如何更深入地解释这一概念_加速度论文

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在中学物理教学过程中,经常会听到学生有这样的反映,上课讲的内容听听都能听懂,但一到解题就无从下手。这是物理教学中普遍存在的问题,究其原因,是学生在学习中对物理学中最基本的概念缺乏深刻的理解,停留在一知半解的状态,似懂非懂,或者对概念知其然而不知其所以然,从而无法理清概念间联系。因此在物理教学中要想取得满意的效果,关键是要根据物理概念的特点,在概念的引入、加深及概念间的联系上多作探讨,努力把概念讲清楚,讲深刻。

物理概念和规律是中学物理中最重要的内容,物理概念是物理理论中最基础的组元,反映了物理事实中最本质的特征,是学生学好物理的基础和台阶。物理概念的教学是中学物理教学的关键。如何通过概念教学,使学生形成深刻的物理概念和较完整的概念体系,对培养学生的能力,提高物理教学质量有着十分重要的作用。

一、概念的建立

学生掌握概念的过程包括感知、理解和运用三个相互关键的过程。许多物理概念和规律都是随着物理学科的发展应运而生,是从大量的具体事例中抽象出来的。在学生初步形成概念的过程中,我们要尽可能让学生多接触与此概念有关的物理现象,在教师有目的的引导下,将概念建立的过程暴露给学生,让学生充当概念建立的主角,这样能使学生积极主动,提高逻辑思维能力和概括能力,达到事半功倍的结果。例如,质点概念的建立,如果老师直接提出:“质点是物理学中的一种理想模型,是有质量没有大小的点”。那么学生将感到突然,只能停留在死记硬背的基础上,效果肯定不好。如果我们在引入制质点前先举例,如地球公转,火车远途行驶等,说明这样情况下,物体大小对问题没有影响,完全可用一个点表示,这样,质点的概念也就呼之欲出了,然后再说明平动的物体各点运动规律都相同,一个点的运动规律就可代表物体各点的规律,则物体也可用一个点表示,这样质点概念水到渠成,学生容易接受,诸如理想气体、点电荷、光线等都可用这种方法来建立概念。

有些用比值法定义的物理量往往比较抽象,如电场强度E、电势U、电容C、加速度a等,在建立这些概念时,我们应向学生交代物理的思想方法,培养学生的物理思维能力,搞清这类概念表达的状态变化率、效果或物质某些方面的属性等,从这些量度公式中理解它们的物理过程与物理符号的真实内容,切忌被数学符号形式化,忽视了物理概念的丰富内容,一定要从量度公式中揭示所定义的概念与有关概念的真实依存关系和物理过程,防止学生死记、硬背和乱用。当然,对每个概念的加深,都要遵循学生的认识规律,不能作不切实际的要求,一步到位。例如讲加速度概念,首先交代背景,为了研究变速运动速度变化快慢,通过对速度概念的复习和比较不同物体的速度变化情况,如火车由静止到速度为20米/秒用了100秒,小汽车由静止到10米/秒用了2秒,比较速度变化大小和快慢,定义出加速度的概念,为了降低概念的陌生感,可向学生介绍小汽车质量技术指标中有一个很重要的叫加速性能。在初步形成概念后为防止错误理解,可以用下列类型选择题予以澄清。

例:下列说法正确的是

A.速度大的物体加速度一定大。

B.速度变化量越大,物体加速度也越大。

C.速度为零,加速度也一定为零。

D.速度变化越快,加速度越大。

强调概念的内涵,加速度描述物体速度变化快慢(即速度变化率)。

学习了牛顿第二定律后,加速度概念得以加深,产生加速度的原因是由于物体受到合外力的作用,然后又可用下列选择题:

A.速度增大时,加速度也一定增大。

B.加速度增大时,速度不一定增大。

C.加速度方向一定与速度方向一致。

D.物体受合外力减小时,速度也一定减小。

强调加速度产生的原因和方向性,同时得出速度大小变化与加速度的联系。

通过力的独立作用原理,我们又可以通过以下讨论来加深加速度概念,一个小球从空中下落,下落过程中受一水平作用力作用,它的落地时间会否变化?

