重視物理思想和物理方法的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)在高中物理教學(xué)中運用的探索微型課題

1、重視物理思想和物理方法的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)在高中物理教學(xué)中運用的探索四川省巴中中學(xué) 吳尚奉一、研究緣由天天和同學(xué)們在一起學(xué)習(xí)、交流，經(jīng)常與老師們在一起聽課、研討、交流和學(xué)習(xí)，耳聞目睹了學(xué)子們學(xué)習(xí)的辛苦。有些老師上一節(jié)課，寫幾黑板，講的內(nèi)容實在太多太繁了，甚至還要求學(xué)生把課本的原始概念都抄寫下來，老師講的內(nèi)容都要記下來。學(xué)生們一節(jié)課忙于記筆記，便耽誤了聽講，不記吧，那么多學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生不在課余時間消化，有的課程學(xué)起來還真感到吃力。再翻開學(xué)生的學(xué)習(xí)筆記，又多、又亂，學(xué)生學(xué)習(xí)的重點、難點不知道，焦點、熱點不清楚，思路、方法不明白。如何理解物理概念，如何進行知識整理，如何探討思路方法，如何記筆記，這些都是學(xué)生

2、學(xué)習(xí)的盲點。每每想到這些，我就感到實在不是滋味。二、研究目的我一直在想，我們不是在搞研究性學(xué)習(xí)嗎？我們不是搞校本課程的實驗嗎？為什么老師不能把教材的內(nèi)涵挖掘出來，梳理出來，把概念和規(guī)律、思路和方法、模型和特點、公式和常識、條件和結(jié)論，特別是學(xué)習(xí)物理的思想和方法總結(jié)出來，寫出一本優(yōu)秀的筆記本，盡量減少不必要的、繁多的課堂筆錄，提高課堂學(xué)習(xí)效率呢？三、研究內(nèi)容物理思想教學(xué)中的運用策略。四、研究對象高2012級10班、16班、22班。五、研究方法在課堂教學(xué)逐步實施（見教學(xué)論文）。六、研究步驟（一）準備階段（2012年9月1日至10日）。學(xué)習(xí)探究式教學(xué)的相關(guān)理論，制定研究方案。（二）實施研究（2012

3、年9月10日至2013年2月）。探究式教學(xué)法在高中物理教學(xué)中運用策略的探索。（三）總結(jié)階段（2013年3月1日至20日）。歸納物理思想、物理方法在教學(xué)中運用策略。七、預(yù)期研究成果總結(jié)報告高中物理學(xué)習(xí)方法在教學(xué)中的應(yīng)用探究四川省巴中中學(xué) 吳尚奉摘要：教無定法，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)成績的提高，就是好的教法。有的老師為了提高高一學(xué)生的成績，布置許多不同類型、花大量的時間去收集大量的習(xí)題給學(xué)生做，然后再花大量時間去批閱、評講，當(dāng)然收效也是肯定的。對我來說，許多年來，我的教學(xué)平時練題很少，而是把教學(xué)的中心放在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理、分析問題的方法上，收到了明顯的效果。如：模型法、隔離法與整體法、圖解法、逆

4、向思維法、假設(shè)法、排除法、對稱法、等效法、類比法、實驗法、端值法等。下面就其中作部分介紹。我個人認為：模型法、隔離法與整體法、假設(shè)法、圖解法貫穿高中三年物理學(xué)習(xí)的始終，其他方法只作特殊場合使用，下面作些介紹。一、模型法為研究物理問題方便起見，將某些實際問題抽象概括，形成一些物理模型，利用理想化物理模型求解物理問題，是學(xué)習(xí)物理相當(dāng)重要的思維方法。物理問題從一定意義上來說都是依照一定的物理模型來擬定的，解題過程實質(zhì)上就是分析和還原物理模型的過程，是高中物理學(xué)習(xí)中最重要的方法。特別是近年來高考的創(chuàng)新題型的破解，方法就是要從對題所表述的物理情境中去收集、提煉相關(guān)信息，建立出相應(yīng)的物理模型。舉例如下：例

