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数字体验在高中物理教学中的应用(2)
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摘要:由于R2与Rg并联后R并约50Ω,电路总电阻由原来的Rg+R1=(100+100)Ω=200Ω变为R并+R1=(50+100)Ω=150Ω,可见并联了R2,导致总电阻减小.如图3,由欧姆定律得总电流由原
由于R2与Rg并联后R并约50Ω,电路总电阻由原来的Rg+R1=(100+100)Ω=200Ω变为R并+R1=(50+100)Ω=150Ω,可见并联了R2,导致总电阻减小.如图3,由欧姆定律得总电流由原来的100μA增大到约130μA,总电流增加幅度较大,根据电流表半偏为50μA,分流可得经过R2的电流约80μA,可得R2 数字体验二设Ig=100μA、Rg约100Ω、滑动变阻器R1最大阻值为20KΩ.闭合S1,调节R1,使电流表满偏为100μA,假设此时R1=10KΩ.闭合S2,保持R1不变,调节电阻箱,使电流表半偏为50μA,读出电阻箱的示数R2. 由于R2与Rg并联后R并约50Ω,电路总电阻由原来的Rg+R1=(100+10K)Ω=10.1KΩ变为R并+R1=(50+10K)Ω=10.05KΩ,可见并联了R2,总电阻仍减小,但减少量相对于总阻来说是很小的.如图4,由欧姆定律得总电流由原来的100μA增大到约100.5μA,总电流增加幅度微小,根据电流表半偏为50μA,分流可得经过R2的电流约50.5μA,仍可得R2 综上,为保证总电流尽量稳定,电路的总电阻应由滑动变阻器R1来主导,R1越大,R2的并联对电路的影响就越小.故R1越大越好,同时为保证电流表满偏,R1越大,电源电动势E也相应选较大的.有了这些数字,学生可以把枯燥的理论的转化为形象感性的认识,学习兴趣自然得到提升. 四、在物理习题教学中化疑难为简便 在习题教学中,会遇到求一个物理量与其它量的关系或动态变化规律的问题,若采用常规解法出现过程繁琐、计算费时.我们可以在条件允许的范围内,将题目涉及的某一物理量巧妙地用具体的数字代入,模糊问题定量化,即可通过简单分析判断迅速得出结果. 例4(2017年全国Ⅰ卷第 21 题)如图5,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N.初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变,在OM由竖直被拉到水平的过程中( ). A.MN上的张力逐渐增大 B.MN上的张力先增大后减小 C.OM上的张力逐渐增大 D.OM上的张力先增大后减小 代入数字解析由于重物向右上方缓慢拉起,故该过程动态平衡,任何一个位置,绳上面的M点所受合力为零.如图6,若物体重力为mg,不妨假设OM和MN之间的夹角α为 120°. 位置1:OM方向竖直时,即初始位置,此时FMN1=0,FOM1=mg; 位置2:MN拉到水平时,FMN2与FOM2的合力与重力平衡,由三角函数得 位置3:OM拉到水平时,即末位置, 由此可得FMN1 总之,我们可以通过数字来透视物理现象,感受物理变化,变纯理论解释为具体的数字演绎,体验物理的科学思维方法.需要注意的是引用的数字的合理性,对于物理条件所制约的物理量的取值要慎重,既能准确客观的反映物理事实,又有较强的说服力,以期提高物理教学的有效性. [1]刘益民.赋值法在高中物理教学中的应用[J].物理教师,2011,32(11):19-21. [2]林绍乾.浅析高中物理教学[J].中国校外教育,2017(26):137. 新高考改革更加关注教学模式和方法的转变,除了提倡观察、实验等探究新知的主要方式外,在讲授重难点的课堂教学中,利用数字帮助学生理解体验的教学方法也是一种重要的方式.