物理3-1物理教学方法

1、研究物理学知识的科学方法常规方法经典方法现代方法控制论方法系统论方法信息论方法科学观察方法自然观察法科学实验方法实验设计方法实验数据处理方法逻辑思维方法数学方法实验观察法比较与分类分析与综合归纳与演绎理想化方法类比方法假说方法经典数学方法概率统计方法模糊数学方法突变数学方法平衡法补偿法比较法放大法转换法列表法图像法解析法直觉与灵感科学想象物理对称性思想失败与悖论非常规方法图21现将以上分析的物理科学方法统计如下表31：表31物理科学方法种类次数存在科学方法之处A：实验归纳法10三种起电方式；电容器充放电过程；串联电路电压规律；并联电路电流规律；电动势与外电压、内电压关系；使用多用电表；测量电源

2、电动势和内阻；探究门电路；证明电流可以产生磁场；总结左手定则；B：比值定义法6电场强度；电势差；电势；电容；电功率；热功率；磁感应强度；C：控制变量法4探究库仑定律；探究决定电容大小的因素；探究决定导线电阻的因数；探究影响安培力大小的因素；D：类比法4重力场与电场类比；带电粒子在电场中运动与平抛运动类比；磁体对磁体、磁体对电流、电流对电流的作用都是通过磁场产生的；判断洛伦兹力方向的左手定则；E：理想模型法3点电荷；试探电荷；平行板电容器；F：物理模型法3电场线；等势面；磁感线；G：数学演绎法12推导点电荷场强公式；推导匀强电场中E和U关系；分析带电粒子在电场中加速、偏转；分析串联电路中；并联电

3、路中；推导闭合电路欧姆定律；测量电源电动势和内阻的数据处理；分析多用电表测电压、电流、电阻原理；推导焦耳定律；分析闭合电路中的能量转换和功率；推导洛伦兹力公式；分析带电粒子在磁场中的运动；H：逻辑推理法4电荷守恒定律；分析电场线与等势面的关系；分析路端电压与负载关系；推理磁场对运动电荷产生作用力；I：图像法3研究电阻伏安特性；分析路端电压与负载关系；测量电源电动势和内阻的数据处理；J：等效替代法1电场叠加原理；K：比较法2静电力与万有引力之间的差异；电功与电热的联系和区别；L：多因子乘积法1推导电功计算公式；磁通量公式M：假说法1安培分子电流假说； 4. 物理科学方法在教学中的渗透以物理选修3

4、1为例 上一章笔者分析了选修31中存在的物理科学方法，但如何才能将这些科学方法很好地渗透到课堂教学中是一个值得研究的问题。接下来笔者将针对该教材蕴含的科学方法，以教材中典型知识点教学为例进行教学设计，以教学案例方式讲解在课堂教学中如何渗透物理科学方法，提高科学方法教育的效果。41 比值定义法在物理教学中的渗透 一、比值定义法的概念比值定义法是用两个或两个以上的物理量之间的比值去定义另一个物理量，从而反映研究对象某种性质的方法。这种定义物理量的方法很常见，比如：密度，电阻，电流强度，电容 等等。 二、比值定义法的思想特征 （一）用数学比值方法作为“尺”的测量思想对于日常所见的物理量，比如长度，我

5、们可以用刻度尺很容易测出。但是对于看不见摸不着的物理量，物理学家采用了这种简单的测量形式，来度量物质的状态和属性。因此比值定义法具有“尺”一样的测量作用。既然是“尺”，当然不能作为研究对象的决定因素，即被定义的物理量与定义它的物理量无关。比如电阻，我们不能说电阻R与电阻两端的电压U成正比，和流过电阻的电流I成反比，该式仅为我们提供了一个测量电阻的方法。决定电阻大小的因素应包括电阻率、长度、横截面积和温度等。 （二）比值定义法的基础是比较思想从“比值”二字我们就可以看出比值定义法具有比较思想。所谓比较，就是确定事物同异关系的过程和方法，比较时要根据一定的标准将有某种联系的事物加以对比，从而确定异

