物理规律(包括定律、定理、原理和定则等)是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映.它是中学物理基础知识最重要的内容,是物理知识结构体系的枢纽.因此,规律教学是中学物理教学的中心任务.怎样才能搞好规律教学呢?为此,我们进行了专题研究,总结出了规律教学的一般规律.

一、物理规律的类型

1.实验规律物理学中的绝大多数规律,都是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的,我们把它们叫做实验规律.如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等.

2.理想规律有些物理规律不能直接用实验来证明,但是具有足够数量的经验事实.如果把这些经验事实进行整理分析,去掉非主要因素,抓住主要因素,推理到理想的情况下,总结出来的规律,我们把它叫做理想规律.如牛顿第一定律.

3.理论规律有些物理规律是以已知的事实为根据,通过推理总结出来的,我们把它叫做理论规律.如动能定理是根据牛顿第二定律和运动学公式推导出来的.又如万有引力定律是牛顿经过科学推理而发现的.

二、物理规律教学的基本方法

在物理规律的教学过程中,不仅要让学生掌握规律本身,还要对规律的建立过程、研究问题的科学方法进行深入了解,更重要的是如何应用规律来解决具体问题.为此,对不同的物理规律应采用不同的教学方法.

1.实验规律的教学方法

(1)探索实验法

探索实验法就是根据某些物理规律的特点,设计实验,让学生通过自己做实验,总结出有关的物理规律.

例如在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系.使学生得出:在质量一定的条件下,加速度与外力成正比;在外力一定的条件下,加速度与质量成反比的结论.在此基础上,教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系,得出牛顿第二定律.

采用探索实验法,不但能使学生将实验总结出来的规律,深刻理解、牢固记忆,而且还能充分调动学生学习的主动性,增强学习兴趣,更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法.

(2)验证实验法

验证实验法是采用证明规律的方法进行教学,从而使学生理解和掌握物理规律.具体实施时先由教师和学生一起提出问题,将物理规律直接告诉学生,然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论,验证物理规律.

在“力的合成方法”的教学中,采用如下的方法和步骤:

①复习旧知识引入新课题,提出问题.以天花板上的吊灯受力分析为例,可用一根绳子吊住灯,使它不向下掉;也可用两根绳子吊住它.用一根绳子吊灯时,灯受一个拉力作用;用两根绳子吊时,灯受两个拉力作用.可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同.

提出问题:“合力与分力二者间有何关系?”

②将平行四边形定则明确告诉学生.

③让学生通过实验验证平行四边形定则,再在此基础上,进行理论探讨,得出合力大小与方向的表达式.验证实验法的最大特点是学生学习十分主动.这是因为在验证规律时,学生已知问题的答案,对于下一步的学习目的及方法已经清楚,所以更加有的放矢.

(3)演示实验法

演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验,引导学生观察,根据实验现象,师生共同分析、归纳,总结出有关的物理规律.

如在“焦耳定律”的教学中,可采用如下的方法:

①根据日常生活和生产实际经验,分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关.

②研究方法:控制变量法.当电流I、时间t相同时,研究电热Q与电阻R的关系.当电阻R、时间t相同时,研究电热Q与通电时间t的关系.

③通过演示实验找出Q与I、R和t的关系.这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度.我们采用先进的教学设备——实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上.让全体学生都能看到温度计液柱的变化.由实验得出结论:当I与t一定时,R越大,Q越大;当R与t一定时,I越大,Q越大;当I与R一定时,t越大,Q越大.

④根据演示实验结论,分析得出焦耳定律.这种方法要充分发挥演示实验的作用,增强演示实验的效果.

2.理想规律的教学方法

理想规律是在物理事实的基础上,通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律.因此在教学中应用“合理推理法”.如在牛顿第一定律的教学中,要引导学生通过在不同表面上做小车沿斜面下滑的实验,发现平面越光滑,摩擦阻力越小,小车滑得越远.如果推理到平面光滑、没有摩擦阻力的情况下,小车则将永远运动下去,且速度不变,做匀速直线运动,从而总结出牛顿第一定律.又如理想气体状态方程也是在理想条件下得出的.