笔者认为利用这些数字可以使抽象的物理变得直观,苦闷的物理变得有趣,能够进一步启迪学生的智慧,帮助学生建构一套生活化、实用化的物理知识体系.一、在物理概念教学中化抽象为具体概念在物理教学中具有举足轻重的地位,重要的物理概念大都贯穿于整个高中物理体系,概念掌握的好坏又将影响到后续的学习.然而高中的物理概念多表述成文字或抽象表达式,少用具体的数据,学生一接触概念都较不适应,我们可以借助设置一些合理的数字,让学生逐步理解物理概念.例1学生对“加速度”这个入门概念感到抽象,很难正确的理解.为使学生能尽快适应,可以在新授课时,把加速度概念的文字表述进行转换,赋予具体的数字来引入教学.如:汽车的启动性能是汽车性能的主要技术指标之一,我们通过一系列数字来了解一下汽车的启动性能.车型初始状态末状态经历时间跑车静止28m/s5s轿车静止28m/s12s重型卡车静止20 m/s12s跑车和轿车哪个的启动性能好呢?学生就容易从具体的数字去分析:它们都从静止加速到28m/s,但跑车用的时间短,如果速度的变化相同,用时少的跑车启动性能好;然后自然再问:轿车和重型卡车哪个的启动性能好呢?最后再比较跑车和重型卡车:两车的速度变化量不同,而且用的时间也不同,又该怎样比较其启动性能呢?有了这些数字,学生就能循序渐进的判断启动性能,从而过渡到加速度概念的教学,学生也就能轻松的理解加速度与速度变化的快慢有关,与速度变化量无关.二、在物理规律教学中化深奥为直观在教学过程中,有些物理规律在教材中没有深入讨论,如果只用字母符号推导和说明,学生往往感到迷茫.我们不妨把字母赋予数字,让深奥的规律先直观明了起来再加以学习总结.例2在“人造地球卫星”一节中,学生总认为卫星运行的速率与轨道半径的平方根成反比,轨道半径越大,卫星在轨的速率越小.然而这一结论与卫星变轨时加速远离地球,轨道半径变大的情况相矛盾,学生对卫星变轨规律感到困惑不解,为了引导突破这个难点,可以设计如下问题:为什么“第一宇宙速度”既是人造地球卫星绕地球的最大环绕速度,同时又是最小发射速度? 人造地球卫星是如何实现从近地圆轨道Ⅰ变换到圆轨道Ⅲ?近地卫星的环绕速度由代入地球质量M和地球半径R的数值,可得v1=7.9 km/s(第一宇宙速度),如图1所示圆轨道Ⅰ半径最小,故环绕速度最大.当火箭把卫星由地面O点运送到P点,速度增大到7.9 km/s,可直接入轨成为近地卫星.如果要把卫星送到更高的圆轨道Ⅲ,火箭运送卫星由O点加速到P点的速度就要更大,假设到P点的速度v2=10 km/s,则卫星需要的向心力大于万有引力,要发生离心运动,即第一次变轨.在过了P点(近地点)后,火箭立即关闭发动机,卫星依靠惯性沿椭圆轨道 Ⅱ远离地球而去,因万有引力对卫星做负功,假设卫星由P点减速飞行到Q点(远地点)的速度如果在Q点火箭不再加速,卫星将按椭圆轨道由Q点到P点加速回来,到P点速度仍为10 km/s;如果在Q点火箭突然加速,短时间内卫星速度由3km/s增大到v3=5km/s (圆轨道Ⅲ的假设的环绕速度5km/s要符合“越高越慢”规律),完成第二次变轨,从Q点进入半径较大的圆轨道Ⅲ.通过赋予几个简单的数字基本可以把卫星变轨问题生动、直观地讲清楚了.学生同时也理解了为何“第一宇宙速度”是最小发射速度,假设在P点的速度比10 km/s还大,卫星就会冲向更高的轨道.当然,发射速度超过11.2 km/s(第二宇宙速度)就要脱离地球引力束缚了.由此可见,简单的数字之间蕴含着深刻的物理原理,在赋予数字时可能不是很精确,但不能犯科学性的错误.三、在物理实验教学中化理性为感性高中物理实验原理通常用物理符号进行解释,教师的教学采用传授式的居多,学生往往不知所以然而被动接受、机械地记忆,我们也可将符号转换为数字,从本质上去理解和体验实验原理.例3半偏法测电流表的内阻的原理及误差分析:如图2所示为测量电流表G的内阻Rg的电路,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,设电流表G满偏电流为Ig,电源电动势为E,内阻不计.