5、1、甲、乙兩運動員在訓(xùn)練交接棒的過程中發(fā)現(xiàn)：甲經(jīng)短距離加速后能保持9m/s的速度跑完全程；乙從起跑后到接棒前的運動是均加速的。為了確定乙起跑的時機，需在接力區(qū)前適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置標(biāo)記。在某次練習(xí)中，甲在接力區(qū)前=13.5m處作了標(biāo)記，并以=9m/s的速度跑到此標(biāo)記時向乙發(fā)出起跑口令，乙在接力區(qū)的前端聽到口令時起跑，并恰好在速度達到與甲相同時被甲追上，完成交接棒。已知接力區(qū)的長度為L=20m。求：（1）此次練習(xí)中乙在接棒前的加速度a；（2）在完成交接棒時乙離接力區(qū)末端的距離。分析：模型建立：整個題型立意為追求問題模型，具體來說，甲從發(fā)出口令到完成交棒是初速度為零的加速運動模型。解析根據(jù)題意畫出運動草

6、圖，如圖所示。a乙起跑甲口令L=20m接力區(qū)(1)在甲發(fā)出口令后，乙做加速度為a的勻加速運動，經(jīng)過時間t，位移為，速度達到=9m/s時，甲的位移為，有t= =at2 =+ 建立以上各式可得=3m/s2(2)在這段時間內(nèi)乙在連力區(qū)的位移=13.5m所以在完成交接棒時，乙與接力區(qū)末端的距離=6.5m例2：分析：首先是將整個拖把等效為質(zhì)點模型，受力如圖6，拖把是由拖桿和拖把頭構(gòu)成的擦地工具（圖如），設(shè)備把頭的質(zhì)量為m，拖桿質(zhì)量可以忽略；拖把頭與地板之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)，重力加速度為g，某同學(xué)用該拖把在水平地板上拖地時，沿拖桿方向推拖把，拖桿與豎直方向的夾角為。（1）若拖把頭在地板上勻速移動，救推拖

7、把的力的大小。N（2）設(shè)能使該拖把在地板上從靜止剛好開始運動的水平推力與此時地板對拖把的正壓力的比值為。已知存在一臨界角，f若，則不管沿拖桿方向的推力多大，都不可能使拖把從靜止開始運動。求這一臨界角的正切tan.mgF另外整個題的立意為共點力平衡問題模型。解析（1）設(shè)該同學(xué)沿拖桿方向用大小為F的力推拖把，將推拖把的力沿豎直和水平方向分解，按平衡條件有：Fcos+mg=N Fsin=f式中N和f分別為地板對拖把的正壓力和摩擦力，按摩擦定律有f=N。聯(lián)立式得F=mg。（2）若不管沿拖桿方向用多大的力都不能使拖把從靜止開始運動，應(yīng)有FsinN. 這時式仍滿足，聯(lián)立式得sin-cos現(xiàn)考察使上式成立的

8、角的取值范圍。注意到上式右邊總是大于零，且當(dāng)F無限大時極限為零，有sin-cos0. 使上式成立的角滿足，這里是題中所定義的臨界角，即當(dāng)時，不管沿拖桿方向用多大的力都推不動拖把。臨界角的正切為tan=. 二、隔離法和整體法1、隔離分析法是把選定的研究對象從所在物理情境中抽取出來，加以研究分析的一種方法。涉及問題往往有幾個研究對策，應(yīng)對它們逐一隔離分析、列式，并且還要找出這些隔離對象間的聯(lián)系。從而聯(lián)立求解。2、整體分析法是把一個物體系統(tǒng)（含九個物體）看成一個整體，或是著眼于物體運動的全過程，而不考慮各階段不同運動情況的一種分析方法。例1：如圖所示，用輕質(zhì)細繩把兩個質(zhì)量未知的小球懸掛起來，對小球a

9、持續(xù)施加一個向左偏下30°的恒力，并對小球b持續(xù)施加一個向右偏上30°的同樣大的恒力，最后達到平衡，表示平衡狀態(tài)的圖可能是圖中的（ ）。解析對于連接體問題既可以采用整體法，也可以采用隔離法或者兩者交替使用。解法1 將a、b兩球及兩球間的繩看做一個物體系統(tǒng)，以這個系統(tǒng)為研究對象。因為作用在a、b上的恒力等大、反向，其合外力為零，而a、b受的重力豎直向下，要保持平衡，故a到懸點的細繩的力必然沿豎直方向向上。解法2 對a、b分別進行受力分析，如圖所示。對a：水平方向平衡有：F1cos30°=T1cos+T2cos，對b：水平方向平衡有 cos=F2cos30°