6、同点。可见，比较的关键是选取同一标准。但很多教师都认为教学中只要把以下思想讲给学生就可以了：“在研究物理问题时，常会遇见这样的情况，某两个（或几个）量在一定条件下成正比，其比值是一个常量，这个常量就反映了事物的本质属性，因此利用这个比值可以定义出描写事物本质属性的一类概念。”这种做法是很难让学生领会到比值定义法的本质，因为它只说明了比值定义“是什么”（比值是常量），而没有说清楚“为什么要比”。之所以要比是因为要选取相同的比较标准，这样的比较才有意义。 三、比值定义法在中学物理教学中的作用（一）通过比值定义法建立的物理量，一般涉及两个以上知识点，有利于学生连接不同知识点，形成知识线，构建知识网络

7、。（二）在物理概念教学中渗透比值定义法，能加深学生对物理概念的理解，能让学生更好地认识到通过比值定义法定义的物理量能反映事物的本身属性，掌握研究物理量的科学方法。 四、比值定义法的一般步骤（图41）运用比值定义法，关键是让学生明白“用什么比”、“为什么比”、“怎么去比”，经笔者研究提出以下渗透比值定义法的一般步骤：“用什么比”找关键物理量。“为什么比”选取统一标准。“怎么去比”求比值，给出定义式。（图41） 五、运用比值定义法引入物理概念的教学设计下面以选修31中的电场强度和磁感应强度概念教学为例，结合比值定义法的本质内涵，提出以下教学设计。案例1：电场强度（一）课标解读 课标对该知识点的要求

8、是“理解电场强度”，属于知识技能目标中的“理解”水平。这要求学生能把握电场强度的内涵，掌握电场强度的定义式，理解电场强度是描述电场性质的物理量，它仅取决于本身，不依赖于电场中是否有试探电荷。（二）教学流程第一步：找出关键物理量试探电荷受到的电场力和自身电荷量电场的基本性质是对放入其中的电荷产生力的作用，因此可以通过这一性质来研究电场。我们首先把一个电荷放入所要研究的电场中，但这个电荷的电荷量应做够小，使得它放进电场后不会影响原有电场的分布；另外，它的线度也应足够小，这样才能研究电场中各点的情况。这种电荷量和线度都足够小的，放入电场中用于探测电场性质的电荷称为试探电荷。演示实验1：如图42所示，

9、A是一个带电导体球，试探电荷与A带同种电荷。观察试探电荷、（）在A的电场中的不同位置时，它受到的电场力是否相同。 图42 图43 可以发现，同一试探电荷在电场中不同位置受到的电场力不同，说明A产生的电场中各个位置的强弱不同。要判断电场强弱，最直接的感受是，如果放入电场中某处的试探电荷受到的电场力越大，该处的电场就越强；受到的电场力越弱，该处的电场就越弱。可是仅根据试探电荷受到的电场力大小来判断电场的强弱真的是正确吗？下面再看一个实验：演示实验2：如图43所示，在导体A的电场中的同一位置（或对称位置）放置电荷量不同的试探电荷、，观察它们受到的电场力的大小。可以发现，带电量不同的试探电荷在电场的同

10、一位置受到的电场力不同。处于电场某一位置的试探电荷受到的电场力作用，不仅跟该位置的电场强弱有关，还与试探电荷的电荷量有关，仅根据试探电荷受到的电场力大小来判断电场的强弱是不正确的。第二步：选取统一标准单位电荷受到的电场力那么该用什么物理量来判断电场的强弱呢？下面我们来看这样一种情况：+Q图44AB如图44所示，将试探电荷、分别放在电荷Q产生的电场中的A、B处，测得、受到的电场力如下表41所示： 表41试探电荷A（与Q距离为r）B（与Q距离为2r）q1=+qq2=+8q比较试探电荷、在A处受到的电场力大小，发现它们是不一样的。可是同一点的电场的强弱应该是一样的，为什么会造成这样的矛盾呢？原因在于

11、我们比较时没有选取“同一标准”，的电量是的8倍！因此我们必须要选取相同电荷量作为比较的标准。如何选取相同的电荷量呢？只要把试探电荷受到的电场力F和自身的带电量q来比就行了。比的结果就是单位电量在A处受到的电场力。第三步：求比值，给出电场强度定义式根据这种方法，我们算一下、在A处受到的电场力和自身带电量的比值，发现：，是一个常量；在B处有：，也是一个常量。对于电场的同一点，这个比值常量是不变的，与放入的试探电荷的电量无关。在电场的不同位置，这个比值常量是不同的，可以用来判断电场的强弱。因此试探电荷受到的电场力和自身带电量的比值反映了电场的性质，我们将之称为电场强度，简称场强，通常用E来表示，则有