学习了电场与磁场内容,我们又可以结合加速度概念进行带电粒子运动过程的分析。

例:一带正电小球从一高台中水平抛出(图1),它落地时间为t,水平位移s。如在小球运动空间加一垂直纸面向里的匀强磁场,小球以相同速度抛出,它落地时间t',水平位移s',比较:①t与t'大小。②s与s'大小。③落地时速度v与v'大小。

本题要用运动独立性原理对小球在两种情况下两个分运动的加速度和速度变化情况进行分析。无磁场时水平方向匀速,竖直方向自由落体。有磁场时受洛仑兹力,导致竖直方向合力mg-F[,y]<mg.ay变小,则落地时间延长,又水平受F[,x]作用加速,又时间延长,所以得到落地时水平位移增大,由于落仑兹力不做功,则落地速度大小不变。

曾看到有这样一道命题:有一足够大匀强磁场如图2所示,磁感应强度为B,一带电+q,质量为m的小球在磁场中由静止释放,在磁场力作用下发生偏转、最后沿水平方向匀速运动,求(1)最后匀速运动速度。(2)由释放到水平运动所下落的高度。

初看这是一道好题,由水平匀速可得mg=Bqv,又由机械能守恒可得

mgh=1/2mv[2]。

实际上上面的命题是错误的,题中所设的情况最后水平匀速是不可能的。我们可用力和加速度的关系加以分析。小球由下落到匀速,在竖直方向初速和末速均为零,中间过程有竖直分速度,则竖直方向速度一定是先增加后减小,当竖直分速度达最大时竖直加速度一定为零,此时Fy=mg、即FSinθ=mg,物体由此位置继续运动时,速度逐渐变水平,即Q增长,又由机械能守恒可知速度一定增大,则F增大,FSinθ>mg,到水平时必有Bqv>mg,则小球不可能水平方向匀速直线运动。

由加速度概念的形成过程可以看出,教师在学生形成概念过程中主要应起引导作用,教学中应注意以下几个方面:

1.要把怎样形成概念、建立概念的思路过程考虑得很周到,引导学生,让学生主动考虑问题,不至于教师讲什么听什么、被动接受,减少学习中的盲目性。

2.结合实际精心挑选最好的事例,最好的演示、最好的实验,让学生去观察分析,让学生在此基础上上升到理性认识,培养逻辑思维能力。

3.在学生由观察到上升到概念时,应发挥启发学生的作用,引导他们积极思考,最后由教师归纳要点,把概念讲清楚。

4.要注意引导学生联系已讲过的概念分析典型事例和具体问题,以形成一紧密联系的概念体系。

5.从不同侧面挖掘概念内涵,使学生形成深刻的内容丰富的概念。

二、概念的辨析

物理中有一些重要的概念从定义方法、表达形式等很相似,学生在学习中容易造成混淆,后一概念受前一概念的干扰,乱搬乱套,造成畏难情绪。诸如速度与加速度,位移和路程,动量和动能,功和冲量,电势和电势能等,如果有针对性地加以比较,对学生掌握物理概念,提高学习兴趣会起到很好的效果。

例:下列说法正确的是

A.动量不变的物体,动能也一定不变。

B.动能不变的物体,动量也一定不变。

C.动能较大的物体,动量也一定较大。

D.动量相等的两个物体动能也一定相等。

E.外力对物体做功为零,则冲量也必为零。

F.外力对物体冲量为零,则做功也必为零。

通过比较将会使学生对概念的理解如定量表达式、矢量性及遵循的规律等有所加深。

学生对概念发生混淆时,会乱套公式、乱编乱造,如在下列题中,学生由于对概念的矢量性及遵循的规律含糊不清,形成错解。

例:在一水平方向的匀强电场中,有一质量m、电量为q的微粒以初速v[,0]竖直向上垂直打入电场,由A点运动至B点时速度变为水平向右大小仍为v[,0],求该电场的电场强度及AB两点间的电势差。

