论文部分内容阅读
摘要:人们研究事物或运动时从总体出发,重点考虑最后的结果,忽略事物发展过程中内部结构的细节,只要两个不同的事物或运动具有相同的功能和结果,可使二者相互代替,就视为等效。本文使用等效思维方法解决物理理论教学,强调了等效思维是物理学研究问题的重要方法之一,教学中应予足够重视。
关键词:等效思维;平衡力;物理教学
把两个阻值分别为2欧姆和6欧姆的电阻串联接入电路,其总电阻为8欧姆,总电阻等于各分电阻之和,总电阻大于其中任何一个分电阻。对这种总分关系,学生容易理解。但是如果我们把这两个电阻并联接入电路,其总电阻为1.5欧姆,总电阻小于其中任何一个分电阻。对于这种“总”反而小于“分”的总分关系,相当一部分学生颇费理解。为此我们有必要引入一个“等效电阻”的概念,以“等效电阻”或者“等值电阻”取代“总电阻”。学生即可规避“总”小于“分”的疑惑。
一、什么是等效思维方法
如果两个电阻R1和R2,串联在电路中对电流的阻碍作用与另一个电阻R接在同一电路中对电流的阻碍作用相同,那么就说电阻R与串联电阻R1和R2是等效电阻;用天平测物体质量实际上是利用了天平平衡后砝码质量等效于物体质量的道理;用温度计测物体温度,实质上是温度计与被物体充分接触达到热平衡状态后,温度计的示数等效于被测物体的温度;解答物理习题将物理公式变形实则是在进行数学方程的等效变换……
如果一现象或事物与另一现象或事物在某一方面的物理属性相同,那么我们就说这两个现象或事物在某一物理属性方面是等效的。
因为“等效”涉及到两个物理对象,所以利用“等效”的观点可以从已知对象的某种属性获知与它等效的另一对象的同种属性。于是“等效”的观点成为研究、学习物理的一种重要的思维方法,简称等效思维方法。
在学习物理的过程中,应用等效思维方法理解概念、推证规律、解答问题,简捷明晰,常有出奇制胜之妙。
二、应用等效思维方法理解概念
1.“不受外力”与“受平衡力”
牛顿第一运动定律断言,在没有任何作用力的情况下,物体或者保持静止,或者作匀速直线运动。初中物理“物体在平衡力作用下的运动”一节中的结论是“物体在平衡力作用下,将保持匀速直线运动状态或静止状态”。这常常使初学物理的学生难以理解,混淆不清。
从等效的角度来看,“不受外力”与“受平衡力”是等效的。换句话说,受平衡力就相当于没有任何力的作用。例如,用手推书使其沿水平桌面移动,手停止推,书的移动速度减慢,最后也停止,是因为桌面对滑动着的书有方向相反的摩擦力作用。希望书保持匀速直线运动,必须继续施加某一向前的力,书面与桌面越光滑摩擦力就越小,保持书匀速运动所需施加的力也就越小,如果摩擦力能够完全消除的话,那么一旦书开始运动,就无需任何向前的力去维持,书将永远匀速运动,可见,如果摩擦力被一大小相等的向前的作用力所抵消吋,那么书也就继续匀速运动下去。所以,牛顿第一运动定律还包含这样的意思:如果物体受平衡力作用时,那么它将保持匀速直线运动状态或静止状态。
因为不受任何外力作用的物体是不存在的,所以牛顿第一运动定律中所述物体的运动只是一种理想情况。我们平常所说的“匀速直线运动状态或静止状态”都是物体在平衡力作用下的情况。
这样,我们便应用等效观点,根据牛顿第一运动定律说明了“物体在平衡力作用下将保持匀速直线运动状态或静止状态”的道理,并且后者被包括在前者中成为前者的特例。
2.电流的方向
物理学中人为地规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。但学生在学习了“金属导体中的电流方向跟自由电子的实际移动方向相反”之后,总想不通“为什么不把电流方向改为自由电子定向移动的方向?”