12、。（三）本案例整体教学脉络（图45）引入试探电荷模型实验说明不能用试探电荷受到的电场力来判断电场强弱。选取统一标准单位电荷受到的电场力进行比较。是一个定值，反映电场强弱，电场强度图45 （四）本案例改进之处：粤教版教材在讲解电场强度时，只讲到由于试验电荷在电场中受到的电场力与自身电荷量之比为一常量，该常量与试验电荷无关，只与电场本身属性有关，因而将之定义为电场强度。而没有把“为什么要比”讲解清楚。当然这是由于教材编写的限制导致的，若教师不能挖掘其中的比值定义法的关键所在，就容易造成学生“知其然而不知其所以然”。本案例的教学设计突出了比值定义法的“比较”过程，将“为什么要比”选取统一标准讲解清楚

13、，有利于学生理解电场强度的物理意义，领会比值定义法的本质内涵。案例2：磁感应强度（一）课标解读 课标对该知识点的要求是“了解磁场，知道磁感应强度”，属于知识与技能目标中的“了解”水平。这要求学生知道磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，知道其定义式，进一步体会其运用的科学方法比值定义法。 （二）教学流程第一步：找出关键物理量与电场类似，磁场的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用。但对于磁场无法像电场一样用电荷来研究，因为只有N极或只有S极的“磁荷”是不存在的。我们知道磁场不仅对磁体产生力的作用，对处于其中的电流也会产生力的作用，因此可以利用这一性质来研究磁场。演示实验1：如图46所示，蹄形磁铁两

14、极间的磁场可视为匀强磁场，当闭合开关后，处于蹄形磁铁磁场中的通电直导线会摆动起来，说明此时通电直导线受到了力的作用，我们把这种力称为安培力。换用磁性更强的蹄形磁铁重复以上实验，我们发现通电直导线的摆动幅度更大，说明此时通电直导线受到的安培力更大了。 图46 图47要判断磁场的强弱，最直接的感受是，如果置于磁场的通电直导线受到的安培力越大，该处的磁场就越强；受到的安培力越小，该处的磁场就越弱。可是仅根据通电直导线受到的安培力的大小来判断磁场的强弱是正确的吗？演示实验2：在图46电路的基础上串联一个滑动变阻器来改变通电直导线的电流，直导线在磁场中的长度可以通过改变并排的相同磁铁的数目来实现，如图4

15、7。当接通电路时，通电直导线会受到力的作用并摆动一定的角度，通过摆动的幅度可以比较通电直导线受到的安培力大小。操作一：保持通电直导线在磁场中的长度不变（不改变磁铁的数目），调节滑动变阻器改变通电直导线的电流大小，观察安培力与电流大小之间的关系。操作二：保持通电直导线的电流不变，改变通电直导线在磁场中的长度（增减磁铁的数目），观察安培力与通电直导线在磁场中的长度的关系。以上实验说明，处于磁场中的电流受到的安培力不仅跟磁场的强弱有关，而且跟电流的大小以及通电直导线处于磁场的长度有关。仅根据通电直导线受到的安培力的大小来判断磁场的强弱是错误的。第二步：选取统一标准通以单位电流的单位长度的直导线受到的

16、安培力那么该用什么物理量来判断磁场的强弱呢？表42记录了在不同电流大小，不同长度条件下测得的安培力的大小。表42 强磁铁（)长度0电流0安培力0弱磁铁（）长度0电流0安培力0观察表中数据，在磁场中，当通电直导线的长度为2L、通过的电流为I时，通电直导线受到的安培力为12F；在磁场中，当通电直导线的长度为L、通过的电流为3I时，通电直导线受到的安培力为15F。若根据通电直导线受到的安培力的大小来判断磁场的强弱，则会得到大于的错误结论。为什么会出现这种错误呢？原因在于两者的电流和长度各不相同，比较时没有一个统一标准，因此我们必须要在电流和直导线长度都一致的统一标准下进行比较。如何才能做到呢？与定义

17、电场强度类似，只要用通电直导线受到的安培力F除以电流I和直导线处于磁场中的长度L就可以了，即用进行比较。第三步：求比值，给出磁感应强度定义式根据这种方法，计算表格中各次实验的比值，可以发现： 强磁场：，是一个常量；弱磁场：，是一个常量；由此可见，不同的磁场的比值是不同的，越大，说明该磁场（或该处磁场）越强，因而该比值的大小反映了磁场的强弱。物理学规定，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电直导线所受安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度，用B来表示，则。（三）本案例整体教学脉络（图48）实验说明不能仅用通电直导线受到的安培力来判断磁场强弱。选取统一标准通以单位电流的单位长度的直

