第一篇:高中物理體驗(yàn)式教學(xué)研究論文
[內(nèi)容摘要]在新課改的教育背景下,體驗(yàn)式教學(xué)模式被普遍運(yùn)用到高中物理教學(xué)之中。這種教學(xué)方法,不僅可以帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性,還能夠結(jié)合學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn),制定出更加適合學(xué)生的教學(xué)計(jì)劃。本文主要針對(duì)體驗(yàn)式教學(xué)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討,希望可以更好的提高高中物理教學(xué)質(zhì)量。
[關(guān)鍵詞]體驗(yàn)式教學(xué);高中物理;情境設(shè)置
在新課改不斷深入的過程中,高中物理教師在教學(xué)過程中,越來(lái)越注重學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過程,同時(shí)也更加注重學(xué)生在學(xué)習(xí)中的相關(guān)體驗(yàn)。體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,還有助于帶動(dòng)學(xué)生之間的溝通交流,增進(jìn)學(xué)生之間、師生之間的情感,并幫助學(xué)生端正自己的學(xué)習(xí)態(tài)度,建立良好的價(jià)值觀。那么應(yīng)該如何更好的開展體驗(yàn)式的教學(xué),是很多教師應(yīng)該重視與解決的問題。在此,我將提出幾點(diǎn)建議,希望可以對(duì)廣大物理教師有所幫助。
一、創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境,讓學(xué)生在體驗(yàn)中進(jìn)步
教師要想使學(xué)生積極主動(dòng)的參與到體驗(yàn)式教學(xué)活動(dòng)中,開展有效的體驗(yàn)式學(xué)習(xí),可以在課上進(jìn)行情境設(shè)置,讓學(xué)生在這種情境式的教學(xué)中增強(qiáng)體驗(yàn),并加強(qiáng)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)。所謂的情境式教學(xué),指的是教師在教學(xué)過程中,根據(jù)已有的課程計(jì)劃,積極地設(shè)置一些以具體形象為主的教學(xué)場(chǎng)景,讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)要點(diǎn)有一個(gè)直觀、具體、形象的理解,從而帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,便于學(xué)生理解記憶,同時(shí)還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率以及教師的教學(xué)質(zhì)量。物理是一門實(shí)踐性的學(xué)科,因此,應(yīng)該讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中積極的學(xué)習(xí)、運(yùn)用物理,才可以更好的掌握知識(shí)要點(diǎn)。而高中物理教師需要做的,便是將學(xué)生需要掌握的物理知識(shí),有技巧的融入到情境模式之中,讓物理科學(xué)與學(xué)生生活進(jìn)行更好的結(jié)合,增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的感覺,讓學(xué)生自動(dòng)的接收物理知識(shí)。比如,在教授學(xué)生有關(guān)超重和失重的知識(shí)要點(diǎn)時(shí),教師可以安排學(xué)生在電梯里進(jìn)行體驗(yàn)和感受,然后再進(jìn)行知識(shí)講述,在進(jìn)行課堂導(dǎo)入時(shí),可以讓學(xué)生先針對(duì)在電梯里面的感受進(jìn)行討論。通過這種現(xiàn)實(shí)情境的導(dǎo)入以及學(xué)生之間的討論與交流,可以給學(xué)生更大的思考空間,增強(qiáng)他們的體驗(yàn)感,從而更好地理解與掌握有關(guān)失重與超重的知識(shí)。
二、讓學(xué)生學(xué)會(huì)自我探究,提高學(xué)生獨(dú)立思考能力
新課改倡導(dǎo)學(xué)生作為課堂的主人,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中能夠主動(dòng)參與,積極自主的進(jìn)行探究。所以,高中物理教師在教學(xué)中,要給學(xué)生充足的時(shí)間以及空間,讓學(xué)生能夠有條件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過這種方式,讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中進(jìn)行獨(dú)立思考、獨(dú)立操作、自主探究,自己去體驗(yàn)物理科學(xué)的魅力和應(yīng)用價(jià)值,提高學(xué)生在物理課堂上體驗(yàn)學(xué)習(xí)的針對(duì)性和有效性,從而提高學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立思考能力以及創(chuàng)新與探究能力。比如,教師在向?qū)W生講述有關(guān)重力的知識(shí)前,可以讓學(xué)生通過向高空拋物來(lái)體會(huì)重力的含義;在講述有關(guān)反作用力的知識(shí)時(shí),可以讓學(xué)生通過用手拍擊籃球來(lái)感受反作用力的存在。這種讓學(xué)生自己體驗(yàn)學(xué)習(xí)的方法,能夠讓學(xué)生通過較為直觀的感受來(lái)了解有關(guān)知識(shí)的具體概念與含義,從而提高學(xué)生的理解能力,提高教師教學(xué)的質(zhì)量與水平。
三、讓物理學(xué)科與生活相結(jié)合,進(jìn)行生活式體驗(yàn)學(xué)習(xí)
學(xué)生在平時(shí)課堂中學(xué)習(xí)到的物理知識(shí),往往會(huì)受到課堂的限制,沒有辦法更深層次的理解以及運(yùn)用。而這些限制可以通過增強(qiáng)學(xué)生的課后體驗(yàn)來(lái)完成。所謂課后體驗(yàn),其實(shí)就是學(xué)生在獲取到課堂物理知識(shí)的基礎(chǔ)上,聯(lián)系生活中的問題,設(shè)計(jì)一些學(xué)生感興趣并且可以完成的體驗(yàn)式活動(dòng)。通過這些活動(dòng),讓學(xué)生能夠?qū)W以致用,加強(qiáng)對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣,用物理來(lái)解決現(xiàn)實(shí)中的問題。比如,教師在講述電磁感應(yīng)一節(jié)時(shí),可以讓學(xué)生在課下自己尋找吸鐵石來(lái)進(jìn)行游戲體會(huì)。學(xué)生將針或者其它的鐵制物品藏到比較隱蔽的地方,然后利用吸鐵石進(jìn)行尋找。或?qū)蓧K吸鐵石放在一起,看它們是怎樣相斥和相吸的。這種方式,不僅可以讓學(xué)生更好地理解電磁感應(yīng)這一物理現(xiàn)象,更會(huì)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理知識(shí)在生活中的有效運(yùn)用,可以為生活增添很多樂趣,從而使學(xué)生更加喜歡物理這一學(xué)科。
四、將學(xué)生分組,進(jìn)行互動(dòng)式體驗(yàn)學(xué)習(xí)教師可以將班級(jí)里的學(xué)生進(jìn)行分組,讓他們進(jìn)行互動(dòng)式的體驗(yàn)學(xué)習(xí)。這種方法,不僅可以增加學(xué)生之間、師生之間的情感交流,還可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到其它的學(xué)習(xí)方法、思維方式,從而互相啟發(fā)、相互借鑒,共同進(jìn)步。同時(shí),通過小組體驗(yàn)式教學(xué)活動(dòng)的開展,還可以營(yíng)造出良好的集體學(xué)習(xí)氛圍,能讓學(xué)生體驗(yàn)到團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的樂趣,促進(jìn)學(xué)生集體意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。比如,學(xué)習(xí)“摩擦力”一課時(shí),在保證學(xué)生已經(jīng)掌握到基礎(chǔ)知識(shí)后,教師可以先對(duì)班級(jí)里的學(xué)生進(jìn)行分組,讓每組學(xué)生分別利用不同的物品進(jìn)行有關(guān)摩擦力的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)之中,小組里的成員要共同合作,進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)的演示,并且在實(shí)驗(yàn)中對(duì)摩擦力的大小以及方向都要進(jìn)行詳細(xì)的記錄,最后再將實(shí)驗(yàn)記錄交給教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。這種互相分工,共同努力的學(xué)習(xí)方式,可以在很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。總而言之,要想提高體驗(yàn)式教學(xué)法在高中物理教學(xué)中的有效應(yīng)用,一定要先實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合,并且根據(jù)學(xué)生自身的狀況,選擇有效的方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)造能力等,從而在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的同時(shí),保證教師的教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
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第二篇:高中物理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究論文
摘要:在當(dāng)前時(shí)代背景下,諸多教育工作者都在為教學(xué)模式的高效性做研究。就目前我國(guó)實(shí)際的高中教學(xué)課堂中,學(xué)生受益較深,實(shí)踐價(jià)值較高的翻轉(zhuǎn)課堂模式是非常有必要進(jìn)行深刻的研究的。隨著教師在教學(xué)過程中的深入探究,發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)于高中物理教學(xué)課程來(lái)說(shuō)有很大的幫助。可以從根本上提升學(xué)生的自主探究能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,這樣的課堂效果對(duì)于高中學(xué)生的物理學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)是有重大意義的。
關(guān)鍵詞:高中物理;課堂教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂
一、翻轉(zhuǎn)課堂的現(xiàn)狀
翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐在我國(guó)是比較晚的,最開始的普及源于導(dǎo)學(xué)案的教學(xué)模式,翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)入高中課堂后,效果越來(lái)越顯著,才引起廣大教育工作者進(jìn)行深入研究,從理論層面的分析到實(shí)踐操作的探討,都有了很大的進(jìn)展,高中物理課堂教學(xué)中對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)研究更是有突出的進(jìn)展,對(duì)于高中物理教學(xué)來(lái)說(shuō),單純的課堂教學(xué)和理論知識(shí)并不能很好的滿足學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)的需求和理解,所以從翻轉(zhuǎn)課堂出發(fā),結(jié)合高效課堂的模式,可以給高中物理教學(xué)課堂提供很大的幫助。
二、翻轉(zhuǎn)課堂的特性
在我國(guó)傳統(tǒng)的教學(xué)方式中,教師大多是進(jìn)行傳授,不與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)探討等環(huán)節(jié),在逐漸演變的過程中,教師的職責(zé)慢慢的轉(zhuǎn)變成了輔助學(xué)生完成學(xué)業(yè)的角色,這樣的角色轉(zhuǎn)化有其必然的因素,但學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中卻沒辦法很好的享受學(xué)習(xí)的過程。對(duì)于高中學(xué)生來(lái)說(shuō),物理知識(shí)更加的難以消化和理解,純理論性的知識(shí)對(duì)于具有很高實(shí)踐意義的課程來(lái)說(shuō),是不能完整的傳遞所有知識(shí)面的,所以我們?cè)谘芯康倪^程中,應(yīng)該不斷研究改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端。翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐很好的彌補(bǔ)了這一環(huán)節(jié),在傳統(tǒng)教學(xué)固有的模式下,開拓了新的方式方法去提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。課堂教學(xué)過程中教師的講解,課后作業(yè)中教師幫學(xué)生鞏固知識(shí),這是傳統(tǒng)的方式,而翻轉(zhuǎn)課堂在此基礎(chǔ)上,加快了學(xué)習(xí)進(jìn)度。課前學(xué)習(xí)知識(shí),在隨堂教學(xué)的過程中解決學(xué)生遇到的疑難點(diǎn),這也是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的核心表現(xiàn),從深層次的教學(xué)體系中看,就是更高效化的教學(xué)結(jié)晶。根據(jù)高中物理教學(xué)不同課程不同內(nèi)容,翻轉(zhuǎn)課堂可以有效的針對(duì)每個(gè)學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)的遺漏做出相應(yīng)的教學(xué)輔助。教師可以在教學(xué)過程中更多的側(cè)重于幫助學(xué)生完善知識(shí)面的內(nèi)容,而不是給學(xué)生灌輸純理論知識(shí)。這樣的翻轉(zhuǎn)課堂是非常有效的。
三、翻轉(zhuǎn)課堂在物理教學(xué)中的應(yīng)用
