标准》中科学思维要素的内涵和科学思维素养的层次分布，作者编制了一份详细的科学思维要素指导下的教学目标表，以指导教学目标的设定。2.《库仑定律》教学设计思想为了更好地体现物理法定技能课程在教学中的通用性，根据前面的分析和库仑定律部分的内容特点，本文考虑将科学论证的思想要素融入教学。对于这一教学指导思想，国外科学界都作了较为深入和具体的探讨。这种类型的教学通常被称为“科学谈判教学法”，它不仅可以强调科学论证在科学教育过程中的重要作用，而且可以展示学生在获取知识方面的建模优势。为了教授库仑定律，我们可以进一步探索驱动“与电荷相互作用相关的因素有哪些”的问题，指导学生设计模型，指导学生在研究过程中进行演示活动，并使用类比思维进一步探索“电荷相互作用之间的定量关系”。在学习内容的过程中，学生将体验研究过程，注意思考，感受物理规律的普遍性。在此基础上，进一步拓展互动理念，培养示范建模思维，体验探索科学真理的乐趣，培养不断求真的精神。四、库仑定律一节蕴涵的思想方法分析（一）类比思想--类比万有引力定律“库仑定律”一节的内容在教科书中与我国最近通过的高中物理规范相对应。例如，通过同一电荷物体产生力的演示实验，归纳出默认值，并利用万有引力定律与电荷之间的力逻辑进行类比，求和库仑定律，然后与物质点进行类比，提出理想的点电荷模型。此外，还出现了一些科学方法，如采用平均和求和方法介绍和分析库仑实验和应用库仑定律。因此，新一代教科书在“库仑定律”一节中包含了更丰富的科学思维元素。此外，我国现有的其他有关库仑法内容的教科书也反映了科学思维的一些要素。由主编勒贝钦编著的中学物理教科书的内容在“静电库仑定律”部分。本教程首先通过对拉伸弹性罐的两个带电球的小实验进行比较，引入电荷相互作用影响因素的思考，然后通过归纳归纳法实验探讨库仑定律的内容。教科书与新版的两个重要区别应该讨论：卢科教科书首先描述了理想的点电荷模型，然后进行库仑定律研究实验。作者认为，该电路既反映了物理运动的一般规律性，又在很大程度上提高了教学逻辑；在节末，为了更详细地讨论二者的差异和相似性，比较比较比较方法比较椎体较完善的基础。（二）均分思想电荷均分德国物理学家高斯根据库仑定律做出了电量单位的定义:当两个具有同样电量的点电荷，在真空中距离为1cm，电力等于1达因(1牛顿=1X10*达因)时，每个点电荷具有一个绝对静电单位的电荷，每一个点电荷的电量就是1C.高斯还发展了库仑定律，提出了著名的电荷均分。.（三）理想模型方法点电荷广东师范出版社出版的《中学物理教科书》中的“静电研究”一节主要论述了与新版《卢科》相同的内容，尽管其内容较为简练，但更注重教学方法。与前两个版本的教科书不同的是，本节的内容从物理史上引入电荷开始，采用抽象的思维方法而不是可比的物质转化点的概念来描述点电荷的引入，增强了学生对抽象物理模型的新认识。此外，还介绍了隐性科学方法成为教学对象的“理想建模方法”。此外，在电荷相互作用的研究中，变量控制法的应用得到了加强，从而判断了广东话教科书对科学方法的重视程度。（四）转化方法--电荷间作用力转化为纽斯扭转力根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相同或相似而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维.物理学中运用类比方法的转化过程一般是这样的:第一步是比较两电荷间作用力和纽斯扭转力现象，找出它们的相同点或相似点;第二步，以找出的电荷间作用力和纽斯扭转力的相同点或相似点为前提，把其中某一对象已知的属性转化到另一类对象中去，从而获得对该对象原来未知属性的认识.运用类比方法可以有效地认识物理世界，可以做出科学预言，提出科学假说，获得重要的科学发现。（五）放大方法--光放大法库仑定律，中学物理系“库仑定律”物理系“库仑定律”的内容，体现了类比、理想建模方法、转换、变量控制方法、微观放大、对称和电荷恒定等科学思想和方法。这是随后研究电场强度的基础，也是整个电磁学。《库仑定律》教科书一节中给出的知识结构分析缺乏科学和社会学教学内容的“库隆定律”；教科书直接引入了规律内容和点电荷的概念，以及库仑实验，过分强调知识结论的传递，也违背了库仑定律作为定性和定量研究的结合的历史逻辑。库仑定律研究过程中的HPS含量有所减少，忽略了早期学者对库仑定律研究与发展的贡献，定量研究只对库仑天平作了简要介绍，更没有进行电摆试验。五、结论前组织者是Ausubel提供的学习策略，它是在学习任务本身之前呈现的指导材料。“组织者”的设计可以加强新旧知识之间的联系，促进类似知识的学习。库仑定律的引入在类比的意义上非常有用，而西南的版本只使用了一句话来解释：库仑通过类比牛顿的万有引力定律和他基于早期著作的大量实验研究总结了库仑定律。这样的类比不能有效地帮助学生找到新旧知识之间的联系。因此，组织者可以了解他们的图腾，因此一些学生可以在新的学习模式中更快地构建图腾。例如，利用围绕原子核和行星运动太阳的电子运动动画，引导学生分析自己的运动、受力、影响因素等，独立发现新旧知识的共同属性，实现思维的转换，并使下面的类比合乎逻辑。从库仑定律的发现中，我们可以看出类比在科学研究中的作用。如果不先发现万有引力定律，仅仅依靠积累具体的实验数据，我不知道需要多长时间才能得到严格的库仑定律的表达式。事实上，静电学的整个发展