18、导线受到的安培力进行比较。是一个定值，可以用来反映磁场的强弱，磁感应强度。（图48） （四）本案例改进之处粤教版教材在引入磁感应强度时，先通过实验采用控制变量法探究通电直导线受到的安培力与电流、直导线长度之间的关系，继而得出安培力的计算公式。然后通过数学公式变换得出，由于k反映了磁场本身的性质，将k定义为磁感应强度B。这种教学处理的缺陷在于，学生在学习过程中会把注意力集中在探究安培力的实验上，课后对公式印象深刻，而对磁感应强度的内涵认识不深，认为磁感应强度只是通过变形得出的一个非重要物理量，无法体会引入磁感应强度时所运用的比值定义法的思想。 本案例的教学设计在原有的探究影响安培力的因素的基础上

19、，加入学生对实验数据的分析，让学生明白仅用通电直导线受到的安培力来判断磁场强弱所带来的谬误，突出了比值定义法的“比较”过程，将“为什么要比”选取统一标准讲解清楚，有助于学生理解磁感应强度的物理意义。42 类比法在物理教学中的渗透 一、类比法的概念类比法是根据两种事物在某些特征上的相似，得出它们在其他特征上也可能相似的结论的一种方法。如弹性势能与分子势能相类比、库仑定律与万有引力定律相类比、太阳系模型与原子结构模型相类比等等。 二、类比法的思想特征类比法是一种由特殊到特殊的推理方法，是以两种事物之间的相似性和差异性为客观基础，这就要求我们通过比较找出两种事物的相似点和差异点。相似性为我们提供了类

20、比的依据，能将其中一种事物的属性类推到另一种事物上；差异性则限制了类比结论的正确性，必须通过其他方法验证其正确性。 三、类比法在中学物理教学中的作用 （一）通过相似的物理概念、物理规律的类比，能让学生掌握知识间的联系，使复杂的知识系统化、条理化，形成相对独立的知识结构。（二）通过类比能让学生从熟悉的旧知识基础上理解较为抽象难懂的新知识，降低新知识学习的难度，将新旧知识有机联系在一起，增强学生学习信心，提高学习效率。例如重力场与电场相类比、平抛运动与带电粒子在电场中偏转相类比，等等。 四、渗透类比法的一般步骤（图49）比较熟悉事物与研究事物之间的相似点回顾熟悉事物的相关物理规律猜想研究事物具有与

21、熟悉事物相似的物理规律验证类比猜想得到的结论图49 五、运用类比法讲解物理概念的教学设计下面以选修31中的电场力做功与电势能概念教学为例，结合类比法的特点，提出如下教学设计。（1） 课标解读 课标对该知识点的要求是“知道电势能”，属于知识与技能目标中的“了解”水平。这要求学生知道电势能的定义，能用能量的观点来分析电场的性质，体会通过做功研究能量变化的科学思想。由于电势能较为抽象，教学中应有意识地与学生熟悉的重力势能进行类比，渗透类比法思想，降低学习难度。 （二）教学流程 第一步：比较重力场与电场的相似点教师引导学生分析重力场与电场的相似点，如表43所示。表43重力场电场来源地球周围空间存在的一

22、种特殊物质电荷周围空间存在的一种特殊物质力的作用重力场对场中某点所放置的物体产生重力作用电场对场中某点所放置的电荷产生电场力作用场的性质为重力加速度，仅由重力场本身的性质决定，与该点是否放置物体无关为电场强度，仅由电场本身的性质决定，与该点是否放置电荷无关电场是一种看不见摸不着的特殊物质，加之日常生活中我们极少接触电场，对它很多性质必然难以理解。通过上面的表格可以发现，我们非常熟悉的重力场与电场间有很多相似之处，可以通过重力场与电场的类比，学习电场的相关知识电场力做功与电势能。hABCm 第二步：回顾重力场的相关规律 首先回顾重力场中重力做功的情况，如图410所示：质量为m的小球分别沿不同路径