在高中物理課程中,翻轉(zhuǎn)課堂以知識(shí)點(diǎn)的切入為主,包含不同背景和概念的應(yīng)用型教程都融入到課堂中,從根本上幫助學(xué)生更好的融入到物理學(xué)中來(lái)。在高中物理課程的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等內(nèi)容的傳統(tǒng)教程上,教師始終很難將所有內(nèi)容都在課堂中完成,這樣的課程進(jìn)度對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常不合邏輯的。傳統(tǒng)課程中教師需要處理的內(nèi)容非常多,涵蓋的知識(shí)面和教學(xué)側(cè)重點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一,這樣就不得不把一節(jié)課的內(nèi)容劃分為兩節(jié)課去教學(xué),對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是不必要的課時(shí),對(duì)教師來(lái)說(shuō)還沒有完全做到位,這樣的教學(xué)是有缺陷的。教師在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn),翻轉(zhuǎn)課堂可以很好的將教學(xué)重點(diǎn)突出,按標(biāo)準(zhǔn)的課時(shí)進(jìn)行教學(xué),在課堂中不斷強(qiáng)調(diào)重點(diǎn),突破課程中的難點(diǎn),是非常有效率的教學(xué)方式。學(xué)生在上課前的自學(xué)和預(yù)習(xí)也很好的提升了學(xué)生在課堂中的收獲。物理學(xué)歷史的內(nèi)容對(duì)于高中物理課程來(lái)說(shuō),也是不可或缺的一個(gè)重要部分。物理學(xué)史對(duì)于學(xué)生理解物理現(xiàn)象,熟悉物理知識(shí)是非常關(guān)鍵的,物理學(xué)史在翻轉(zhuǎn)課堂中可以得到很好的應(yīng)用,讓傳統(tǒng)物理學(xué)教學(xué)的單一現(xiàn)象得到改善,也在很大程度上提升了學(xué)生對(duì)于物理學(xué)的興趣。傳統(tǒng)教學(xué)過程中,教師對(duì)于學(xué)生理解物理概念的判斷主要來(lái)源于學(xué)生是否背會(huì)記熟了公式,而在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中,教師就可以更好的判斷學(xué)生是否完整的理解了教學(xué)重點(diǎn)和學(xué)科內(nèi)容,是否將此環(huán)節(jié)完全掌握等。這樣的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)對(duì)于整個(gè)高中物理教學(xué)來(lái)說(shuō),才是最具價(jià)值的課堂。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,可以不斷突破傳統(tǒng)教學(xué)的束縛,在聽的層面上開始想,在想的過程中實(shí)現(xiàn)做,在做的過程中完成練,在練的過程中完全掌握。這樣的課程幫助學(xué)生能夠盡快的熟悉物理學(xué)概念,習(xí)慣物理課堂教學(xué),不再把物理知識(shí)當(dāng)成單一的概念性知識(shí),而是把物理學(xué)知識(shí)更好的利用到現(xiàn)實(shí)生活中,有自己的思考和應(yīng)用,不僅可以很好的完成學(xué)業(yè),還可以從根本上提升物理學(xué)的價(jià)值。學(xué)生在課后的作業(yè)中不僅可以回顧翻轉(zhuǎn)課堂中的教學(xué)內(nèi)容,還可以更好的重現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)情景,這樣為學(xué)生留下了更多的鞏固知識(shí)的余地。
四、總結(jié)
通過近期的研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn),翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不僅改變了教師在教學(xué)過程中的角色,也在很大程度上提升了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與程度。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程中不僅可以很好的代入自己,還非常愿意參與思考和討論,對(duì)于高中物理教學(xué)來(lái)說(shuō),翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式是非常有價(jià)值的,在之后的高中物理教學(xué)常規(guī)課程中,更多的實(shí)踐和檢驗(yàn)可以讓翻轉(zhuǎn)課堂有更多的提升空間,為高中物理教學(xué)提供更好的幫助。
參考文獻(xiàn):
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[3]朱宏潔,朱赟.翻轉(zhuǎn)課堂及其有效實(shí)施策略芻議[J].電化教育研究,2013(08)
第三篇:?jiǎn)卧w驗(yàn)式教學(xué)研究
單元體驗(yàn)式教學(xué)研究
摘要:?jiǎn)卧w驗(yàn)式教學(xué)研究,是在教學(xué)管理實(shí)踐中總結(jié)出的一種教師教研方式。它將教育科研融入日常教學(xué)工作,助力教師解決無(wú)研究時(shí)間、無(wú)專業(yè)引領(lǐng)、無(wú)實(shí)踐路徑的突出問題,改進(jìn)教師教學(xué)行為,提高課堂教學(xué)質(zhì)量,簡(jiǎn)單易行見實(shí)效。“單元”是將重要研究方法整合為一個(gè)研究流程,教師“體驗(yàn)”基本科研過程,經(jīng)過若干個(gè)“單元體驗(yàn)式”研究即可持續(xù)優(yōu)化各種教學(xué)行為,逐漸形成自己的教學(xué)風(fēng)格。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)卧w驗(yàn)式教學(xué)研究;教學(xué)行為改進(jìn);教育科研方法
中圖分類號(hào):G40-034 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-9094(2018)04A-0035-04
單元體驗(yàn)式教學(xué)研究是在教育理論觀照下,運(yùn)用科學(xué)的研究方法,發(fā)現(xiàn)、理解和感悟教育教學(xué)規(guī)律的研究,是解決實(shí)際問題的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。它是教師針對(duì)一個(gè)教學(xué)問題,經(jīng)歷基本科研流程,改進(jìn)某種教學(xué)行為的探究過程,是行動(dòng)研究法在教學(xué)工作中的具體應(yīng)用,提供教育理論和教育實(shí)踐緊密結(jié)合的一條途徑,為一種創(chuàng)新的教研方式,簡(jiǎn)稱“體驗(yàn)式研究”。其中的“單元”,包含聚焦研究問題、進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查、查閱文獻(xiàn)資料、提出研究假設(shè)、開展實(shí)踐驗(yàn)證、總結(jié)行為變化等六個(gè)基本要素,是教師教學(xué)研究的基本單位,具有改變教師個(gè)人教學(xué)行為的特定功能。
一、價(jià)值追求
體驗(yàn)式研究是教師關(guān)于個(gè)人的教學(xué)研究。“體驗(yàn)”注重個(gè)體的深度參與、內(nèi)在感受和系統(tǒng)思考,在豐富的實(shí)踐情境中,教師關(guān)注自己的教學(xué),發(fā)現(xiàn)自己的不足,研究自己的課堂,解決自己的問題,持續(xù)改變自己的教學(xué)樣態(tài)。體驗(yàn)式研究是教師掌握研究方法的教學(xué)研究。“單元”是進(jìn)行教育科研活動(dòng)的載體和平臺(tái),在研究過程中突顯研究的環(huán)節(jié),將富有特點(diǎn)的孤立方法整合成基本流程,是教師一次教科研歷練的過程。體驗(yàn)式研究是教師改變教學(xué)行為的教學(xué)研究。它聚焦教師在教育觀念指導(dǎo)下指向教學(xué)內(nèi)容的系列教學(xué)管理動(dòng)作,在具體教學(xué)實(shí)踐中具有很強(qiáng)的目的性。這也是體驗(yàn)式研究的本意。
單元體驗(yàn)式教學(xué)研究具有獨(dú)特的價(jià)值追求:
1.解決實(shí)踐中的真實(shí)問題
研究源于工作需求,幫助教師把握教育教學(xué)的基本原理及學(xué)生成長(zhǎng)規(guī)律,樹立精益求精的科研精神,研究結(jié)果提供教育教學(xué)工作的新行為。
2.優(yōu)化日常教學(xué)工作方式
合理分配工作時(shí)間,研究過程真實(shí),研究方法適切,教師由經(jīng)驗(yàn)性思維向探究性思維轉(zhuǎn)變,教育實(shí)踐由經(jīng)驗(yàn)的水平提升到理性的高度。
3.體驗(yàn)教育科研基本過程
教師聚焦研究問題,增強(qiáng)邏輯思維能力,形成科學(xué)的工作態(tài)度,具備培養(yǎng)學(xué)生探究能力的基本知識(shí)和能力,促進(jìn)教師更新教育觀念與提高專業(yè)素養(yǎng)。
如果我們拓寬學(xué)校教學(xué)管理思路,支持每位教師在日常教學(xué)中開展單元體驗(yàn)式教學(xué)研究,形成學(xué)校濃厚的教學(xué)研究氛圍,教師在整個(gè)研究過程中親身經(jīng)歷、貫穿情感、內(nèi)化生成,不斷修正自己的教學(xué)行為,教學(xué)的有效性就會(huì)不斷增加,教師專業(yè)發(fā)展水平不斷提升,我們就獲得了大面積提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的一條重要途徑。
體驗(yàn)式研究與教學(xué)工作一樣,都是教師的一種工作常態(tài),但在本質(zhì)上又不同于教學(xué)工作。體驗(yàn)式研究是以創(chuàng)造性地探索未知的教學(xué)內(nèi)容、手段和方法,以改變教學(xué)行為為主要任務(wù),是在理論指導(dǎo)下開展工作;教學(xué)工作是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn),以學(xué)生可接受的方式,對(duì)知識(shí)進(jìn)行傳承的教學(xué)活動(dòng),是在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行工作。體驗(yàn)式研究強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究,關(guān)注邏輯線索,突顯規(guī)律認(rèn)識(shí),注重行為變化,體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際。
二、基本過程
體驗(yàn)式研究是教師在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)研究活動(dòng)的集合。它關(guān)注研究的問題化、情境化和操作性要求,抓實(shí)教師研究過程,引導(dǎo)教師真實(shí)思考,扎實(shí)運(yùn)用研究方法,促進(jìn)教學(xué)行為切實(shí)改進(jìn)。這個(gè)過程最重要的工作就是做研究筆記,主要采取“三??一”的形式:教師在辦公桌上放一本理論書籍、一個(gè)筆記本、一支簽字筆,有時(shí)間就學(xué)習(xí)理論,有想法就實(shí)施驗(yàn)證,有做法就記錄下來(lái)。將研究活動(dòng)融合在日常工作中,這是真實(shí)研究的保證。
為了確保此項(xiàng)工作有序推進(jìn),我們選擇六個(gè)樣本學(xué)校進(jìn)行試點(diǎn),涵蓋公辦、民辦學(xué)校,高中、初中、小學(xué)學(xué)段,教研組、年級(jí)組、學(xué)校層級(jí),經(jīng)過努力取得了令人滿意的效果。現(xiàn)結(jié)合泗陽(yáng)縣雙語(yǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)校周淑青老師的研究案例《繪本輔助習(xí)作教學(xué)――培養(yǎng)學(xué)生樂于表達(dá)的興趣研究》闡釋研究過程。
1.聚焦研究問題
教師經(jīng)歷豐富的教學(xué)情境,產(chǎn)生諸多教學(xué)困惑,體驗(yàn)式研究以此為基礎(chǔ),在研究過程中更新視角、深入思考,在視而不見、聽而不聞的司空見慣中,發(fā)現(xiàn)問題、梳理問題、表述問題,分析自己的教學(xué)癥結(jié)所在。教師可以通過各級(jí)各類的評(píng)優(yōu)課、示范課、研究課展開研究活動(dòng)。教師在這些課例中投入了大量的精力,容易發(fā)現(xiàn)存在的突出問題,通過實(shí)地調(diào)查、查閱文獻(xiàn)、提出假設(shè)、實(shí)踐驗(yàn)證等環(huán)節(jié),將學(xué)術(shù)性知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的操作性措施,優(yōu)化教師的教學(xué)行為。
例證:每周四的三年級(jí)習(xí)作指導(dǎo)課,孩子們就開始犯愁,習(xí)作題布置后無(wú)從下手,上交的習(xí)作內(nèi)容貧乏、語(yǔ)言平淡、言不達(dá)意,缺乏真情實(shí)感,許多教師認(rèn)為這是正常現(xiàn)象。參與體驗(yàn)式研究后,我開始關(guān)注這種現(xiàn)象,感覺到習(xí)作教材是以主題安排為主,缺乏內(nèi)容規(guī)定性和指導(dǎo)有序性,很少有循序漸進(jìn)的習(xí)作基本功訓(xùn)練,習(xí)作教學(xué)效果依賴教師個(gè)人素養(yǎng)。教師在習(xí)作課上往往簡(jiǎn)單地提一下基本要求,缺乏有效的指導(dǎo),讀讀范文就草草收?qǐng)觯瑢?dǎo)致學(xué)生沒有興趣,加上學(xué)生缺乏生活經(jīng)驗(yàn),寫不出真情實(shí)感也就不奇怪了。究其原因,是缺少習(xí)作教學(xué)資源和教師習(xí)作指導(dǎo)行為不當(dāng)。
2.開展調(diào)查研究
現(xiàn)狀調(diào)查是教學(xué)行為改進(jìn)的邏輯起點(diǎn),必須掌握目前教學(xué)狀況的具體事實(shí)。教師本人可以對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行錄音和錄像,訪談其他教師觀察結(jié)果,對(duì)學(xué)生進(jìn)行詢問,通過聽反映、看現(xiàn)場(chǎng)、查資料的方式,將學(xué)生談話、課堂觀察、教學(xué)設(shè)計(jì)、試卷分析等第一手資料進(jìn)行記錄,并及時(shí)整理分析調(diào)查材料。在充分占有大量事實(shí)的基礎(chǔ)上,反思自己教學(xué)行為中存在問題的根源,根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)探尋改正策略。
例證:針對(duì)這一問題,我開始積極尋找學(xué)生習(xí)作的源頭活水。首先對(duì)同組的老師進(jìn)行問卷調(diào)查,了解同年級(jí)其他班級(jí)習(xí)作指導(dǎo)課的教學(xué)現(xiàn)狀,老師們?cè)诹?xí)作教學(xué)中遇到的困惑。其次抽取五個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查,和個(gè)別學(xué)生進(jìn)行談話交流,了解他們是否喜歡習(xí)作指導(dǎo)課、為什么害怕習(xí)作、對(duì)習(xí)作課堂有何期待。調(diào)查結(jié)果表明,大部分學(xué)生對(duì)習(xí)作課是不喜歡的,學(xué)生缺乏生活經(jīng)驗(yàn),缺乏創(chuàng)作想象力,不樂意表達(dá)自己的想法。但有一個(gè)令人欣喜的發(fā)現(xiàn),就是學(xué)生對(duì)繪本閱讀很感興趣,看完繪本都很樂意交流講述,即使平時(shí)很少講話的學(xué)生,也能根據(jù)繪本中的插圖敘述一二。因此,我確定了一個(gè)研究主題“繪本輔助習(xí)作教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生樂于表達(dá)的興趣”,進(jìn)行繪本習(xí)作教學(xué)研究。
3.查閱文獻(xiàn)資料
查閱文獻(xiàn)是教師教學(xué)行為改進(jìn)的基本保證,提供教學(xué)觀念內(nèi)化的理論支持。在確定研究問題后,就要圍繞中心內(nèi)容,閱讀各種教育文獻(xiàn),廣泛查尋網(wǎng)絡(luò)信息,切實(shí)研究相關(guān)資料,捕捉解決問題的行動(dòng)措施,幫助我們對(duì)研究的問題有初步的認(rèn)識(shí)。體驗(yàn)式研究是就事論事的研究,研究實(shí)際存在的問題,但也要有理有據(jù),對(duì)實(shí)際問題做出必要的理論分析,加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)上的總結(jié)、理論上的提升,發(fā)現(xiàn)解決實(shí)際問題的基本途徑。
例證:對(duì)于習(xí)作教學(xué)中的困惑,我向有經(jīng)驗(yàn)的老師進(jìn)行請(qǐng)教,上網(wǎng)查閱了一些相關(guān)的習(xí)作策略,才發(fā)現(xiàn)近幾年已有人把繪本閱讀運(yùn)用到習(xí)作指導(dǎo)課中,而且很有成效。于是,我搜集了有關(guān)繪本閱讀、繪本教學(xué)、習(xí)作教學(xué)的文獻(xiàn)資料,學(xué)習(xí)作文教學(xué)理論和相關(guān)專業(yè)知識(shí),及時(shí)了解繪本習(xí)作和習(xí)作教學(xué)動(dòng)態(tài)。我還積極參加臺(tái)灣著名作家花婆婆方素珍的“兒童繪本閱讀理論與實(shí)踐”專題研討會(huì),研讀管建剛的《我的作文教學(xué)主張》以及彭毅的《圖畫書》,在組內(nèi)積極開設(shè)繪本習(xí)作研討課,不斷提升自身繪本習(xí)作教學(xué)水平。
4.提出研究假設(shè)