10、,因F1=F2，則T1cos=0，T10，=90°故B正確。例2，一個氣球以4m/s的速度豎直上升，氣球下面系著一個重物，當(dāng)氣球上升到下面的重物離地面217m時系重物的繩斷了，問這時起重物經(jīng)過多長時間落到地面？重物著地時速度多大？（取g=10m/s2）解析繩未斷時，重物隨氣球以4m/s的速度勻速上升，繩斷后，由于慣性，將體將在離地面217m處以初速度=4m/s做豎直上拋運動，示意圖如圖所示。解法1（分段法）上升階段物體做勻減速運動，上升的最大高度h1=0.8m上升到最高點所需的時間t1=0.4s下降階段物體做自由落體運動，有h1+h=則t2=6.6s故從繩斷開始到重物著地所需的時間

11、t=t1+t2=7s重物著地時的速度=ht2=66m/s解法2（整體法）以拋出點為坐標(biāo)原點，取豎直向上為正方向，則因h=t-,h=-217m故t1=7s, t2=-6.2s（不合題意，舍去）故=-gt1=-66m/s，“-”表示著地時速度方向豎直向下例2中解法更為簡捷。三、假設(shè)法：1、有些物理問題在變化過程中可能會出現(xiàn)臨界問題，也可能不出現(xiàn)臨界問題。2、有些物理問題的結(jié)果預(yù)先只能分析出有一些可能性。解答這類題目，一般要用假設(shè)法。例1：兩重疊在一起的滑塊，置于固定的傾角為的斜面上，如圖專題二-1所示，滑塊A、B的質(zhì)量分別為M、m，A與斜面間的動摩擦因數(shù)為，B與A的動摩擦因數(shù)為，已知兩滑塊都從斜面

12、由靜止以相同的加速度滑下，滑塊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解析本題根據(jù)牛頓第二定律確定靜摩擦力，并需應(yīng)用假設(shè)法，對A、B整體，受力分析如圖專題二-2（a）所示，在沿斜面方向上由牛頓第二定律有(m+M)sin-F(m+M)a 且滑動摩擦力F=(m+M)gcos 假設(shè)B受的摩擦力FB方向沿斜面向下，B的受力圖如圖專題二-2（b）所示，在沿斜面方向上有 mgsin+FB=ma 由式解得：FB=-mgcos負號表示FB方向與假設(shè)的方向相反，即應(yīng)沿斜面向上。答案B、C例1：如圖所示，將一個鋼球分別放在量杯、口大上的普通茶壞和燒杯中，鋼球在

13、各容器的底部與側(cè)壁相接觸，處于靜止?fàn)顟B(tài)，若鋼球和各容器光滑的，各容器的底部均處于水平面內(nèi)，則以下說法中正確的是（ ）A、各容器的側(cè)壁對鋼球均無彈力作用B、各容器的側(cè)壁對鋼球均有彈力作用C、量杯的側(cè)壁對鋼球無彈力作用，其余兩種容器的側(cè)壁對鋼球均有彈力作用D、口大底小的普通茶杯的側(cè)壁對鋼球有彈力作用，其余兩種容器的側(cè)壁對鋼球無彈力作用。解析小球與容器的側(cè)壁接觸，是否有彈力作用，就看接觸處是否發(fā)生彈性形變，但微小形變難以覺察，只能借助假設(shè)去判斷。假設(shè)容器側(cè)壁對鋼球無彈力作用，則鋼球受重力和容器底部對它的支持力作用，鋼球仍將處于靜止?fàn)顟B(tài)，故鋼球與容器側(cè)壁雖然接觸但沒有發(fā)生彈性形變，容器側(cè)壁對鋼球無彈力

14、作用的假設(shè)成立。我們也可以假設(shè)容器側(cè)壁對鋼球有彈力作用，作出各容器中鋼球的受力示意圖如圖14-3所示，可見三種情況均與鋼球靜止的題設(shè)條件相矛盾，所以原假設(shè)不成立，各容器的側(cè)壁對鋼球無彈力作用。因此，本題正確選項為A。四、圖解法就是通過作圖來分析或求解某個物理量的大小及變化趨勢的一種解題方法，通過作圖來揭示物理過程、物理規(guī)律，具有直觀形象、簡單明了等優(yōu)點。例9某物體做初速度不為0的勻變速直線運動，在時間t內(nèi)通過的位移為s，設(shè)運動過程中間時刻的瞬時速度為v1，通過位移s中點的瞬間速度為v2，則A、若物體做勻加速直線運動，則v1v2B、若物體做勻加速直線運動，則v1v2C、若物體做勻減速直線運動，則