23、从A点运动到B点，其中路径是沿折线ACB运动，路径是沿斜面运动，路径是沿任意曲线运动。问：图410 （1）重力做功分别是多少？ （2）重力做功与路径有关吗？ （3）重力做功与重力势能的关系。 答案： （1）小球沿不同路径从A点运动到B点，重力做功均为mgh。 （2）重力做功与路径无关，仅与起始位置和末位置有关，可以引入与位置有关的重力势能概念。 （3）重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。 第三步：猜想电场具有与重力场相似的规律接着重力场替换成匀强电场，电场强度为E，如图411所示。小球替换成带电量为q的试探电荷，仍分别沿路径、从A点运动到B点。 hABE qC图411 请同学们

24、运用类比思想思考以下问题： （1）电场力做功分别是多少？ （2）电场力做功与路径有关吗？ （3）电场力做功与电势能的关系。类比猜想： （1）q沿不同路径从A点运动到B点，电场力做功均为qEh。 （2）电场力做功与路径无关，仅与起始位置和末位置有关，可以引入与位置有关的势能概念。 （3）电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。第四步：验证类比猜想得出的结论对猜想（1）（2）进行分析验证：q沿路径从A运动到B的过程中，q受到的电场力为qE，在AC上电场力对q所做功，在CB上由于电场力方向与位移方向互相垂直，电场力对q所做功。所以整个过程中电场力做功。q沿路径从A运动到B的过程中，电场力

25、与位移AB的夹角始终为，则电场力做功。由此可见，不论q沿什么路径从A运动到B，电场力做功都是qEh，研究表明，此结论对于任意曲线（如路径）都是适用的。因此，在匀强电场中移动电荷时，电场力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。这个结论虽然是从匀强电场中推导得来，但可以证明，对于非匀强电场也是适用的。对于重力场，由于移动物体时重力做的功与路径无关，同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。类似地，由于移动电荷时电场力做的功与移动的路径无关，同一电荷在电场中的同一位置也具有势能，这种势能叫做电势能。对猜想（3）进行分析验证：qAB图413MNhG图412如图412所示

26、，一物体在重力作用下由M点移动到N点，重力做正功，物体的动能增加，重力势能减少；当物体克服重力由N点移动到M点，重力做负功，物体的动能减少，重力势能增加。与之类似，如图413所示，电荷q在电场力作用下由A点移动到B点，电场力做正功，电荷的动能增加，电势能减少；当电荷q克服静电力由B点运动到A点，电场力做负功，电荷的动能减少，电势能增加。功是能量变化的量度，由以上分析可知，电场力做的功等于电势能的减少量。若用代表电荷从A点移动到B点过程中电场力所做的功，用、分别表示电荷处于A点和B点时具有的电势能，则。可以看出，电场力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能。类似的问题在

27、研究重力势能时也遇到过，我们通过规定某一平面（参考平面）的重力势能为零从而确定了各点的重力势能。现在我们也可以通过规定电场中某点的电势能为零来确定电荷在电场中其他点的电势能。例如图413中，若规定电荷在B点的电势能为零，则电荷在A点的电势能等于。也就是说，电荷在电场中某点的电势能，等于它在电场力作用下从该店移动到零势能位置时所做的功。通常我们把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。（三）本案例整体教学设计脉络（图414）类比重力做功，初步体会电场力做功特点理论分析电场力做功与路径无关的特点类比重力势能，理解电势能物理意义和相对性类比重力做功与重力势能的

28、关系，分析电场力做功与电势能关系列表展现重力场与电场的相似之处图414 （四）本案例改进之处：粤教版教材在讲解电场力做功和电势能时，也运用了类比法。但限于教材编写限制，类比过程仅用几句话描述，难以让学生经历类比的完整过程，领会类比法的内涵。本案例的教学设计先以表格形式给出重力场与电场间的相似点，为往后的电场力做功、电势能等知识的类比猜想提供依据，最后验证类比得出的结论。整个教学以类比法的完整过程展开，有利于学生体会重力场和电场的相似性，帮助学生更好地理解电场的相关性质。43 数学演绎法在物理教学中的渗透 一、数学演绎法的概念演绎法就是根据一类事物都具有的特征、关系和本质来推断该类中个别事物也具

29、有此属性、关系和本质的推理方法和思维形式。它是一种由一般到特殊的推理过程。物理学研究中经常运用的数学演绎法便是其中一种，它是从确定的物理概念、规律出发，遵循一定的逻辑法则进行推理、证明，从而揭示物理量之间的内在关系的一种方法。 二、数学演绎法的思想特征通过演绎法推理得出的结论具有必然性，而数学演绎法更是以精确描述事物的量的数学方法为基础，只要推理的前提正确，推理的过程严密，就一定能从正确的前提得出正确的结论。 三、数学演绎法在中学物理教学中的作用（一）数学演绎法具有严密的逻辑性，运用该方法能在组织课堂教学时理出一条环环相扣的逻辑路线，有效突破部分知识点之间逻辑性差的教学难点。（二）将数学演绎法