提出假設(shè)是教學(xué)行為改進(jìn)的中心環(huán)節(jié),是發(fā)展教師思辨能力的重要路徑。結(jié)合文獻(xiàn)研究和實(shí)地調(diào)查結(jié)果,采用分析、綜合的思維方法,揭示具體事實(shí)的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系,提供比較可靠的研究假設(shè)。正確的假設(shè)以客觀性、操作性和預(yù)測(cè)性為主要特征,往往是在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生靈感,包括遵循的原則、具體的路徑、采用的方法等。研究假設(shè)將豐富的經(jīng)驗(yàn)上升到科學(xué)理性的高度,通過心智活動(dòng)進(jìn)行推理,將模糊的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為清晰的認(rèn)識(shí),引導(dǎo)問題得以順利解決。
例證:通過現(xiàn)狀調(diào)查和研習(xí)文獻(xiàn)資料,我真正認(rèn)識(shí)到,繪本中的圖畫與文字相輔相成,共同敘述一個(gè)完整的故事,利用繪本進(jìn)行習(xí)作教學(xué)深受孩子的喜愛。我經(jīng)過深入思考、反復(fù)論證,提出一種假設(shè):如果能夠充分挖掘繪本中豐富的語(yǔ)文學(xué)習(xí)因子,利用圖畫的張力引導(dǎo)學(xué)生展開豐富的想象,鏈接學(xué)生生活實(shí)際,就能喚醒學(xué)生習(xí)作的愿望,激發(fā)學(xué)生樂于表達(dá),培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力,提高學(xué)生的寫作水平。
5.進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證
實(shí)踐驗(yàn)證是教學(xué)行為改進(jìn)的修正過程,是整個(gè)體驗(yàn)式研究的關(guān)鍵步驟。教師要把研究假設(shè)放在每天的課堂中去驗(yàn)證,在實(shí)踐中甄別結(jié)論真假,判斷行為優(yōu)劣,對(duì)理性認(rèn)識(shí)進(jìn)行修改,采取系列行動(dòng)得出可靠的結(jié)論,從而改進(jìn)原有的教學(xué)行為。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、科研人員、學(xué)科同行通過觀察課堂教學(xué),對(duì)教師教學(xué)行為進(jìn)行觀測(cè),檢驗(yàn)是否與教學(xué)狀況相適應(yīng),來(lái)評(píng)估研究假設(shè)的有效性,使教學(xué)行為趨于完善。
例證:按照自己的設(shè)想,我在每次的習(xí)作教學(xué)中都滲透繪本學(xué)習(xí),逐漸有了自己的習(xí)作教學(xué)思路,形成了合理的習(xí)作指導(dǎo)行為。舉一例說(shuō)明,我根據(jù)臺(tái)灣作家?guī)酌住锻晗卵┝恕分械囊黄适隆尔u蛋》,進(jìn)行《我的愿望》習(xí)作教學(xué)的過程。
上課伊始,我出示文中關(guān)于鹵蛋吃飯前、過馬路、睡覺前的祈禱畫面及文字,學(xué)生迅速聯(lián)想到自己生活中的類似經(jīng)歷,馬上興致盎然,積極探討愿望是什么。經(jīng)過師生共同討論,總結(jié)出愿望就是自己心里最看重的?|西,表達(dá)愿望就是說(shuō)出最真實(shí)的想法。我又引導(dǎo)學(xué)生想象:鹵蛋考試前,他又會(huì)許下什么愿望呢?激起學(xué)生自由創(chuàng)作的欲望,引發(fā)了學(xué)生第一次動(dòng)筆。各人寫好后,我及時(shí)組織大家結(jié)合繪本內(nèi)容進(jìn)行交流。學(xué)生發(fā)現(xiàn)鹵蛋的愿望真是很奇特,但不會(huì)完全實(shí)現(xiàn),那么我們會(huì)有什么愿望呢?引發(fā)學(xué)生第二次動(dòng)筆。本次習(xí)作指導(dǎo)課,經(jīng)過討論愿望、鹵蛋的愿望、自己的愿望三個(gè)階段啟發(fā)引導(dǎo),依托繪本畫面激發(fā)學(xué)生想像,學(xué)生們很容易寫出了自己的愿望,在首尾各加一段,一篇習(xí)作就輕松地完成了。
我特別邀請(qǐng)教研組內(nèi)老師參加此次活動(dòng),圍繞繪本習(xí)作教學(xué)進(jìn)行研討。他們一致認(rèn)為本課習(xí)作教學(xué)很成功,同時(shí)也提了許多建設(shè)性意見,完善了我的繪本習(xí)作教學(xué)思路。我的探尋還帶動(dòng)了組內(nèi)全體老師積極參與研究,形成了深厚的繪本習(xí)作教學(xué)研究氛圍。在此基礎(chǔ)上,我又將繪本習(xí)作教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),以《小繪本 大課程――我談繪本習(xí)作》為題開設(shè)講座,與全校老師進(jìn)行分享,并且送教下鄉(xiāng)幫扶薄弱學(xué)校,產(chǎn)生了良好的社會(huì)影響。
6.總結(jié)行為變化
體驗(yàn)式研究不需產(chǎn)生關(guān)于教學(xué)的普遍規(guī)律,需要研究結(jié)果適合于任教對(duì)象的教學(xué)情況,關(guān)注是否形成新的教學(xué)行為,要求教學(xué)行為變得更加有效,教學(xué)質(zhì)量有明顯提高。
例證:通過一學(xué)期的體驗(yàn)式研究,我不再是按部就班走傳統(tǒng)的習(xí)作教學(xué)程序,而是在教學(xué)過程中不斷優(yōu)化習(xí)作指導(dǎo)策略,注重學(xué)生表達(dá)興趣的培養(yǎng),發(fā)展學(xué)生的語(yǔ)文能力。我驚喜地發(fā)現(xiàn)學(xué)生習(xí)作態(tài)度發(fā)生了很大的變化,大部分學(xué)生對(duì)習(xí)作顯示了濃厚興趣,能依據(jù)繪本提供想象的空間進(jìn)行有效的創(chuàng)造,進(jìn)行擴(kuò)寫、仿寫和續(xù)寫,學(xué)生表達(dá)欲望強(qiáng)烈,有話想說(shuō)、有話可說(shuō),找到了寫作的樂趣,習(xí)作水平穩(wěn)步提高。所有這一切,都源于自己習(xí)作教學(xué)指導(dǎo)行為的改進(jìn)。
上述六個(gè)環(huán)節(jié)組成的“單元”是一個(gè)整體,各環(huán)節(jié)也可根據(jù)實(shí)際情況多次運(yùn)用,先后順序也可做適當(dāng)調(diào)整。在研究過程中,要記好研究筆記,積累原始資料,隨著研究工作的推進(jìn),不斷將資料進(jìn)行加工和提煉,變成具有概括性的研究結(jié)論,增強(qiáng)自己的教學(xué)理解能力,感悟到自己的教學(xué)思路。這樣的研究促成教師對(duì)教學(xué)現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)和對(duì)教學(xué)實(shí)踐的改進(jìn)。
三、效果體現(xiàn)
根??六所試點(diǎn)學(xué)校反饋,教師響應(yīng)迅速、參與率高,不少教師癡迷于這種教研方式,在日常教學(xué)中密切關(guān)注自己的研究問題,教學(xué)成績(jī)高于平行班級(jí)。大家一致認(rèn)為,這種教研方式好理解、切入快、易操作、有實(shí)效,容易形成學(xué)校的研究氛圍,具有較大的推廣價(jià)值。體驗(yàn)式研究經(jīng)歷完整的教學(xué)研究流程,重方法、重體驗(yàn)、重過程,積累豐富的探究經(jīng)驗(yàn);體驗(yàn)式研究基于教師自己的實(shí)踐,體現(xiàn)從實(shí)際問題出發(fā),到探究教學(xué)規(guī)律,再到轉(zhuǎn)變教學(xué)行為的真實(shí)過程;體驗(yàn)式研究側(cè)重于教學(xué)細(xì)節(jié)研究,解決了教師自己的教學(xué)問題,得出了自己的研究結(jié)論,優(yōu)化了自己的教學(xué)行為,取得了自己的教學(xué)成績(jī)。
教師親身體驗(yàn)教育科研過程,通過查閱理論文獻(xiàn)、深度思考和課堂實(shí)踐,不斷改進(jìn)教學(xué)行為,對(duì)研究主題的領(lǐng)悟就會(huì)達(dá)到一定水平,研究問題由現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)上升到本質(zhì)的認(rèn)識(shí),研究結(jié)論由個(gè)別的實(shí)踐轉(zhuǎn)化為普遍的運(yùn)用,特別希望自己的研究經(jīng)驗(yàn)與他人共享,產(chǎn)生強(qiáng)烈的公布研究成果的欲望,這時(shí)撰寫論文已是順理成章。每位研究教師都可以把自己在體驗(yàn)式研究中積累的一些個(gè)別性、碎片化、淺層次的研究素材,憑借自己的深入思考和精細(xì)表達(dá)能力,形成一篇優(yōu)秀的論文,做一次精彩的報(bào)告,這在本地試點(diǎn)工作中已得到驗(yàn)證。教師在撰寫研究論文的過程中,還要細(xì)心地做好研究筆記的整理、分析和歸納工作,力求把握新時(shí)代教學(xué)改革的走向,隨時(shí)觀察現(xiàn)象、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和充實(shí)資料,經(jīng)常與同行交流研究信息,這樣不僅可以豐富論文的具體內(nèi)容,還能提升論文的學(xué)術(shù)水平,充分體現(xiàn)成果的社會(huì)價(jià)值。完成一個(gè)體驗(yàn)式研究的周期一般是一個(gè)學(xué)期,每次解決一個(gè)小問題,得出一個(gè)小結(jié)論,經(jīng)過若干個(gè)“單元”研究即可形成自己的系列論文,構(gòu)建自己的成果體系。
通過單元體驗(yàn)式教學(xué)研究,教師將在新的高度、深度和精度上,從新視角反思自己的教學(xué)工作,有新動(dòng)力強(qiáng)化自己的理論學(xué)習(xí),用新觀念組織自己的教學(xué)活動(dòng)。教師體驗(yàn)式研究的時(shí)間可能有長(zhǎng)短不同,研究的水平可能有高低不同,研究的成果可能有多少不同。但是,教師以“單元”為載體實(shí)施“體驗(yàn)”的教學(xué)研究過程,改進(jìn)了自己的教學(xué)行為,解決了教學(xué)中的實(shí)際問題,適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)變革的要求,也發(fā)展自己的探索能力,更好地實(shí)現(xiàn)一名教師從“經(jīng)驗(yàn)型”向“學(xué)術(shù)型”的轉(zhuǎn)變。正是在這樣的行為改進(jìn)過程中,教師實(shí)現(xiàn)了教學(xué)水平的突破,同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)校教學(xué)管理向縱深方向發(fā)展。
責(zé)任編輯:丁偉紅
Unit Experiencing Research and Teachers’ Teaching Improvement
WANG Tong & WANG Wen-hui
(Siyang Bureau of Education,Siyang 223700,China)
Abstract: Unit experiencing research is a kind of teachers’ research summarized in teaching administration.It integrates educational research into daily teaching,which helps teachers solve the problems of lack of research time,professional guidance,and practical path so that teachers can improve their teaching behaviors and heighten the quality of teaching effectively.“Unit” means that the important research methods are integrated into a procedure of research,and that teachers experience the basic process of scientific research.As a result,a number of “unit experiencing” research can continuously optimize various teaching behaviors and teachers can gradually construct their own teaching styles.Key words: unit experiencing research; teaching behavior improvement; research method
第四篇:高中物理“磁場(chǎng)”教學(xué)研究
專題講座
高中物理“磁場(chǎng)”教學(xué)研究
張宇(北京市育英中學(xué),高級(jí)教師)
一、磁場(chǎng)主題的學(xué)科知識(shí)的深層次理解
(一)《磁場(chǎng)》的知識(shí)結(jié)構(gòu)
本主題內(nèi)容按如下的線索展開:
磁場(chǎng)概念的建立和描述——磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用——安培力和洛侖茲力的應(yīng)用。這樣安排,知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)比較清晰,也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。
本主題可以分為三個(gè)單元。第一單元主要內(nèi)容為:通過演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)有了一定的感性認(rèn)識(shí),在此基礎(chǔ)上,利用科學(xué)的方法來(lái)描述磁場(chǎng)。本單元可以分為三節(jié)課。第 1 節(jié)在初中相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過磁體間的作用、小磁針指南北的性質(zhì)和奧斯特實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)象認(rèn)識(shí)到在磁體、地球和電流周圍存在磁場(chǎng),認(rèn)識(shí)到磁體與磁體、磁體與電流、電流與電流之間的作用力是通過磁場(chǎng)發(fā)生的。第 2、3 兩節(jié)學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)的描述。磁場(chǎng)具有強(qiáng)弱和方向,磁場(chǎng)的這種性質(zhì)可以用磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行定量描述,也可以用磁感線定性描述。第二單元學(xué)習(xí)磁場(chǎng)的一個(gè)性質(zhì):磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力——安培力。第三單元學(xué)習(xí)磁場(chǎng)的另一個(gè)性質(zhì):磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力——洛倫茲力,以及帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),里面穿插了洛侖茲力的應(yīng)用,尤其是在現(xiàn)代高新科技中的應(yīng)用。這樣安排,從初中知識(shí)講起,注重了循序漸進(jìn),先宏觀后微觀,注重了知識(shí)的依次生成。
(二)《磁場(chǎng)》在學(xué)科知識(shí)體系中的地位及相互關(guān)系
學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)單的磁現(xiàn)象,頭腦中初步建立了磁場(chǎng)的概念。在本模塊我們剛剛學(xué)習(xí)了靜電場(chǎng),對(duì)于磁場(chǎng),可以通過和電場(chǎng)類比進(jìn)行教學(xué)。比如磁感應(yīng)強(qiáng)度與電強(qiáng)場(chǎng)度類比;磁感線與電場(chǎng)線類比;安培力、洛倫茲力和電場(chǎng)力類比。類比是一種重要的學(xué)習(xí)方法,它不單單是從舊知識(shí)發(fā)展新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn),同時(shí)通過對(duì)比,使學(xué)生辯析兩者的不同,從而對(duì)知識(shí)的理解更深入。另外,通過類比學(xué)習(xí),也可以發(fā)展學(xué)生的求同思維和變異思維,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。
本主題內(nèi)容對(duì)學(xué)生的空間想象能力比較高,電流周圍的磁場(chǎng)、安培力和洛倫茲力等內(nèi)容都涉及到不同物理量之間的空間關(guān)系。在教學(xué)中注意通過立體圖和平面圖(三視圖)之間的轉(zhuǎn)化來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。
帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓周,解決這類問題,對(duì)平面幾何中圓的知識(shí)應(yīng)用較多,通過習(xí)題訓(xùn)練,可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。
本主題涉及到很多實(shí)際應(yīng)用,課本中涉及到磁電式電流表、電視顯像管、回旋加速器、質(zhì)譜儀等,課后習(xí)題涉及到電流天平、速度選擇器、磁流體發(fā)電、電磁流量計(jì)等。通過這些內(nèi)容可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,可以使學(xué)生樹立理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí),還可以訓(xùn)練學(xué)生把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成物理模型的能力。
注意物理學(xué)思想與方法的滲透。新課標(biāo)教材首次引入“電流元”這個(gè)物理量,就像質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、試探電荷一樣,電流元也是一個(gè)理想化模型。另外,電流元還涉及到“微元法”這一物理思想。其實(shí)我們?cè)谝龑?dǎo)學(xué)生分析電流在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)受力時(shí),需要用到微元法,這次課改把微元法納入教材內(nèi)容,提醒我們?cè)谡n堂上應(yīng)該有意識(shí)、有步驟地滲透物理思想和方法。
本主題的教學(xué)內(nèi)容,對(duì)后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)是重要的基礎(chǔ)。比如選修 3-2 中電磁感應(yīng)、交流電和選修 3-4 中的電磁場(chǎng)和電磁波。
(三)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的深入理解 1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的幾種定義
磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)的基本物理量,已知一個(gè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布,就可以確定運(yùn)動(dòng)電荷、電流在磁場(chǎng)中受到的作用力。磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 是和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度 E 相對(duì)應(yīng)的物理量。靜電場(chǎng)對(duì)電荷有作用力,靜電場(chǎng)可以用檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中各點(diǎn)受到的力來(lái)研究,電場(chǎng)強(qiáng)度 E 定義為 E=F/q。研究 磁場(chǎng)也要引進(jìn)一個(gè)檢測(cè)的物體,由于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流有作用力,對(duì)通電線圈有力矩的作用,所以可以采用這三種物體作為檢測(cè)磁場(chǎng)的物體,采用不同的檢測(cè)物體,也就相應(yīng)地給出了磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的不同定義。
2.下面介紹常見的磁感應(yīng)強(qiáng)度的三種定義方法。
(1)用一段通電直導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力來(lái)定義
通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用,這種力叫做安培力。實(shí)驗(yàn)表明,如果直導(dǎo)線的長(zhǎng)度為 L,電流為 I,垂直放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,作用在導(dǎo)線上的安培力大小為 F=ILB。由此可以定義磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,即 B=F/(IL)。
這種定義方法是用一小段通電導(dǎo)線作為檢測(cè)物體,安培力能夠演示,形象直觀,便于學(xué)生接受。中學(xué)教科書多采用這種定義方法,在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室用來(lái)測(cè)量 磁感應(yīng)強(qiáng)度的電流天平就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。但是這種方法確定的是一小段通電導(dǎo)線所在范圍內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的平均值,只有對(duì)勻強(qiáng)磁場(chǎng),給出的才是各點(diǎn)的 B ;對(duì)于非勻強(qiáng)磁場(chǎng),不能給出各點(diǎn)的 B,因此,對(duì)學(xué)生建立磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念有不利之處。
(2)用通電矩形線圈受到的力矩來(lái)定義
面積為 S 的小矩形線圈,通以電流 I,當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)平行時(shí),線圈所受磁場(chǎng)力的力矩為 M=BIS,由此可給出 B 的定義式,即 B=M/(IS)。
由于線圈等效于一個(gè)小磁針,線圈在磁場(chǎng)中受到的作用力相當(dāng)于小磁針受到的作用力。所以用線圈作為檢測(cè)物體來(lái)研究磁場(chǎng),與歷史上對(duì)磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)過程比較一致,某些普通物理教科書中有采用這種定義方法的,但是由于線圈總有一定的大小,所確定的也是線圈范圍內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的平均值,不能嚴(yán)格地確定磁場(chǎng)中各個(gè)點(diǎn)的 B。
(3)用運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁場(chǎng)力來(lái)定義
實(shí)驗(yàn)表明,運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中要受到力的作用,這個(gè)力叫做洛倫茲力。運(yùn)動(dòng)電荷 在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受磁場(chǎng)力的大小跟電荷量 q、運(yùn)動(dòng)速度 v 以及該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 有關(guān)系,還跟運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向間的夾角有關(guān)系,當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向垂直于磁場(chǎng)時(shí)所受的磁場(chǎng)力最大,且 F=qvB,由此可給出磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的定義式,即 B=F/(vq)。
電磁學(xué)是研究電磁場(chǎng)與電荷間相互作用及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的,電磁場(chǎng)對(duì)電荷有作用 力,通過電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力引入了電場(chǎng)強(qiáng)度 E,與此對(duì)應(yīng),通過磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力來(lái)引入磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。從理論上講,這種定義 B 的方法也比較本質(zhì)、嚴(yán)謹(jǐn),所以許多教科書中采用這種定義方法,但這種定義方法比較抽象,要求學(xué)習(xí)者有較高的抽象思維能力和推理能力。
磁感應(yīng)強(qiáng)度還有一個(gè)名稱叫做磁通密度,即它在數(shù)值上等于通過與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積的磁通量大小,反映了該處磁感線的疏密情況。這種定義方法可以把描述磁場(chǎng)的兩種方法磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感線有機(jī)地結(jié)合起來(lái),便于學(xué)生理解。
3.《磁場(chǎng)》知識(shí)的拓展
磁的應(yīng)用非常廣泛,隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,和磁有關(guān)的霍爾元件得到廣泛應(yīng)用,我們下面主要介紹霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用。
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種,這一現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall,1855—1938)于 1879 年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng),而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多,利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)也是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù),能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 I,并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上,將產(chǎn)生電勢(shì)差為 U H 的霍爾電壓。
根據(jù)霍爾效應(yīng),人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),因此,在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng),其大小與導(dǎo)線中的電流成正比,故可以利用霍爾元件測(cè)量出磁場(chǎng),就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸,不影響被測(cè)電路,不消耗被測(cè)電源的功率,特別適合于大電流傳感。
如果把霍爾元件按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上,當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過它時(shí),可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)就可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù),則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度。
2010 年北京高考就考察了霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用,題目如下:
23.(18 分)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器,廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。本題在題干中介紹了霍爾效應(yīng)的現(xiàn)象和產(chǎn)生機(jī)理等相關(guān)知識(shí),考察學(xué)生聯(lián)系實(shí)際,建立物理模型,應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。在第 3 問還提出一個(gè)開放性問題 “利用霍爾測(cè)速儀可以測(cè)量汽車行駛的里程。除此之外,請(qǐng)你展開“智慧的翅膀”,提出另一個(gè)實(shí)例或設(shè)想。”本設(shè)問給學(xué)生提供了一個(gè)對(duì)問題進(jìn)一步探索研究的空間和平臺(tái),引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用、關(guān)注社會(huì)、關(guān)注身邊的生活。應(yīng)該說(shuō),這樣設(shè)問,體現(xiàn)了課程改革的基本理念,對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、對(duì)中學(xué)物理教學(xué)起到了良好的導(dǎo)向作用。
二、《磁場(chǎng)》主題的教學(xué)策略
《磁場(chǎng)》主題的教學(xué)重點(diǎn)是,第一,學(xué)生在認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上正確理解磁場(chǎng)的描述方法,即理解磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)概念以及磁感線的物理意義。第二,磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線或運(yùn)動(dòng)電荷的作用力,即安培力和洛倫茲力。本主題的難點(diǎn)是應(yīng)用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律來(lái)分析粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),以及和磁場(chǎng)有關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。
(一)《磁感應(yīng)強(qiáng)度》教學(xué)策略
磁感應(yīng)強(qiáng)度是電磁學(xué)的基本概念之一,是本主題的重點(diǎn)。磁感強(qiáng)度概念的引人、方向的規(guī)定、大小的定義都可以通過和電場(chǎng)強(qiáng)度類比來(lái)學(xué)習(xí),通過學(xué)習(xí),可以讓學(xué)生體驗(yàn)類比這種科學(xué)研究方法。但磁感強(qiáng)度方向的規(guī)定用小磁針 N 極的受力方向,磁感強(qiáng)度的大小利用電流受力來(lái)定義,這又比電場(chǎng)強(qiáng)度定義更復(fù)雜,往往使學(xué)生產(chǎn)生混淆。
有的教材中引人電流元這個(gè)理想模型,就像質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、試探電荷一樣,電流元也是一個(gè)理想化模型。另外,電流元還涉及到“微元法”這一物理思想。在用 V-t 圖像求位移時(shí),學(xué)生已經(jīng)接觸過微元法,電流元的引人可以讓學(xué)生進(jìn)一步體悟“微元法”這一物理思想。
磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值定義法來(lái)定義的。比值定義法 是物理中最常用的定義物理量的方法,類比電場(chǎng)強(qiáng)度,結(jié)合微元法,使學(xué)生進(jìn)一步鞏固比值定義法。
《磁感應(yīng)強(qiáng)度》教學(xué)案例
1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
小磁針在磁場(chǎng)中靜止時(shí),它的 N、S的指向是唯一確定的,撥動(dòng)它,它將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),但當(dāng)它重新靜止時(shí),又回到原來(lái)的指向。所以物理學(xué)中就把小磁針靜止時(shí) N 極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。或者說(shuō),小磁針N極的受力方向或S極受力的反方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小
問題:小磁針確定磁場(chǎng)的方向非常方便,但無(wú)法確定N、S 極在磁場(chǎng)中的受力大小,怎么確定磁場(chǎng)的強(qiáng)弱呢?