直到现在,物理学中也没有修改原来关于电流方向的规定,原因是多方面的,其最重要的是因为正负电荷向相反方向移动所产生的效果相同。换句话说,沿用原来规定的电流方向与把电流方向改为负电荷定向移动的方向,研究电学问题时所得出的结果完全相同。
三、应用等效思维方法推证规律
在初中物理中,阿基米德定律是用实验方法得出来的,它还可以根据浮力产生的本质应用数学方法导出。
想象地在液体内部勾画出一小块液体A。这块液体一定受到周围液体对它的压力,作用在前、后与左、右侧面上的压力大小相等,方向相反,彼此平衡;作用在上、下两面的压力不等,向上的压力大于向下的压力,使A受到了液体对它的阻力,因A静止不动,故浮力等于重力。现在将一个与A形状相同、体积相等的物体B放在A处代替A,那么B受到的浮力一定等于A的重量,因为A虽被取代了,但A周围的环境并末改变,即B与A所受浮力是等效的。可见,浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体所排开的液体的重量。
应该指出的是,“等效”顾名思义是“效果相等”,是指两个物理对象或过程在某一方面所产生的效果相同,从而在这方面具有相同的属性。同时等效思维方法在中学各学科均有涉及,在我们的日常生活和生产实践中亦有着广泛的应用,本文仅为笔者在初中物理课堂教学中的一己之见。
(作者单位:西藏自治区聂拉木县中学)
关键词:等效思维;平衡力;物理教学
把两个阻值分别为2欧姆和6欧姆的电阻串联接入电路,其总电阻为8欧姆,总电阻等于各分电阻之和,总电阻大于其中任何一个分电阻。对这种总分关系,学生容易理解。但是如果我们把这两个电阻并联接入电路,其总电阻为1.5欧姆,总电阻小于其中任何一个分电阻。对于这种“总”反而小于“分”的总分关系,相当一部分学生颇费理解。为此我们有必要引入一个“等效电阻”的概念,以“等效电阻”或者“等值电阻”取代“总电阻”。学生即可规避“总”小于“分”的疑惑。
一、什么是等效思维方法
如果两个电阻R1和R2,串联在电路中对电流的阻碍作用与另一个电阻R接在同一电路中对电流的阻碍作用相同,那么就说电阻R与串联电阻R1和R2是等效电阻;用天平测物体质量实际上是利用了天平平衡后砝码质量等效于物体质量的道理;用温度计测物体温度,实质上是温度计与被物体充分接触达到热平衡状态后,温度计的示数等效于被测物体的温度;解答物理习题将物理公式变形实则是在进行数学方程的等效变换……
如果一现象或事物与另一现象或事物在某一方面的物理属性相同,那么我们就说这两个现象或事物在某一物理属性方面是等效的。
因为“等效”涉及到两个物理对象,所以利用“等效”的观点可以从已知对象的某种属性获知与它等效的另一对象的同种属性。于是“等效”的观点成为研究、学习物理的一种重要的思维方法,简称等效思维方法。
在学习物理的过程中,应用等效思维方法理解概念、推证规律、解答问题,简捷明晰,常有出奇制胜之妙。
二、应用等效思维方法理解概念
1.“不受外力”与“受平衡力”
牛顿第一运动定律断言,在没有任何作用力的情况下,物体或者保持静止,或者作匀速直线运动。初中物理“物体在平衡力作用下的运动”一节中的结论是“物体在平衡力作用下,将保持匀速直线运动状态或静止状态”。这常常使初学物理的学生难以理解,混淆不清。
从等效的角度来看,“不受外力”与“受平衡力”是等效的。换句话说,受平衡力就相当于没有任何力的作用。例如,用手推书使其沿水平桌面移动,手停止推,书的移动速度减慢,最后也停止,是因为桌面对滑动着的书有方向相反的摩擦力作用。希望书保持匀速直线运动,必须继续施加某一向前的力,书面与桌面越光滑摩擦力就越小,保持书匀速运动所需施加的力也就越小,如果摩擦力能够完全消除的话,那么一旦书开始运动,就无需任何向前的力去维持,书将永远匀速运动,可见,如果摩擦力被一大小相等的向前的作用力所抵消吋,那么书也就继续匀速运动下去。所以,牛顿第一运动定律还包含这样的意思:如果物体受平衡力作用时,那么它将保持匀速直线运动状态或静止状态。
因为不受任何外力作用的物体是不存在的,所以牛顿第一运动定律中所述物体的运动只是一种理想情况。我们平常所说的“匀速直线运动状态或静止状态”都是物体在平衡力作用下的情况。
这样,我们便应用等效观点,根据牛顿第一运动定律说明了“物体在平衡力作用下将保持匀速直线运动状态或静止状态”的道理,并且后者被包括在前者中成为前者的特例。
2.电流的方向
物理学中人为地规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。但学生在学习了“金属导体中的电流方向跟自由电子的实际移动方向相反”之后,总想不通“为什么不把电流方向改为自由电子定向移动的方向?”
直到现在,物理学中也没有修改原来关于电流方向的规定,原因是多方面的,其最重要的是因为正负电荷向相反方向移动所产生的效果相同。换句话说,沿用原来规定的电流方向与把电流方向改为负电荷定向移动的方向,研究电学问题时所得出的结果完全相同。
三、应用等效思维方法推证规律
在初中物理中,阿基米德定律是用实验方法得出来的,它还可以根据浮力产生的本质应用数学方法导出。
想象地在液体内部勾画出一小块液体A。这块液体一定受到周围液体对它的压力,作用在前、后与左、右侧面上的压力大小相等,方向相反,彼此平衡;作用在上、下两面的压力不等,向上的压力大于向下的压力,使A受到了液体对它的阻力,因A静止不动,故浮力等于重力。现在将一个与A形状相同、体积相等的物体B放在A处代替A,那么B受到的浮力一定等于A的重量,因为A虽被取代了,但A周围的环境并末改变,即B与A所受浮力是等效的。可见,浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体所排开的液体的重量。
应该指出的是,“等效”顾名思义是“效果相等”,是指两个物理对象或过程在某一方面所产生的效果相同,从而在这方面具有相同的属性。同时等效思维方法在中学各学科均有涉及,在我们的日常生活和生产实践中亦有着广泛的应用,本文仅为笔者在初中物理课堂教学中的一己之见。
(作者单位:西藏自治区聂拉木县中学)