30、渗透在课堂教学中，能让学生的思维处于推理的兴奋状态中，能让学生更好地理解知识点之间的逻辑关系，对培养学生的逻辑思维能力起重要作用。 四、渗透数学演绎法的一般步骤（图415）以学生熟悉的现象或知识作为演绎推理的切入点。结合学生掌握的物理规律，以数学推导的形式进行分析。揭示演绎过程中数学公式的物理意义。 图415 五、运用数学演绎法讲解物理概念的教学设计下面以选修31中的电势差教学为例，结合数学演绎法的特点，提出以下教学设计。案例：电势差（1） 课标解读 课标对该知识点的要求是“理解电势差”，属于知识与技能目标中的“理解”水平。这要求学生不仅要知道电势差的物理意义，掌握电势差的两种定义式和，还要掌

31、握两种定义之间的内在逻辑联系，掌握电势差与电势能、电势之间的关系，从而分析相关问题。（二）教学流程 演绎流程如下图416所示：=图41ABCE8V5V图4186 运用类比法得出电势差与电势关系位置M位置N地面16m8m图417 如图417所示，若以地面为测量起点，则的高度为16m，的高度为8m，两者的高度差为8m；若以位置N作为测量起点，则的高度为8m，的高度为0m，两者的高度差仍为8m。即用不同位置作为测量高度的起点，同一地方的高度数值就不同，但两个地方的高度差却保持不变。类似地，如图418所示的匀强电场，当我们选择位置C作为电势零点，的电势为8V，的电势为5V，电势之差为3V；若以位置B为

32、电势零点，的电势为3V，的电势为0V，电势之差仍为3V。当我们选择不同位置作为电势零点，电场中某点电势的数值也会改变，但两点间的电势的差值却保持不变。正是这个原因，在物理学中，电势的差值往往比电势更重要。电场中两点间的电势的差值称为电势差，又叫电压。设电场中A点的电势为，B点的电势为，A、B两点间电势差用表示，则，也可以表示成。电势差可以是正值，也可以是负值。例如当A点电势比B点高时，为正值，为负值。事实上电势也可以看作是特殊的电势差，是电场各点与电势零点之间的电势差。引导学生将电势定义式代入，看得到什么结果。经过数学通分，得到。这一步虽然简单，但从物理意义上却是从电势的差值过渡到电势能变化，

33、建立起电势差与电势能变化、电荷量之间的关系。由于功是能量变化的量度，由此联想到电场的功能关系，将之代入前式可得。即，这样我们得到了电势差与电场力做功的关系，只要知道了电场中两点间的电势差，就可以算出电荷在这两点间移动时电场力做的功。我们来更进一步理解电势差的内涵。AB图419 如图419所示，我们知道电荷q从A运动到B的过程中电场力做功，则A、B两点间的电势差，是一个定值。可见，电势差是一个只由电场中A、B两点的性质所决定的物理量，与试探电荷、电场力做功无关，大小等于单位正电荷从A点移动到B点时电场力所做的功，用它可以描述电场的性质。（三）本案例整体教学设计脉络（图420）分析电势差的新的表达

34、式的物理意义。基于学生掌握的物理知识，对电势差的数学表达式变形推导。类比高度差，引入电势差概念。图420（四）本案例改进之处：粤教版教材在讲解电势差概念时，先是在引入电势能概念后，通过电势能变化量与电荷量的比值为一常量，引入电势差概念，得到电势差的第一种表达：；之后在引入电势概念后，建立起电势与电势差的联系，得到电势差的第二种表达：。但教材在得到电势差的两种表达式后并没有讨论两者间的联系，若教师在教学中照本宣科，学生很难理解两种表达式之间的逻辑联系。因此本教案运用数学演绎法，从学生较容易接受的“”知识点出发，通过严密的数学演绎过程，揭示出与之间的本质联系，将电势差的两种表达式整合在一条逻辑线上