磁場(chǎng)除了對(duì)磁體有力的作用外,還對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用。我們可以根據(jù)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力情況來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。請(qǐng)學(xué)生猜想磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力和哪些因素有關(guān)?
做好如圖所示的定性演示實(shí)驗(yàn):
(1)磁場(chǎng)力大小和懸線的偏角正相關(guān),為了現(xiàn)象明顯,懸線不能太短。演示時(shí)注意裝置的擺放,讓學(xué)生便于觀察偏角的大小。
(2)當(dāng)偏角不同時(shí),要慢慢移動(dòng)磁體使導(dǎo)線相對(duì)于磁體的位置不變。(3)分別接通1、2和1、4,改變導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度,保持電流大小相同,比較偏角大小。
(4)保持通電部分長(zhǎng)度不變,改變電流的大小,比較偏角的大小。
定量實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)通電導(dǎo)線和磁場(chǎng)垂直時(shí),它受力的大小與導(dǎo)線的長(zhǎng)度 L 成正比,又與導(dǎo)線中的電流 I 成正比。即 F ∝ IL。或者 F/IL= 定值。這個(gè)定值的大小可以反映磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,定值越大,表明磁場(chǎng)越強(qiáng)。
為了反映磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱,在物理學(xué)中,把很短一段通電導(dǎo)線中的電流 I 與導(dǎo)線長(zhǎng)度 L 的乘積 IL 叫做電流元。電流元和質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷一樣都屬于理想化模型。有了電流元這個(gè)模型,我們就可以定義 磁場(chǎng)中每一點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱 , 即磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
定義:當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)垂直時(shí),若電流元 IL 在該點(diǎn)所受磁場(chǎng)力為 F,則磁感應(yīng)強(qiáng) 度 B 的大小大小等于 F 與 IL 的比值。
對(duì)于該定義,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn):
? 磁感強(qiáng)度 B 的單位特斯拉 T 由定義式確定,1T=1NAm ? 定義的前提條件是導(dǎo)線和磁場(chǎng)垂直。
? 在磁場(chǎng)中同一點(diǎn),F(xiàn)/IL= 定值。即某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與電流元 IL、及其受力 F 無(wú)關(guān)。
? 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的方向并非 F 的方向,二者互相垂直,B 的方向?yàn)樾〈裴?N 極的受力方向。
作為對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)概念的的復(fù)習(xí)鞏固,可對(duì)比磁場(chǎng)和靜電場(chǎng),比較磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度的異同。兩者都用比值法定義物理量,其基礎(chǔ)是力與電荷量、電流元成正比,比值反映了場(chǎng)的強(qiáng)弱;二者也有明顯不同,從方向看,靜電力與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向總是相同或相反,而磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力方向與磁感強(qiáng)度的方向總垂直。從大小看,某試探電荷在電場(chǎng)中某位置受靜電力的大小是一定的,而某電流元在磁場(chǎng)中受的磁場(chǎng)力大小還與通電導(dǎo)線如何放置有關(guān),定義式的成立條件是磁場(chǎng)和導(dǎo)線垂直。
(二)《磁感線》教學(xué)策略
用磁感線描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,由于有初中基礎(chǔ)和前面電場(chǎng)線的學(xué)習(xí),理解起來(lái)并不困難。但由于磁感線的分布是空間的,而不是平面的,應(yīng)該通過演示實(shí)驗(yàn)來(lái)加深認(rèn)識(shí),教學(xué)中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的空間想象力。可以采取 “一圖多畫”的辦法,即對(duì)于同一個(gè)物
-1-1理情景,從不同的角度用圖形來(lái)描繪,可以先畫出立體圖,然后轉(zhuǎn)化成不同的平面圖,像正視圖、側(cè)視圖和俯視圖。
《磁感線》教學(xué)案例
1.磁感線
明確曲線上每一點(diǎn)的切線方向跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致,或者說(shuō)與靜止于該點(diǎn)的小磁針 N 極所指的方向一致。
可以用鐵屑在磁場(chǎng)中的分布情況來(lái)模擬磁感線的形狀。這是因?yàn)榧?xì)鐵屑在磁場(chǎng)中磁化成小磁針,輕敲玻璃板,鐵屑就會(huì)有規(guī)則地排列起來(lái),模擬出磁感線的形狀。
明確磁感線只是為了研究問題方便而假想的一系列曲線,磁體周圍并不真正存在磁感線。
引人磁感線后,讓學(xué)生對(duì)比電場(chǎng)線和磁感線,并明確: ? 兩者都用切線方向描述場(chǎng)的方向,用疏密描述場(chǎng)的強(qiáng)弱;
? 電場(chǎng)線是不閉合的,始于正電荷,終于負(fù)電荷;磁感線是閉合的,沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)。學(xué)生明確了用磁感線來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向后,可以引導(dǎo)學(xué)生研究幾種常見的磁場(chǎng),加深理解,同時(shí)也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供具體的磁場(chǎng)形式。
學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過條形磁體、蹄形磁體、同名磁極間、異名磁極間的磁感線。比較熟悉通電螺線管周圍的磁場(chǎng)。高中階段我們?cè)趶?fù)習(xí)以上磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上,應(yīng)該把通電直導(dǎo)線和環(huán)形電流的磁場(chǎng)作為重點(diǎn)。
首先用細(xì)鐵屑模擬出通電直導(dǎo)線的磁感線,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓。然后用小磁針來(lái)確定磁感線的方向。把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用圖形表示出來(lái),和學(xué)生共同總結(jié)出安培定則。
為了培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力,可以引導(dǎo)學(xué)生做一做圖形轉(zhuǎn)換,先畫出通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的立體圖,然后轉(zhuǎn)換出平面圖。首先讓學(xué)生識(shí)記兩個(gè)表示方向的符號(hào) × 和 · 的意義,然后帶領(lǐng)學(xué)生畫出縱剖圖,圖中的符號(hào) × 和·表示磁感線的方向。接著再讓學(xué)生畫出俯視圖和仰視圖,圖中的符號(hào) × 和·表示電流的方向。引導(dǎo)學(xué)生比較仰視圖和俯視圖,兩圖描述同一磁場(chǎng)的磁感線,一個(gè)是逆時(shí)針,而另一個(gè)是順時(shí)針,所以我們描述環(huán)形磁場(chǎng)方向的時(shí)候,必須明確觀察的角度。由于磁感線的分布是空間的,而不是平面的,所以我們有必要演示磁場(chǎng)的空間分布情況,圖中的實(shí)驗(yàn)裝置給學(xué)生看一看,學(xué)生馬上有豁然開朗的感覺。
對(duì)于環(huán)形電流的磁場(chǎng),從磁感線的描述、磁場(chǎng)方向的確定到安培定則的得出,由于有直導(dǎo)線的磁場(chǎng)作為鋪墊,教師只要做好演示實(shí)驗(yàn),歸納和總結(jié)大可讓學(xué)生完成,一方面是給學(xué)生一個(gè)練習(xí)的機(jī)會(huì),另一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科學(xué)表述能力。
最后,教師可以引導(dǎo)學(xué)生把環(huán)形電流和通電直導(dǎo)線以及通電螺線管的磁場(chǎng)做一做分析對(duì)比。我們可以把環(huán)形電流分割成無(wú)數(shù)個(gè)電流元,每一個(gè)電流元可以看成是一個(gè)通電直導(dǎo)線,環(huán)形電流的磁場(chǎng)可以認(rèn)為是這些電流元的磁場(chǎng)進(jìn)行矢量疊加得到的。從另一個(gè)角度看,環(huán)形電流也可以看作只有一匝的通電螺線管,從磁場(chǎng)分布情況看,通電螺線管可以等效成一個(gè)條形磁體,環(huán)形電流可以等效成一個(gè)小磁針。通過這樣的類比,使學(xué)生對(duì)電流的磁場(chǎng)形成一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),另外等效思想也為學(xué)生分析具體問題提供了一個(gè)非常方便的辦法。比如下面問題:
如圖所示,兩個(gè)完全相同的閉合導(dǎo)線環(huán)掛在光滑絕緣的水平橫桿上,當(dāng)導(dǎo)線環(huán)中通有同向電流時(shí)(如下圖),兩導(dǎo)線環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是()A.互相吸引,電流大的環(huán)其加速度也大 B.互相排斥,電流小的環(huán)其加速度較大 C.互相吸引,兩環(huán)加速度大小相同 D.互相排斥,兩環(huán)加速度大小相同
盡管學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)左手定則,但我們可以用等效方來(lái)分析本題,把兩個(gè)環(huán)形電流等效成一對(duì)小磁針,靠近的兩端為異名磁極相互吸引,所以兩個(gè)導(dǎo)線環(huán)互相吸引,又由于牛頓第三定律,相互作用力大小相等,而兩環(huán)完全相同,由牛頓第二定律可知,兩環(huán)加速度大小相同。所以正確答案為 C。本題也可以把環(huán)形電流分割成無(wú)數(shù)的電流元,每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的電流元電流方向相同,相互吸引。
2.分子電流假說(shuō)
安培分子電流假說(shuō),盡管教學(xué)要求不高,但對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理思維有非常重要的價(jià)值,使學(xué)生感受物理理論的和諧、統(tǒng)一。進(jìn)一步理解磁現(xiàn)象的電本質(zhì),使學(xué)生體會(huì)由事物的表面現(xiàn)象挖掘其本質(zhì)原因的思維過程,培養(yǎng)思維的深刻性。
有必要讓學(xué)生知道,“假說(shuō)”是用來(lái)說(shuō)明某種現(xiàn)象但未經(jīng)實(shí)踐證實(shí)的命題。在物理規(guī)律和物理理論建立的過程中,假說(shuō)常常起著很重要的作用。它是在一定的觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上概括和抽象出來(lái)的。安培分子電流就是在“通電螺線管磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)極為相似”這一事實(shí)的啟發(fā)下,結(jié)合環(huán)形電流磁場(chǎng)的特點(diǎn),經(jīng)過思維發(fā)展而產(chǎn)生出來(lái)的,這種從表面現(xiàn)象的簡(jiǎn)單相似到本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系的發(fā)展,體現(xiàn)了物理學(xué)深刻而又簡(jiǎn)潔之美。
安培電流假說(shuō)把電流的磁場(chǎng)和磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)很好地統(tǒng)一起來(lái),利用它可以很好地解釋磁化和消磁這兩種物理現(xiàn)象。
(三)《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》教學(xué)策略
對(duì)于安培力的大小,在前面定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小時(shí)學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)和導(dǎo)線垂直的情況已經(jīng)了解,通過公式變形,很容易得到安培力大小的公式。這里需要學(xué)生理解當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)不垂直的情景,安培力大小如何確定。安培力、電流和磁感強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系是教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)中首先做好演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,建立三維坐標(biāo)系,標(biāo)清三者的方向,正確理解三者之間的空間關(guān)系,并得出左手定則。
安培力、電流和磁感強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系是培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力的好題材,要使學(xué)生能夠看懂立體圖,并能熟悉地轉(zhuǎn)化成平面圖,如各個(gè)角度的側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖。讓學(xué)生養(yǎng)成作圖分析問題的良好思維習(xí)慣,需要一定量的習(xí)題來(lái)訓(xùn)練和鞏固。
學(xué)習(xí)安培力后,可以把安培力和靜力學(xué)及平衡狀態(tài)進(jìn)行綜合命題,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。通過練習(xí),使學(xué)生樹立電磁學(xué)問題轉(zhuǎn)換為力學(xué)問題、把陌生問題轉(zhuǎn)換成熟悉問題的轉(zhuǎn)換意識(shí)。這類問題,把三維立體情景轉(zhuǎn)化為同一平面內(nèi)的共點(diǎn)力平衡,做好平面受力圖,養(yǎng)成受力分析的好習(xí)慣,是解決這類問題的關(guān)鍵。
《磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力》教學(xué)案例
1.安培力的方向
做好演示實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察記錄、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。記錄和分析的過程本身就是培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的過程,要很好地把握。如圖,把實(shí)驗(yàn)結(jié)果用三維坐標(biāo)圖記錄下來(lái);并學(xué)習(xí)教材介紹的左手定則驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。分別改變磁場(chǎng)方向和電流方向,先讓學(xué)生用左手定則預(yù)測(cè)安培力的方向,然后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了讓學(xué)生熟練掌握左手定則,這時(shí)可以安排練習(xí)讓學(xué)生熟悉左手定則的應(yīng)用。比如下題。
在下列各圖中,分別標(biāo)出了磁場(chǎng) B 的方向,電流 I 方向和導(dǎo)線所受安培力 F 的方向,其中正確的是
當(dāng)然本題也可以改編為電流、磁感線、安培力三個(gè)方向,知道其中兩個(gè),判斷第三個(gè)物理量的方向。
對(duì)于導(dǎo)線和磁感線方向不垂直的情況,往往學(xué)生感到困難,先讓學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn),轉(zhuǎn)動(dòng)磁極,使磁感線和導(dǎo)線方向夾角不是 90 度,學(xué)生通過懸掛導(dǎo)線的偏轉(zhuǎn)認(rèn)識(shí)到,安培力的方向不變,大小減小。然后作圖分析。比如圖中的情形,磁感線和電流方向不垂直,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知安培力的方向垂直紙面向里。這里,可以和學(xué)生一起復(fù)習(xí)立體幾何的一個(gè)定理:如果一條直線垂直于平面內(nèi)兩條相交的直線,則該直線和平面垂直。可見,不管電流和磁感線夾角如何,安培力一定既垂直于電流,也垂直于磁感線,即垂直于電流和磁感線所確定的平面。這種情形也可以用左手定則來(lái)判斷安培力的方向,但注意磁感線是傾斜穿過掌心。如圖所示的情形,安培力應(yīng)該垂直紙面向里。分析下面習(xí)題:
關(guān)于左手定則的使用,下列說(shuō)法中正確的是()
A.在電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和安培力三個(gè)物理量中,知道其中任意兩個(gè)量的方向,就可以確定第三個(gè)量的方向
B.知道電流方向和磁場(chǎng)方向,可以唯一確定安培力的方向 C.知道磁場(chǎng)方向和安培力的方向,可以唯一確定電流的方向 D.知道電流方向和安培力的方向,可以唯一確定磁場(chǎng)方向
我們知道,不管電流與磁場(chǎng)夾角如何,安培力方向不變,所以知道電流方向和磁場(chǎng)方向,可以唯一確定安培力的方向。所以正確選項(xiàng)是B。
左手定則涉及三個(gè)物理量的方向,三維圖的立體感強(qiáng),具有直觀、形象、逼真等特點(diǎn),而學(xué)生的空間想象力還不強(qiáng),教學(xué)中要重視對(duì)三維圖形的識(shí)讀訓(xùn)練。2009 年北京高考第 23 題以電磁流量計(jì)為背景命題,很多考生就是因?yàn)閷?duì)電磁流量計(jì)的立體圖讀不懂而導(dǎo)致丟分。但三維圖在表達(dá)方向、夾角和力的圖示等方面不如二維圖形表達(dá)得清楚、準(zhǔn)確,因此,有效地訓(xùn)練如何恰當(dāng)?shù)赜糜脗?cè)視圖、俯視圖和剖面圖等表達(dá)很有必要。比如讓學(xué)生練習(xí)把圖示的立體情景轉(zhuǎn)換為平面圖。2.安培力的大小
首先讓學(xué)生明白兩種特殊情況。從磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的定義式變形,很容易得到電流與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),安培力 F=BIL。另外,讓學(xué)生明確當(dāng)電流和磁場(chǎng)方向平行時(shí),安培力為 0.再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)等效替代關(guān)系,對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行矢量分解,把磁感強(qiáng)度 B 沿平行于電流和垂直于電流兩個(gè)方向分解為 B2 和 B1。則 B2 分量對(duì)電流的安培力為零,所以磁場(chǎng)對(duì)電流的安培力為 B1分量對(duì)電流的安培力。
這里應(yīng)該讓學(xué)生體會(huì)由特殊到一般的研究思路以及等效替代的物理思想。明確了安培力的大小和方向,應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生把安培力和電場(chǎng)力做對(duì)比:電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力是一定的,方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向同向或反向。而電流在磁場(chǎng)中受到的安培力大小和電流與磁感線的夾角有關(guān),方向與磁感強(qiáng)度的方向垂直。
安培力的規(guī)律學(xué)完后,我們可以和學(xué)生分析兩根平行通電導(dǎo)線之間力的作用,作為安培力知識(shí)的應(yīng)用。以習(xí)題的形式給出以下問題讓學(xué)生分析:
兩根平行的通電導(dǎo)線,其電流方向如圖所示,請(qǐng)分析:(1)I1 在 I2 處產(chǎn)生磁場(chǎng) B1 方向?(2)I2 受到 I1 磁場(chǎng)的作用力如何?(3)I1 受到 I2 磁場(chǎng)的作用力如何?
分析時(shí)注意引導(dǎo)學(xué)生做出平面圖,可以畫出正視圖(剖面圖);也可以畫出俯視圖來(lái)分析。課堂上讓學(xué)生把兩個(gè)圖都畫一畫,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力是很有幫助的。
磁電式電流表是安培力的一個(gè)重要應(yīng)用。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中多次使用過電流表和電壓表,也知道它們都是由表頭改裝而成。有進(jìn)一步學(xué)習(xí)表頭的結(jié)構(gòu)和原理的動(dòng)機(jī)和興趣。如果條件允許的話,先讓學(xué)生觀察實(shí)物,找到磁體、極靴、鋁框、鐵質(zhì)圓柱、線圈、螺旋彈簧、指針等構(gòu)件。了解它們之中哪些是固定的,哪些是可動(dòng)的。然后利用結(jié)構(gòu)圖引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析。
a.在線框轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi),線框所在的B的大小和方向如何?
由于極靴的作用,極靴與鐵質(zhì)圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向,而且在同一圓周上,磁感強(qiáng)度 B 的大小相等。
b.線框轉(zhuǎn)動(dòng)過程磁力大小變化否? 線圈無(wú)論轉(zhuǎn)動(dòng)到什么位置,線圈平面都跟磁感線平行,左右兩邊受到的磁力大小不變。c.在線框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),螺旋彈簧阻力如何變化?
隨著線圈轉(zhuǎn)動(dòng),螺旋彈簧形變變大,彈簧阻力變大。進(jìn)一步研究表明,彈簧阻力和線圈轉(zhuǎn)過的角度成正比。
d.電流與指針偏角的關(guān)系?
當(dāng)線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),安培力和阻力對(duì)線圈產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)效果相當(dāng),可見電流越大,指針偏角越大,指針偏角和電流大小成正比,所以電流表刻度均勻。
(四)《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》教學(xué)策略
關(guān)于洛倫茲力的方向教學(xué),在安培力知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過提出問題、進(jìn)行猜想和假設(shè),然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、分析論證,使學(xué)生經(jīng)歷一次實(shí)驗(yàn)探究過程。對(duì)于洛倫茲力的大小,引導(dǎo)學(xué)生由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式,使學(xué)生經(jīng)歷一次理論探究過程。
陰極射線管的實(shí)驗(yàn),當(dāng)學(xué)生看到磁體使亮線發(fā)生彎曲時(shí),覺得非常新奇、刺激,可以大大激發(fā)起學(xué)生的好奇心和求知欲,因此做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常重要。
《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》教學(xué)案例
1.洛倫茲力的方向
提出問題:安培力是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力,電流是電荷定向移動(dòng)形成的,那么安培力的實(shí)質(zhì)是否是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力呢?
猜想和假設(shè):如果安培力的實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力,那么它們應(yīng)該遵循同樣的物理規(guī)律 —— 左手定則。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:介紹陰極射線管,讓學(xué)生明白電子流的運(yùn)動(dòng)方向。介紹磁體如何放置,讓學(xué)生明確磁場(chǎng)的方向,然后讓學(xué)生運(yùn)用左手定則來(lái)預(yù)言,電子流將向哪邊偏轉(zhuǎn)。當(dāng)學(xué)生看到亮線彎曲,而且和自己的預(yù)言完全吻合時(shí),會(huì)感到非常興奮。
分析論證:我們把運(yùn)動(dòng)電荷受到的力叫做洛倫茲力,運(yùn)動(dòng)電荷和電流在磁場(chǎng)中受力都遵循左手定則,可以推斷,安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。知道了安培力和洛倫茲力的關(guān)系,接下來(lái)通過類比學(xué)習(xí),明確洛倫茲力既垂直于帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向,也垂直于磁場(chǎng)方向,即垂直于運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向所確定的平面。當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向垂直時(shí),洛倫茲力最大;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向平行時(shí),洛倫茲力為零。
如果運(yùn)動(dòng)電荷為負(fù)電荷,電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向相反,這種情況,學(xué)生很容易弄錯(cuò),需要用習(xí)題來(lái)強(qiáng)化,比如練習(xí)1,知道磁場(chǎng)方向、運(yùn)動(dòng)方向和受力方向,讓學(xué)生判斷運(yùn)動(dòng)粒子的電性。像練習(xí)2 這樣的題目其實(shí)并不嚴(yán)謹(jǐn),因?yàn)榇艌?chǎng)并不是唯一確定的,它可以是在豎直平面內(nèi)和運(yùn)動(dòng)方向夾角不為零的任意方向。
與學(xué)習(xí)安培力的方向一樣,培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力同樣是本節(jié)課的重要任務(wù),比如我們可以結(jié)合三維坐標(biāo)來(lái)讓學(xué)生分析磁場(chǎng)方向、電荷運(yùn)動(dòng)方向和洛倫茲力方向三者關(guān)系。比如練習(xí)3.同時(shí)本題還用到電場(chǎng)力,學(xué)生在完成練習(xí)的同時(shí),也在進(jìn)行二者的對(duì)比:洛倫磁力的方向和磁場(chǎng)垂直,電磁力的方向和電場(chǎng)平行。
2.洛倫茲力的大小
首先讓學(xué)生理解推導(dǎo)洛倫茲力大小公式的思路。先明確推導(dǎo)的出發(fā)點(diǎn):安培力實(shí)際是洛倫磁力的宏觀表現(xiàn),即一段導(dǎo)線所受安培力等于該段導(dǎo)線內(nèi)所有電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的合力;其次建立推導(dǎo)的物理模型:長(zhǎng)為 L 的靜止的通電導(dǎo)線,它受到的安培力除以導(dǎo)體內(nèi)定向移動(dòng)的帶電粒子數(shù)目,即為每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受到的洛倫茲力。再分析電流強(qiáng)度和電荷定向移動(dòng)之間的關(guān)系,讓學(xué)生回顧電流的微觀表達(dá)式。抓住了上述線索,思考和討論就有了方向。
即使明確了推導(dǎo)思路,推導(dǎo)過程對(duì)大部學(xué)生來(lái)說(shuō)還是有一定難度的,教學(xué)中 可以采取“搭梯子”的辦法。比如通過思考題的辦法給學(xué)生進(jìn)行逐步提示:
思考:
(l)如何用(單位體積內(nèi)含的運(yùn)動(dòng)電荷數(shù) n,每個(gè)電荷電量為 q,電荷的平均定向移動(dòng)速率是 v,導(dǎo)線的橫截面積是 S)n、q、v、S 來(lái)表示通電導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度 I ?
(2)如何從合力的觀點(diǎn)出發(fā)用洛侖茲力 f 來(lái)表達(dá)安培力 F 的值?(當(dāng)通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)時(shí))
F = IBL = Nf(N 為導(dǎo)線中電荷總數(shù))
(3)如何求得 N ?(4)能否根據(jù)上面的關(guān)系,推出一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛侖茲力的大小。
(5)適用條件是什么?