学生在解此题时,会有如下解法:

由水平方向,用动能定理

上述解法中犯了一个概念错误,因动

能是标量,没有分量形式,故①②式都犯了概念理解的错误、造成这种错误的原因是学生混淆了动量和动能的区别。

学生在概念不清时,对所遵循的规律就无法真正领会,运用不灵,例:

如图4一个带电小球在电场中,已知Eq=3/4mg,

①将小球由最低点A释放,求小球运动中的最大速度。

②要使小球能绕O作完整的圆周运动,最低点时速度至少多大?

③小球绕O点作一周圆周运动过程中,什么位置动能最大?什么位置机械能最在?

在解此题时学生因未能注意动能、机械能、电势能的区别及所遵循的机械能守恒,能量守恒和转换定律等规律,得出一些似是而非的结论,常见如下错误:认为作圆周运动最难通过的是最高点或者错误地认为速度最大时即机械能最大。没有从能量守恒角度分析出当电势能最小时机械能量大,即在圆中B点。

在概念教学中,我们要重视有关联的概念间的联系,使物理概念条理化,系统化,融会贯通,不至于对所学知识感到支离破碎,也就加深了对物理概念的理解。例:

一弹簧振子质量为m,作简谐振动的最大速度为v[,m],周期为T,则:

A.在T/2时间内,弹力做功大小在0~1/22mv[,m][2]之间。

B.在T/2时间内,弹力做功一定为零。

C.在T/2时间内,弹力冲量在0~2mv[,m]之间。

D.在T/4时间内,弹力冲量为0~2mv[,m]之间。

解决上题要多个概念、规律,过程相联系,否则用孤立的概念解题,只能盲目乱猜。

由振动图线中可以看出(图5),相差半个周期的两个时刻,振子的位移大小一定相等,方向相反,由此可知,振子的动能一定相等(弹簧具有的弹性势能相等),由动能定理可知,半个周期内弹力做功一定为零。

又知经半个周期,速度大小相等、方向相反,动量改变-2mv,v为某时刻速度,满足0≤v≤v[,m],所以T/2时间内弹力冲量范围为0~2mv[,m]。

在T/4内,冲量最大应是回复力达同一方向平均最大的时间内,如图6中T/8~3T/8内,而非0~T/4内,由此可得冲量最大值不是mv[,m],而应为

由上题可以看出,学生解题过程,就是概念,规律和过程分析共同作用的过程,而基本的环节在于要有清晰,互相联系的概念体系。

有相当多的概念,其定义方法,遵循规律与数学处理方法等非常相似,我们可以通过方法的迁移,使学生通过灵活运用不断加深理解。

例:如图7矩形线框,长为2l,宽为l,总回路电阻为R,质量为m,放在绝缘光滑水平面上,其中一半处于有界的匀强磁场中,当磁场由B在很短时间内均匀减为零时,求线框获得的速度。

由分析可知,由于B变化时间很短,则线框位移趋于零,由电磁感应定律。感应电流I=不变,而处于磁场中的一边受向左的安培力作用F=BIl均匀减小,由于F的冲量使线框获得了速度。联系到速度图线(图8)中位移s=vt的计算,可算出△t内冲量为如图所示面积由动量定理得出结果。

我们在概念教学时,学生是学习的主体,要以学生的思维活动为出发点,不能用填鸭式的教学方法,导致学生停留在生背硬记的水平,不能融会贯通。要遵循认识规律,不能“毕其功于一役”,适得其反。不能希望依靠一两道练习,就能让学生建立深刻的概念,要用联系的观点,由概念的内涵到概念的外延,再扩大到与本概念以外的不同概念的有关联系,只有这样才能对概念不断加深认识和全面理解,通过对相似概念的比较,克服混淆,使物理概念越学越明确,只有不断地由浅入深的运用概念,反复练习和复习,才能学懂、学好、学活物理概念。

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