35、，学生从中发现两者间并不是相互独立的，而是可以相互推导得出的。44 比较法在物理教学中的渗透 一、比较法的概念比较是确定研究对象之间的共同点和差异点的思维方法，它是在已有知识的基础上对不同事物进行研究，在分析事物间的共同点和差异点的过程中启发人们的思维，给人们提供解决问题的线索，为了解事物的本质属性和规律奠定基础。 二、比较法在中学物理教学中的作用（一）运用比较法进行教学设计，能引导学生分析不同事物之间的共同点，发现事物的本质联系，是学生在脑海中建立物理概念和规律的基础。（二）运用比较法进行教学设计，能引导学生分析相似事物之间的的差异点，形成认知冲突，激发兴趣，启发思维。 三、运用比较法讲解电

36、源和内电阻的教学设计下面以粤教版选修31的电源和内电阻分析以及判断洛伦兹力方向为例，结合比较法的思维特点，提出以下教学设计。案例1：电源和内电阻（1） 课标解读 课标对该知识点的要求是“知道电源电动势和内阻”，属于知识与技能目标中的“了解”水平。学生不仅要知道真实电源中存在内阻，还要能把真实电源等效为理想电源与内阻的串联，从而为构建包含电源内阻的全电路打下基础。（二）教学流程首先思考以下问题：有三个规格一样的电灯泡（3V、6）并联接在一个电压恒为3V的理想电源上，如图421所示。当依次闭合开关S1、S2、S3时，电灯泡能正常发光吗？学生根据初中知识很容易就知道三个电灯泡的电压都达到额定电压，能

37、正常发光。L1L2L3S1S2S3图422rL1L2L3S1S2S3图421 接着让学生思考以下问题：在图421的电路中串联一个电阻r，r=2，并且把电源电压变为4V，如图422所示。依次闭合开关S1、S2、S3，三个电灯泡能正常发光吗？学生经过简单计算就会发现，当闭合S1时，L1两端的电压为3V，L1能正常发光。当闭合S2、S3时，电路中的总电流增大，电阻r上的分压过大，使得电灯泡两端的电压低于额定电压，电灯泡不能正常发光，而且随着接入的灯泡数目越多，每个灯泡越暗。 教师演示实验，用两个1.5V的干电池串联作为电源，按照图421连接电路，实验前让学生思考当依次闭合开关S1、S2、S3时，三个

38、电灯泡会正常发光吗？根据对图421电路的分析，很多学生都会认为灯泡都会正常发光。但实验过程中，学生发现电灯泡不能正常发光，而且随着接入电路的电灯泡越多，每个电灯泡越暗，给学生产生认知冲突。教师根据实验现象，提出以下两个问题：（1） 图421与图422所示的电路中，哪一个的理论分析结果跟实验现象一致？（2） 图422的电路与实验的电路有什么区别？由此你想到了什么？教师引导学生，以上实验现象跟分析图422电路时得出的结论是一致的，区别在于实验的电路没有接入电阻r，学生通过比较图422电路与实验电路，很容易猜想到电阻r存在于干电池内部。教师解释，生活中的电源都是物质构成的，肯定对电荷的定向移动造成阻

39、碍，即电源内部存在着电阻，如图423所示。为了研究方便，我们可以把实际的电源看成是一个电压不变的理想电源和一个阻值不变的电阻r的串联，电阻r称为内电阻，理想电源的电压在数值上等于实际电源的电动势E，如图424所示。如此，一个闭合电路可以分为两部分，一部分是由用电器、导线等构成的外电路，一部分是电源内部构成的内电路。外电路两端的电压称为外电压，内电路两端的电压，即内电阻两端的电压称为内电压。如图425所示。L1L2L3S1S2S3图425r内电路外电路L1L2L3S1S2S3图424r电源L1L2L3S2S3图423r电源S1 （三）本案例整体教学设计脉络（图426）引导学生对电路进行理论分析。

40、按图连接电路，演示实验，使学生产生认知冲突。比较实验现象与电路图的差异，启发学生认识电源内电阻。分析内外电路结构，形成对全电路的认识。图426 （四）本案例改进之处： 粤教版教材用了简单的表述说明电源内部存在内电阻，学生在了解这一知识点上没有问题，问题在于学生知道内电阻的存在后无法很好地与以前学习的电路知识建立联系，无法在脑海中构建起考虑内电阻以后的闭合回路。本案例首先让学生发现理论分析与实验现象之间的矛盾，让学生产生认知冲突。接着通过比较两个结构不一样但现象一致的两个电路，确定它们的异同点，让学生不自觉地发现电源内电阻的存在。不仅如此，整个比较过程是在学生熟悉的电路知识基础上展开的，学生很容