洛倫茲力的計(jì)算公式 F=qvB 是在導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直的情況下導(dǎo)出的,這個(gè)公式只適用于電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直的情況。如果電荷的運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)不垂直,應(yīng)該如何處理,教師提出問題后,應(yīng)該讓學(xué)生獨(dú)立完成。對(duì)于有困難的學(xué)生,可以讓他們參照上一節(jié)電流和磁場(chǎng)不垂直的情況來(lái)處理。
洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功,是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的重要特點(diǎn)。可以引導(dǎo)學(xué)生分析討論得到。比如讓學(xué)生思考下面幾個(gè)問題:洛倫茲力一定垂直于粒子的運(yùn)動(dòng)方向,它對(duì)粒子的速度有何影響?當(dāng)一個(gè)力和物體的運(yùn)動(dòng)方向總是垂直的,它是否做功?帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),它的動(dòng)能如何變化?在此基礎(chǔ)上,讓學(xué)生完成以下練習(xí):
電子以速度 V,垂直進(jìn)入磁感強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,則()A、磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不變 B、磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不做功 C、電子的動(dòng)量始終不變 D、電子的動(dòng)能始終不變
用力學(xué)規(guī)律來(lái)分析洛倫茲力和粒子的運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,使學(xué)生意識(shí)到帶電粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和宏觀物體的一樣,分析電學(xué)問題的總的思路就是把它轉(zhuǎn)換成力學(xué)問題。
可以啟發(fā)學(xué)生也可以利用運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力來(lái)定義磁感強(qiáng)度,這樣不僅拓寬了學(xué)生的視野,更重要的是揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì),把 B=F/(qB)與 E=F/q 相比較,它們都是用比值的方法定義物理量。然后讓學(xué)生對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)、靜電力和洛倫茲力進(jìn)行對(duì)比。
? 電場(chǎng)力和洛倫茲力的比較
1.在電場(chǎng)中的電荷,不管其運(yùn)動(dòng)與否,均受到電場(chǎng)力的作用;而磁場(chǎng)僅僅對(duì)運(yùn)動(dòng)著的、且速度與磁場(chǎng)方向不平行的電荷有洛倫茲力的作用。
2.電場(chǎng)力的大小 F = Eq,與電荷的運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān);而洛倫茲力的大小 f=Bqvsinα, 與電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小和方向均有關(guān)。3.電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向或相同、或相反;而洛倫茲力的方向始終既和磁場(chǎng)垂直,又和速度方向垂直。
4.電場(chǎng)力既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小,也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向,而洛倫茲力只能改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向,不能改變速度大小
5.電場(chǎng)力可以對(duì)電荷做功,能改變電荷的動(dòng)能;洛倫茲力不能對(duì)電荷做功,不能改變電荷的動(dòng)能。
6.勻強(qiáng)電場(chǎng)中在電場(chǎng)力的作用下,運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為拋物線;勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在洛倫茲力的作用下,垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為圓弧.(學(xué)完《帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》補(bǔ)充)
3.電視顯像管的工作原理
這部分內(nèi)容體現(xiàn)了物理知識(shí)與科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用問題,不必深究技術(shù)細(xì)節(jié),重點(diǎn)是理解其應(yīng)用的物理原理,從實(shí)際問題中抽象出物理模型。
電子顯像管中,電子槍利用了熱電子發(fā)射和加速電子的原理,這一點(diǎn)和示波管是相同的。而顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈應(yīng)用了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力作用,即磁偏轉(zhuǎn);而示波管用電場(chǎng)來(lái)控制電子的運(yùn)動(dòng)軌跡,即電偏轉(zhuǎn),由于磁偏轉(zhuǎn)可以使偏轉(zhuǎn)角為任意值,所以顯像管的屏幕面積更大。
電子技術(shù)中的掃描應(yīng)用的物理原理是速度的合成,學(xué)生只要明白電子的水平運(yùn)動(dòng)是豎直方向的磁場(chǎng)控制的,而電子的豎直分運(yùn)動(dòng)是水平方向的磁場(chǎng)控制的即可。
(五)《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》教學(xué)策略
《磁場(chǎng)》主題的教學(xué)難點(diǎn)是帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),盡管在課程標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確要求,但作為洛倫茲力的應(yīng)用,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和應(yīng)用能力有重要的作用。
因?yàn)榱W拥倪\(yùn)動(dòng)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比宏觀物體的運(yùn)動(dòng)抽象,學(xué)生缺乏感性材料。可以采用了先實(shí)驗(yàn)探究,再理論分析推導(dǎo)的順序。帶著實(shí)驗(yàn)得到的感性材料,再用學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行理論分析,從理論的高度推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的必然性,這樣先實(shí)驗(yàn)觀察再理論論證比較符合一般的認(rèn)知過程。也降低了學(xué)習(xí)的難度。如果學(xué)生整體水平比較高,也可以采用先理論分析,再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的順序,給學(xué)生提供高強(qiáng)度思維訓(xùn)練的材料。作為帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的知識(shí)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)例,質(zhì)譜儀和回旋加速器也是本節(jié)課的重要內(nèi)容,可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)和電學(xué)知識(shí)的能力。
《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》教學(xué)案例
首先讓學(xué)生了解洛倫茲力 演示儀的結(jié)構(gòu)和原理。電子槍產(chǎn)生的電子射線可以使玻璃泡內(nèi)的稀薄氣體發(fā)出輝光,顯示電子的運(yùn)動(dòng)軌跡。電子運(yùn)動(dòng)速度的大小可以通過加速電壓來(lái)調(diào)節(jié)。兩個(gè)相隔一定間距的環(huán)形線圈(亥姆霍玆線圈)之間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向和兩線圈中心的連線平行,即與電子運(yùn)動(dòng)方向垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)演示:
1.不加磁場(chǎng)觀察電子射線的軌跡。
2.加上和電子運(yùn)動(dòng)方向垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),觀察電子射線的軌跡。
3.保持電子速度不變,通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流改變磁感應(yīng)強(qiáng)度,觀察圓形軌跡如何變化。4.保持磁感強(qiáng)度不變,通過調(diào)節(jié)加速電壓改變電子運(yùn)動(dòng)速度,觀察圓形軌跡的半徑變化。
理論推導(dǎo):
垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的電子,它的初速度和所受洛倫茲力都在垂直于磁場(chǎng)的同一平面內(nèi),沒有其他作用使粒子離開這個(gè)平面。洛倫茲力始終垂直于粒子的運(yùn)動(dòng)方向,只能改變速度的方向,而不能改變速度的大小,它的效果就是粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。
1.洛倫茲力提供向心力 qvB=mv/R 2.所以軌道半徑 R=mv/qB 根據(jù)軌道半徑的表達(dá)式,分析粒子的速度和磁感強(qiáng)度對(duì)軌道半徑的影響,和剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相印證。
進(jìn)一步提出問題:若增大粒子運(yùn)動(dòng)的速度,由剛才分析知軌道半徑會(huì)增大,它運(yùn)動(dòng)一周所需的時(shí)間(周期)如何變化?
2有學(xué)生認(rèn)為速度變大,周期變小;也有的認(rèn)為速度v增大,圓的周長(zhǎng)變大,周期變小。這兩種想法考慮的都不全面,提示學(xué)生必須推導(dǎo)出周期的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行分析。由此培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)分析物理問題的意識(shí)和能力。
1.圓周的周長(zhǎng)為 S=2πR 2.周期為 T=2πR/v 3.把軌道半徑 R=mv/qB 代入得 T=2πm/(qB)由周期的表達(dá)式可知,周期和粒子的運(yùn)動(dòng)速度及軌道半徑無(wú)關(guān),周期大小取決于磁感強(qiáng)度和粒子的比荷。
對(duì)于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),要求學(xué)生明確兩種情況: 1.若帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行 v∥B,f = 0,→ 勻速直線
2.若帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直 v ┴ B,f ┴ v,f = C,勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
三、學(xué)生學(xué)習(xí)中常見的錯(cuò)誤與問題分析與解決策略
(一)前知識(shí)引起的負(fù)遷移,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)新知識(shí)理解性錯(cuò)誤
對(duì)于磁場(chǎng),可以通過和電場(chǎng)類比進(jìn)行教學(xué)。類比學(xué)習(xí),可以讓學(xué)生由舊知識(shí)很快遷移到新知識(shí)上。但是隨著學(xué)習(xí)的深入,往往有同學(xué)不去注意電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩者的區(qū)別,造成理解上的錯(cuò)誤。因此我們更應(yīng)該注意新舊知識(shí)之間的差別,防止出現(xiàn)負(fù)遷移。
1.關(guān)于磁場(chǎng)的產(chǎn)生
我們知道,在電荷或帶電體周圍存在電場(chǎng);根據(jù)麥克斯韋理論我們知道,變化的磁場(chǎng)也可以產(chǎn)生電場(chǎng)。但磁場(chǎng)的來(lái)源比電場(chǎng)就復(fù)雜的多,對(duì)此,學(xué)生往往容易引起混亂。教師在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)應(yīng)該進(jìn)行歸納和概括,以澄清學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。
我們知道,磁體周圍存在磁場(chǎng),電流周圍也存在磁場(chǎng),學(xué)習(xí)完安培電流假說(shuō),我們知道二者在本質(zhì)上是一致的,即磁現(xiàn)象的電本質(zhì),而電流是電荷定向移動(dòng)形成的,總而言之,運(yùn)動(dòng)電荷的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。歷史上有一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)叫羅蘭實(shí)驗(yàn),在帶電的絕緣圓盤附近設(shè)置一個(gè)小磁針,起初小磁針由于地磁作用指向南北方向,但是,當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到起來(lái),小磁針有了新的指向,說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤周圍產(chǎn)生了磁場(chǎng),其實(shí)質(zhì)是圓盤上的電荷隨圓盤發(fā)生定向移動(dòng)從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。但是我們剛才所進(jìn)行的是不完全歸納,如果有同學(xué)概括歸納為:一切磁場(chǎng)都是由于電荷運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的,這就是錯(cuò)誤的。因?yàn)槲覀兒竺孢€會(huì)學(xué)習(xí)到麥克斯韋理論,變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),可見電場(chǎng)和磁場(chǎng)還可以互相感生,可以脫離電荷而存在。所以在教學(xué)中,我們既要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納和總結(jié),提煉出最本質(zhì)、最簡(jiǎn)潔的統(tǒng)一規(guī)律,又要注意理論的嚴(yán)謹(jǐn),為以后的學(xué)習(xí)留下知識(shí)的增長(zhǎng)點(diǎn)。
2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度概念
由電場(chǎng)強(qiáng)度過渡到磁感應(yīng)強(qiáng)度,因?yàn)槠湮锢硭枷胂嗤詫W(xué)生接受起來(lái)非常容易。但磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小的定義并不是根據(jù)同一個(gè)物理事實(shí),這一點(diǎn)往往造成學(xué)生的錯(cuò)誤理解。所以學(xué)完以后,一定要注意引導(dǎo)學(xué)生比較磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度這兩個(gè)概念的異同。
兩者的相同點(diǎn):都用比值法定義物理量,其依據(jù)是力與電荷量或電流元成正比,比值反映了場(chǎng)的強(qiáng)弱;但是我們更應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生分析兩者的區(qū)別,從方向看,靜電力與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向總是相同或相反,而電流或運(yùn)動(dòng)電荷所受的磁場(chǎng)力方向與磁感強(qiáng)度的方向總垂直,因?yàn)榇鸥袕?qiáng)度的方向是用小磁針 N 極的受力方向來(lái)定義的。從大小看,某試探電荷在電場(chǎng)中某位置受靜電力的大小是一定的,而某電流元在磁場(chǎng)中受的磁場(chǎng)力大小還與通電導(dǎo)線如何放置有關(guān),磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式的成立條件是磁場(chǎng)和導(dǎo)線垂直。對(duì)于這些區(qū)別,學(xué)生很容易混淆,我們可以通過一些辨析題來(lái)加深理解:
(1)磁場(chǎng)中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小,就是通以電流 I,長(zhǎng)為 L 的一小段導(dǎo)線放在該處時(shí),所受的磁場(chǎng)力 F 與 I、L 乘積的比值。
錯(cuò)誤原因:學(xué)生機(jī)械地記憶公式,不注重物理公式的成立條件。電流在磁場(chǎng)中受的磁場(chǎng)力大小與導(dǎo)線如何放置有關(guān),磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式的成立條件是磁場(chǎng)和導(dǎo)線垂直。
(2)一小段通電導(dǎo)線放在某處不受磁場(chǎng)力的作用,則該處一定沒有磁場(chǎng)。錯(cuò)誤原因:沒有正確地區(qū)分電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力。試探電荷在電場(chǎng)中某位置受電場(chǎng)力的大小是一定的,若電場(chǎng)力為零,則該處的電場(chǎng)強(qiáng)度一定為零;但是,磁場(chǎng)不同,當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向同向時(shí),即使磁感強(qiáng)度不為零,也不受到磁場(chǎng)力的作用。