15、v1v2D、若物體做勻減速直線運動，則v1v2解析初速度不為0的勻加速直線運動與勻減速運動的圖像如圖(a)、(b)所示在圖(a)、(b)上分別作出中間時刻所對應(yīng)的速度v1，根據(jù)圖線下方所圍的面積即為運動物體所通過的位移，將梯形分為左右面積相等的兩部分，作出位移中點對應(yīng)的速度v2，可見不論是勻加速運動還是勻減速運動，都是v1v2。故本題答案應(yīng)選B、D。例2：如圖所示，把球夾在豎直墻面AC和木板BC之間，不計摩擦，球?qū)Φ膲毫镹1，球?qū)Π宓膲毫镹2，在將板BC逐漸放至水平的過程中，下列說法中正確的是（ ）A、N1和N2都增大 B、N1和N2都減小C、N1增大，N2減小 D、N1減小，N2增大解

16、析此題為一動態(tài)平衡問題，受力情況雖有變化，但球始終處于平衡狀態(tài)。方法一 圖解法對球受力分析如圖23-9所示，它受重力G、墻對球的支持力和板對球的支持力而平衡。作出和的合力F，它與G等大反向。在板BC逐漸放至水平的過程中，的方向不變，大小逐漸減小，的方向發(fā)生變化，大小也逐漸減小，如圖23-9所示，由牛頓第三定律可知：N1=·N2=。故選項B正確。方法二 解析法對球受力分析如圖23-10所示，受重力G、墻對球支持力和板對球的支持力而平衡。則 F=G,=Ftan，=，所以 =Gtan, =在板BC逐漸放至水平的過程中，逐漸減小，由上式可知，減小，也減小，根據(jù)牛頓第三定律可知，N1=、N2=

17、，故答案B正確。高中物理必修1物理思維方法的教學(xué)巴中中學(xué)吳尚奉摘要在高一物理教材（必修1）的緒言中有這樣的文字這次課程改革根據(jù)現(xiàn)代教育理論，提出了以“提高全體高中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”為目標(biāo)的課程目標(biāo)，過去的教學(xué)大綱主要強調(diào)科學(xué)知識，而現(xiàn)在的課程標(biāo)準則強調(diào)“知識與技能，過程與方法、情感、態(tài)度與價值觀”的三維教學(xué)目標(biāo)，強調(diào)以學(xué)生為本，提倡在老師的指導(dǎo)下讓同學(xué)們經(jīng)歷動手動腦的自主學(xué)習(xí)過程，不但學(xué)習(xí)知識，還學(xué)習(xí)科學(xué)思想、方法，要學(xué)會學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：探究1、理想化方法到理想模型我們是生活中由形形色色物質(zhì)組成的物質(zhì)世界里各種物體相互作用，彼此影響。因此我們探究物體問題，尋找其規(guī)律的時候，必須會涉及到影響研究對象

18、的各種因素，有的是影響對象的主要因素，而有的只是次要因素，可以在研究的時候事先忽略，不予考慮。這種保留主要因素而忽略次要因素的思維方法同城成為理想化方法，而這種從實際物體中抽象出來的被理想化了的研究對象稱為理想化模型。（1）例如必修1，第一章第一節(jié)關(guān)于質(zhì)點模型的建立。通過問題討論讓學(xué)生接受質(zhì)點模型問題1：研究巴中車站開出的大巴車達到成都站所需的時間，能否把大巴車看成一個質(zhì)點？是否考慮大巴車有一定的長度（約20m）。研究長為20m的大巴車過巴州大橋（長約）150m的過橋時間，是否考慮大巴車有一定的長度？能否也當(dāng)成質(zhì)點？問題2：在10m高臺跳水中，只考慮運動員完成動作的時間，能否把運動員看成質(zhì)點？

19、若要考慮運動員完成動作的質(zhì)量，能否把運動員看成質(zhì)點？問題3：在研究地球公轉(zhuǎn)周期時，地球的大小能否不計，而研究地球上不同地區(qū)季節(jié)變化，晝夜長短變化還能夠把地球當(dāng)成質(zhì)點？通過上面三個問題的討論。學(xué)生會豁然開朗三個問題。是否把實際物體看成質(zhì)點模型與我們需要研究的問題相關(guān)；在有得研究問題中，把物體當(dāng)成質(zhì)點模型是非常必要的；不是很小的物體才能當(dāng)成質(zhì)點，而很大的物體就不能當(dāng)質(zhì)點處理。（2）在高中物理中還會遇到的理想模型。伽利略的理想斜面實驗?zāi)Ｐ蛯⑿∏蚺c斜面的摩擦忽略而變?yōu)槔硐牖?。但是生活中注入此類的理想實驗是辦不到的，是一個頭腦中想象存在的實驗假象，理想實驗是一種以可靠事實為依據(jù)，忽略次要因素，并把實驗的