41、易发现考虑内电阻后的闭合回路与以前学过的电路之间的联系，从而在脑海中构建起考虑内电阻以后的闭合回路。 案例2：判断洛伦兹力方向（一）课标解读 课标对该知识点的要求是“会判断洛伦兹力的方向”，属于知识与技能目标中的“理解”水平，要求学生知道洛伦兹力方向与电荷运动方向和磁感应强度方向都垂直，会用左手定则判断运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力方向。 （二）教学流程 运用类比法可以发现，用于判断安培力方向的左手定则同样适用于判断运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力方向。对于运动正电荷，判断结果与实际受力方向一致，而对于运动负电荷，判断结果则与实际受力方向相反，这是一种传统方法。传统方法中运动负电荷在磁场中受到的

42、洛伦兹力方向与左手定则判断的结果相反，这成为学生在判断洛伦兹力方向时的一个“疙瘩”，有没有办法找到一种同时适用于判断正负电荷受力方向的新方法呢？下面我们通过比较法来寻找。fvB我们知道运动电荷受到的洛伦兹力方向与磁场方向、电荷的运动方向以及电荷的正负性有关。为了研究方便，我们规定磁场方向垂直纸面向外，对于正负两种电荷，分别让它们的运动方向相反，这样根据判断洛伦兹力方向的传统方法，可以得到如下结果，如图427所示。fvBBvfvBf图427运用求同比较法，分别比较运动电荷受到的洛伦兹力方向相同的两种情况，如果两种情况存在相同的条件，那么这个相同条件就是决定洛伦兹力方向的条件。如表44、表45。表

43、44vBf磁场方向电荷正负电荷运动方向假想电流方向洛伦兹力方向垂直纸面向外正向左向左上fvB负向右向左上表45磁场方向电荷正负电荷运动方向假想电流方向洛伦兹力方向Bvf垂直纸面向外正向右向右下fvB负向左向右下通过以上比较可知，在电荷正负性不同或电荷运动方向不同的情况下都可以得出洛伦兹力方向相同的结论。这时启发学生：电流是电荷定向运动形成的，可引入一假想电流，让学生思考电荷运动方向与假想电流方向的关系，并填写在表中。 学生再次比较后就会发现，不管电荷正负性与运动方向如何，只要其代表的假想电流方向相同，洛伦兹力的方向就相同。最后教师总结判断洛伦兹力的方法：首先根据运动电荷的正负性和运动方向判断假

44、想电流的方向，然后根据左手定则，伸出左手，使大拇指跟其余四个拇指垂直并在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指方向为假想电流方向，这时大拇指方向就是电荷受到的洛伦兹力方向。 （三）本案例整体教学设计脉络（图428）教师总结判断洛伦兹力的方法分析磁场方向一定时（向下），不同运动方向的正负电荷受到的洛伦兹力方向通过求同比较法，列表比较洛伦兹力方向相同的情况引入假想电流方向，得出假想电流方向与洛伦兹力方向的关系图428 （四）本案例改进之处本案例引入假想电流方向的判断，将判断正负电荷所受洛伦兹力方向的两种情况统一起来，在一定程度上减少了学生在判断负电荷所受洛伦兹力方向时犯错的情况。而且分析过程中运用

45、了异中求同的比较思想，一步步启发学生发现正负电荷所受洛伦兹力方向的共同点，培养了学生分析事物的科学能力。45 实验归纳法在物理教学中的渗透 一、实验归纳法的概念所谓实验归纳法是在对物理现象和物理过程进行大量观察和实验的基础上，对获得的大量数据资料进行分析归纳，从而找出相关物理量之间的内在联系和规律的一种方法。中学物理教学中有很多运用了实验归纳法的例子，如：牛顿第二定律、机械能守恒定律、动量守恒定律等等。 二、实验归纳法的思想特征（一）实验归纳法的基础是归纳推理，即从个别的具体事物的认识中抽象出一般性认识的推理方法，它分为完全归纳推理与不完全归纳推理。（二）中学阶段所采用的实验归纳法大多是不完全归纳，因此在教学中要让学生多次实验，多联系实际，积累更多的体验，从中归纳共性。（三）实验归纳法是以“实验”为基础，要让学生在教师指导下经历实验探究过程，培养学生科学探究精神。 三、实验归纳法中学物理教学中的作用（一）运用实验归纳法，能让学生认识