数字体验一设Ig=100μA、Rg约100Ω、滑动变阻器R1最大阻值为200Ω.(1)闭合S1,调节R1,使电流表满偏为100μA,假设此时R1=100Ω.(2)闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,调节电阻箱,使电流表半偏为50μA,然后读出电阻箱的示数R2,R2就是电流表的内阻的测量值,即认为Rg=R2.由于R2与Rg并联后R并约50Ω,电路总电阻由原来的Rg+R1=(100+100)Ω=200Ω变为R并+R1=(50+100)Ω=150Ω,可见并联了R2,导致总电阻减小.如图3,由欧姆定律得总电流由原来的100μA增大到约130μA,总电流增加幅度较大,根据电流表半偏为50μA,分流可得经过R2的电流约80μA,可得R2<Rg,且误差较大.数字体验二设Ig=100μA、Rg约100Ω、滑动变阻器R1最大阻值为20KΩ.闭合S1,调节R1,使电流表满偏为100μA,假设此时R1=10KΩ.闭合S2,保持R1不变,调节电阻箱,使电流表半偏为50μA,读出电阻箱的示数R2.由于R2与Rg并联后R并约50Ω,电路总电阻由原来的Rg+R1=(100+10K)Ω=10.1KΩ变为R并+R1=(50+10K)Ω=10.05KΩ,可见并联了R2,总电阻仍减小,但减少量相对于总阻来说是很小的.如图4,由欧姆定律得总电流由原来的100μA增大到约100.5μA,总电流增加幅度微小,根据电流表半偏为50μA,分流可得经过R2的电流约50.5μA,仍可得R2<Rg,但误差已大大减少.综上,为保证总电流尽量稳定,电路的总电阻应由滑动变阻器R1来主导,R1越大,R2的并联对电路的影响就越小.故R1越大越好,同时为保证电流表满偏,R1越大,电源电动势E也相应选较大的.有了这些数字,学生可以把枯燥的理论的转化为形象感性的认识,学习兴趣自然得到提升.四、在物理习题教学中化疑难为简便在习题教学中,会遇到求一个物理量与其它量的关系或动态变化规律的问题,若采用常规解法出现过程繁琐、计算费时.我们可以在条件允许的范围内,将题目涉及的某一物理量巧妙地用具体的数字代入,模糊问题定量化,即可通过简单分析判断迅速得出结果.例4(2017年全国Ⅰ卷第 21 题)如图5,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N.初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变,在OM由竖直被拉到水平的过程中( ).A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小代入数字解析由于重物向右上方缓慢拉起,故该过程动态平衡,任何一个位置,绳上面的M点所受合力为零.如图6,若物体重力为mg,不妨假设OM和MN之间的夹角α为 120°.位置1:OM方向竖直时,即初始位置,此时FMN1=0,FOM1=mg;位置2:MN拉到水平时,FMN2与FOM2的合力与重力平衡,由三角函数得位置3:OM拉到水平时,即末位置,由此可得FMN1<FMN2<FMN3;FOM1<FOM2,FOM2>FOM3,即FMN逐渐增大,FOM先增大后减小,故本题正确选项为AD.总之,我们可以通过数字来透视物理现象,感受物理变化,变纯理论解释为具体的数字演绎,体验物理的科学思维方法.需要注意的是引用的数字的合理性,对于物理条件所制约的物理量的取值要慎重,既能准确客观的反映物理事实,又有较强的说服力,以期提高物理教学的有效性.参考文献:[1]刘益民.赋值法在高中物理教学中的应用[J].物理教师,2011,32(11):19-21.[2]林绍乾.浅析高中物理教学[J].中国校外教育,2017(26):137.
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