20、情況合理處推到一種理想狀態(tài)。雖然是一個假想的實驗，但所揭示的實物的本質(zhì)仍然是正確的。勻速直線運功 勻變速直線運動自由落體運動等在生活中絕對找不出上述運動形式。但是研究火車在有限一段半直軌道到運動，啟動階段可當(dāng)勻加速運動處理，剎車階段可當(dāng)勻減運動處理，完成啟動階段后可當(dāng)勻速直線運動處理。在地面上有限高度的下落物體的運動可當(dāng)自由落體處理。學(xué)生訓(xùn)題中常提到的“光滑平面”、“輕桿”、“輕繩”、“輕彈簧”。生活中沒有這些實物，但為了研究所給出的物理問題而進行理想化的模型。以后會學(xué)習(xí)的理想化模型“單擺”、“點電荷”、“理想氣體”等。2、極限思維方法的應(yīng)用在物理問題的研究中涉及一個較為復(fù)雜的過程，其過程中的

21、細節(jié)規(guī)律可能無法顯現(xiàn)，但是當(dāng)把過程推向它的極端，往往就可以得出規(guī)律性的結(jié)論，這就是我對極端思維方法的理解。對學(xué)生這種思維方法培養(yǎng)具有前瞻性的意義。伽利略理想斜面實驗教學(xué)中進下列問題探究和討論問題1：一個不受任何力的物體是否存在？（沒有）問題2：沿對接面斜面運動的小球受到那些力（壓力、支持力、摩擦力）問題3：小球能否達到對接斜面上的同一高度？為什么？（不能，受摩擦力影響）問題4：如果不計摩擦（理想化）會怎樣？（小球達到另一斜面同樣高度）。問題5：小球到另一斜面同一高度速度為什么減為零？（受力作用）問題6：改變斜面坡度會怎樣？（在斜面上運動更長距離）上面6個問題仍然未顯現(xiàn)力和運動的本質(zhì)規(guī)律，那么下

22、面的外推就很重。問題7：當(dāng)對接斜面的坡度為零，即是斜面坡度的極限，小球會怎樣運動？（保持速度不變永遠運動下去），小球受到合力如何？（重力和支持力的合力為零，好像不受力一樣）。高中物理教材必修1瞬時速度的提出在高中物理中沒有對瞬時速度的大小和方向給出明確的定義。而是根據(jù)平均速度的大小和方向，再運用極限思維的方法讓學(xué)生去理解和掌握瞬時速度的意義。問題1：勻速直線運動由于速度不變，資料見考點P17、P23、必修2P3，用求出的是平均速度，也就是瞬時速度。問題2：變速運動的瞬時速度是圍繞改點附近取極短的時間t（t的極限趨于零）的平均速度s/t為該店的瞬時速度的大小，位移s的方向也就趨于該店的切線方向為

23、瞬時速度的方向。在必修1中學(xué)生由了這種思維方法的啟示，那么在必修2中（見教材第3頁）關(guān)于曲線運動的速度方向的理解也就沒有障礙了。3、假說思維方法簡介在物理問題的探究中，往往對問題的規(guī)律性沒有預(yù)先的結(jié)果，但有其可能性，因此在各種可能性中提出一種假說，并建立相應(yīng)的模型。必修1的教材中有意地編寫了關(guān)于伽利略對落體運動的規(guī)律的探究內(nèi)容，講解了運用假說的思維方法探究物理規(guī)律的一般過程：發(fā)現(xiàn)問題（質(zhì)疑）對現(xiàn)象的觀察（去偽）提出假設(shè)運用教學(xué)和邏輯手段得出推論實驗驗證合理外推得出結(jié)論。并用愛因斯坦的話“伽利略發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，它標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端?！边M行了高度評價。以后的學(xué)習(xí)還會遇到有關(guān)假說的思維方法。例如關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)模型的的建立涵蓋從湯姆生模型盧瑟福模型波爾模型電子云的歷史過程；關(guān)于光的本性的歷史過程涵蓋從微 說波動說電磁說光子