3.理论规律的教学方法

理论规律是由已知的物理规律经过推导,得出的新的物理规律.因此,在理论规律教学中应采用“理论推导法”.

如在“动能定理”的教学中,教师提出问题:质量为m的物体在外力f的作用下,由速度v1,经过位移s,达到速度v2.请学生运用所学的知识,找出外力所做的功跟物体动能变化的关系.学生在老师的指导下,根据牛顿第二定律和运动学规律,都能运用“理论推导法”推导出动能定理的数学表达式.

三、物理规律教学中应注意的问题

1.弄清物理规律的发现过程

物理规律的发现,大致分为3种情况:

(1)实验规律都是经过多次观察和实验,进行归纳推理得到的.如牛顿第二定律、气体实验三定律等.

(2)理想规律都是由物理事实,经过合理推理而发现的.如牛顿第一定律,理想气体状态方程.

(3)理论规律是由已知规律经过理论推导而得到的新规律.如万有引力定律是由牛顿第二定律推导出来的.

2.注意物理规律之间的联系

有些物理规律之间是存在着相互关系的.以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例,两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系.第一定律是说物体不受外力时做什么运动,第二定律是说物体受力作用时做什么运动.第一定律是第二定律的基础,没有第一定律,就不会有第二定律.虽然第一定律可以看成是第二定律的特例,但不能去掉第一定律.

3.要深刻理解规律的物理意义

在规律教学过程中,要引导学生深刻理解规律的物理意义,防止死记硬套.为此应做好以下几点:

(1)从理论上解释实验规律,做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律.如玻意尔定律是实验定律,也可以从分子动理论来解释它,做到理论与实验相统一.

(2)要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式.如ρ=m/v.对同一物质而言,不能说密度跟质量成正比,跟体积成反比.因为同一物质的密度是不变的.

(3)要引导学生总结物理规律间的相互联系,以便更深入的理解物理规律.如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系;动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等.

(4)要充分认识物理规律中各个物理量的物理意义.如F=ma中的F指的是物体所受的合外力;在E=ΔΦ/Δt中,要区别Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意义;又如在a=Δv/Δt中,要区别v、Δv、Δv/Δt的物理意义.

4.注意物理规律的适用范围

物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,只能在一定的范围内使用.超越这个范围,物理规律则不成立,有时甚至会得出错误结论.这一点往往易被学生忽视,他们一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,或者盲目外推,得出错误结论.因此,在物理规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题.

四、运用物理规律解决实际问题

在规律教学中,要指导学生运用物理规律去分析和解决具体的物理问题,在使用中进一步加深对物理规律及其物理意义的理解.

1.培养学生运用物理规律解决实际问题的能力

例题的作用就是示范性,通过对例题的分析,总结出解决问题的思路、方法与步骤,引导学生应用物理规律解决实际问题.如牛顿第二定律的应用可分为3个方面:

(1)由力F求加速度a.

(2)由加速度F求力a.

(3)由m=F/a来解释惯性与质量的关系.

针对上述3种情况,可以各设计一个典型例题,指导学生运用牛顿第二定律解决实际问题,从而达到培养学生运用物理规律解决实际问题的能力.

2.强化训练学生运用物理规律解决具体问题的能力

精心挑选习题,让学生通过适量训练,在实践中总结运用物理规律解决实际问题的方法与技巧,从而达到提高运用物理规律解决物理问题的能力.注意习题要少而精,不搞题海战术.

3.适时组织测验,检查学生运用物理规律解决实际问题的能力

适时、定期组织物理测验,是检查物理规律教学效果的有效途径.值得注意的是,在运用物理规律的过程中,要指导学生不断总结分析问题和解决问题的方法与技巧,能做到举一反三.

综上所述,我们对物理规律的教学进行了系统、全面、具体的研究,总结出了一般规律.但教学是一门创造性艺术,只有在教学中不断创新,敢于试验,大胆改革,才能提高物理规律的教学水平.

参考文献

1 许国梁.中学物理教学法.北京:人民教

育出版社,1981.1

2 南冲.中学物理教学研究.北京:海潮出版社,1993.