(3)垂直于磁場(chǎng)而放置的通電導(dǎo)線的受力方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。
錯(cuò)誤原因:概念掌握不準(zhǔn)確,磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義中,大小和方向從不同的角度來(lái)定義。磁感強(qiáng)度的方向是用小磁針 N 極的受力方向來(lái)定義的,而磁場(chǎng)力方向與磁感強(qiáng)度的方向總垂直。(4)一小段通電導(dǎo)線放在磁場(chǎng)中 A 處時(shí)受磁場(chǎng)力比放在 B 處大,則 A 處磁感應(yīng)強(qiáng)度比 B 處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大。
錯(cuò)誤原因:由于電場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生的負(fù)遷移,對(duì)于電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大,同一電荷受力大。而通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力和該導(dǎo)線如何放置有關(guān)。
(5)因?yàn)?B=F/IL,所以某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與放在該處的電流元 IL 的乘積成反比。
錯(cuò)誤原因:不理解比值定義法,垂直放在某處的電流元,所受的磁場(chǎng)力和電流元 IL 的乘積成正比,即比值不變,這個(gè)比值就是磁感應(yīng)強(qiáng)度。所以磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流元 IL 的乘積無(wú)關(guān)。
(二)對(duì)磁場(chǎng)力認(rèn)識(shí)模糊,導(dǎo)致分析錯(cuò)誤
磁體和電流周圍都存在磁場(chǎng);磁體和磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間都存在相互作用的磁力;對(duì)于種類繁多的磁場(chǎng)力,往往容易引起學(xué)生混亂。如何判斷磁體受到的磁力方向?初學(xué)者往往找不到明確的思路。他們往往根據(jù) 同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引來(lái)判斷,就可能得到錯(cuò)誤的結(jié)論;而對(duì)于電流對(duì)磁體的作用方向更是無(wú)從下手。其實(shí)問題的根源還在學(xué)生沒有深入理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,我們把小磁針N極的受力方向規(guī)定為該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,由此我們可知,磁體的N極受力方向就是該處的磁場(chǎng)方向,而S極受力方向是該處磁場(chǎng)的反方向。從場(chǎng)的角度認(rèn)識(shí)和分析磁場(chǎng)力才是科學(xué)的思維方法。分析下面例題來(lái)澄清學(xué)生的模糊認(rèn)識(shí):
1.如圖所示,彈簧秤下掛一條形磁鐵,其中條形磁鐵 N 極的一部分位于未通電的螺線管內(nèi),下列說(shuō)法正確的是
① 若將 a 接電源正極,b 接負(fù)極,彈簧秤示數(shù)減小 ② 若將 a 接電源正極,b 接負(fù)極,彈簧秤示數(shù)增大 ③ 若將 b 接電源正極,a 接負(fù)極,彈簧秤示數(shù)增大 ④ 若將 b 接電源正極,a 接負(fù)極,彈簧秤示數(shù)減小 A ①② B ①③ C ②③ D ②④
常見錯(cuò)誤:根據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引,若將 a 接電源正極,b 接負(fù)極,通電螺線管下端是 S 極,而條形磁體下端是 N 極,相互吸引,所以彈簧秤示數(shù)增大。出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤,說(shuō)明學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)還不到位,還是停留在磁體間相互作用的感性認(rèn)識(shí)水平。
解決這個(gè)問題,應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到 磁體和電流周圍都存在磁場(chǎng);磁體和磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間都存在相互作用的磁力;它們間的作用力是通過磁場(chǎng)而發(fā)生的。而磁場(chǎng)力的方向取決于磁場(chǎng)的方向。對(duì)于磁體受到的磁場(chǎng)力,磁體 N 極受力方向和磁場(chǎng)方向相同;S 極受力方向和磁場(chǎng)方向相反。對(duì)于電流或運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的受力方向,根據(jù)左手定則來(lái)判斷。本題中彈簧秤的示數(shù)變化取決于磁體受到的磁場(chǎng)力,首先要根據(jù)安培定則判斷通電螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)的方向。若將 a 接電源正極,b 接負(fù)極,螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)方向向上,所以磁體 N 極受力方向向上,S 極受力方向向下,但 N 極受到的磁場(chǎng)力大于 S 極受到的磁場(chǎng)力,合力方向向上,彈簧秤示數(shù)變小。所以本題正確答案為 B。
2.條形磁鐵放在水平桌面上,它的上方靠近S 極一側(cè)懸掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒,如圖所示(圖中只畫出棒的截面圖).在棒中通以垂直紙面向里的電流的瞬間,可能產(chǎn)生的情況是
A .磁鐵對(duì)桌面的壓力減小 B .磁鐵對(duì)桌面的壓力增大 C .磁鐵受到向左的摩擦力
D .磁鐵受到向右的摩擦力
常見問題:很多同學(xué)碰到這個(gè)問題,首先想到去分析通電導(dǎo)線對(duì)磁體的作用力,他先畫出導(dǎo)線周圍的磁感線分布情況,再分析磁體的 N 極和 S 極的受力情況,這樣分析,把問題復(fù)雜化,導(dǎo)致無(wú)法求解。
解決這類問題,要啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用逆向思維。由于牛頓第三定律同樣適用于電磁力,我們可以先分析磁體對(duì)通電導(dǎo)線的作用力,先畫出磁體周圍的磁感線,再根據(jù)左手定則判斷出通電導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向,應(yīng)用牛頓第三定律就可以判斷磁體受到的磁場(chǎng)力。再對(duì)磁體進(jìn)行受力分析,可以判斷正確答案為 AC。
(三)對(duì)洛侖茲力方向判斷有誤,導(dǎo)致分析問題出錯(cuò)
洛侖茲力的方向判斷也用到左手定則,四指所指的方向應(yīng)該是正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向,出錯(cuò)往往是由于學(xué)生不注意運(yùn)動(dòng)電荷的電性正負(fù),或運(yùn)動(dòng)方向的變化而導(dǎo)致洛侖茲力方向分析錯(cuò)誤。請(qǐng)看下例:
3.如圖所示,厚度為 h,寬度為 d 的金屬導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的均勻磁場(chǎng)中,當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí),在導(dǎo)體板的上側(cè)面 A 和下側(cè)面 A'之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。設(shè)電流 I 是由于電子的定向移動(dòng)形成的,請(qǐng)分析達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),比較導(dǎo)體板上側(cè)面 A 的電勢(shì)與下側(cè)面 A'的電勢(shì)的高低。
常見錯(cuò)誤:在磁場(chǎng)中定向移動(dòng)時(shí)所受洛侖茲力的方向判斷錯(cuò)誤,或者沒有意識(shí)到電子帶負(fù)電,電勢(shì)高低判斷錯(cuò)誤。
本題首先要正確判斷電子所受磁場(chǎng)力的方向,根據(jù)左手定則,四指指向電流的方向(或者說(shuō)電子定向移動(dòng)的反方向),可以判斷洛侖茲力方向向上。上側(cè)面聚集了多余的電子,下側(cè)面缺少電子,由于電子帶負(fù)電,所以下側(cè)面帶正電電勢(shì)高。這樣在導(dǎo)體內(nèi)部又建立了電場(chǎng),當(dāng)電子所受的磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力平衡時(shí),就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài),上下兩個(gè)側(cè)面的電勢(shì)差保持不變。
如果本題中的導(dǎo)電材料是半導(dǎo)體,靠空穴的定向移動(dòng)形成電流,那么上下兩個(gè)側(cè)面哪個(gè)電勢(shì)高呢?我們知道空穴帶正電荷,由于磁場(chǎng)方向和電流方向不變,空穴定向移動(dòng)所受磁場(chǎng)的方向也不變,即空穴所受洛侖茲力方向向上。所以上側(cè)面聚集了帶正電的空穴,上側(cè)面電勢(shì)更高。可見,對(duì)于不同導(dǎo)電材料,在磁場(chǎng)和電流方向相同的情況下,霍爾電勢(shì)差的正負(fù)和載流子有關(guān)。洛侖茲力的方向隨著電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化,當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)反向時(shí),洛侖茲力的方向隨之而反向,很多學(xué)生因?yàn)樗季S定勢(shì),而導(dǎo)致出錯(cuò)。
4.如圖所示,用長(zhǎng)為 L 的細(xì)線把小球懸掛起來(lái)做一單擺,球的質(zhì)量為 M,帶電量為-q,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里,大小為 B。小球始終在垂直于磁場(chǎng)方向的豎直平面內(nèi)往復(fù)擺動(dòng),其懸線和豎直方向的最大夾角是 60。試計(jì)算小球通過最低點(diǎn)時(shí)對(duì)細(xì)線拉力的大小。
0
常見錯(cuò)誤:
解:小球從靜止開始運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中,利用動(dòng)能定理 mgL(1—cos60)=mv/2 得 v=√gL 當(dāng)小球從左向右通過最低點(diǎn)時(shí) T1—qvB—mg=mv/L 得 T1 =2mg+qB√gL。
本題出現(xiàn)錯(cuò)誤是由于學(xué)生沒有注意到當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí),所受洛侖茲力的方向反向。造成答案不完整,反映了學(xué)生思維的嚴(yán)密性需要進(jìn)一步加強(qiáng)。所以在動(dòng)力學(xué)問題中如果出現(xiàn)洛侖茲力,一定要注意當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向變化時(shí),洛侖茲力方向隨之而變化。補(bǔ)全另一種情況:當(dāng)小球從右向左通過電低點(diǎn)時(shí),洛侖茲力反向,有
T2 + qvB — mg = mv /L 得 T1=2mg—qB√gL。
(四)粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析不透徹導(dǎo)致錯(cuò)誤
明確了粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn),就可以根據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律確定粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。學(xué)生必須綜合應(yīng)用電磁學(xué)和力學(xué)知識(shí)來(lái)進(jìn)行分析推理,從而解決問題。這里面涉及到的知識(shí)點(diǎn)多,對(duì)學(xué)生邏輯思維能力要求比較高,學(xué)習(xí)過程中很多學(xué)生會(huì)出現(xiàn)困難。
要解決這個(gè)問題,就要培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣。從受力分析入手,判斷帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形式,再根據(jù)該種運(yùn)動(dòng)所遵循的物理規(guī)律來(lái)進(jìn)行演繹推理。
5.如圖所示,在豎直虛線 MN 和 M′N′ 之間區(qū)域內(nèi)存在著相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),一帶電粒子(不計(jì)重力)以初速度 v0 由 A 點(diǎn)垂直于 MN 進(jìn)入這個(gè)區(qū)域,帶電粒
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2子沿直線運(yùn)動(dòng),并從 C 點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)。如果撤去磁場(chǎng),該粒子將從 B 點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū);如果撤去電場(chǎng),該粒子將從 D 點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)。則下列判斷正確的是
A .該粒子由 B、C、D 三點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)時(shí)的動(dòng)能相同 B .該粒子由 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 B、C、D 三點(diǎn)的時(shí)間均不相同
C .勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng) E 與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 之比
D .若該粒子帶負(fù)電,則電場(chǎng)方向豎直向下,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外
常見錯(cuò)誤及錯(cuò)誤原因分析:錯(cuò)選A:不能正確理解洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功,或者不會(huì)用動(dòng)能定理分析粒子的動(dòng)能變化。錯(cuò)選B:只是淺層次地根據(jù)三種情況下粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡不同來(lái)猜測(cè),沒有根據(jù)各自的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)通過推理來(lái)確定不同情況下的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。錯(cuò)選D:不能正確找出帶電粒子所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向之間的關(guān)系。
本題目既要求學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力的知識(shí)清晰,又要求學(xué)生會(huì)根據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律來(lái)進(jìn)行分析推理,對(duì)學(xué)生的分析綜合能力要求較高。通過練習(xí),使學(xué)生樹立把電磁學(xué)問題轉(zhuǎn)換為力學(xué)問題、把陌生問題轉(zhuǎn)換成熟悉問題的轉(zhuǎn)換意識(shí)。對(duì)于這類問題,養(yǎng)成受力分析的好習(xí)慣,根據(jù)受力情況和初始狀態(tài)確定粒子的運(yùn)動(dòng)形式,再根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律進(jìn)行推理分析,是解決這類問題的關(guān)鍵。
由題意,當(dāng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí),帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力二力平衡,它倆大小相等,qv0B=Eq, 可見B選項(xiàng)正確。若粒子帶負(fù)電,電場(chǎng)方向豎直向下,則電場(chǎng)力豎直向上,磁場(chǎng)力與此相反,則磁場(chǎng)方向應(yīng)該垂直于紙面向里,排除D。
若撤掉電場(chǎng),只受磁場(chǎng)力,粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)該等于弧AD的長(zhǎng)度除以速度V0,又因?yàn)槁鍌惔帕Σ蛔龉Γ瑒?dòng)能不變。若撤掉磁場(chǎng),只受電場(chǎng)力作用,粒子將做類平拋運(yùn)動(dòng),在水平方向上的分運(yùn)動(dòng)仍為勻速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于線段AC的長(zhǎng)度除以速度V0,和電磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同。所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)該為tD > tB =tC。平拋運(yùn)動(dòng)過程中,電場(chǎng)力對(duì)粒子做正功,由動(dòng)能定理可知,粒子動(dòng)能增大。所以EKB > EKC= EKD。
四、《磁場(chǎng)》學(xué)習(xí)目標(biāo)的檢測(cè)
根據(jù)課標(biāo)要求,磁場(chǎng)主題的主要檢查的知識(shí)點(diǎn)為磁感強(qiáng)度的定義以及磁感線,通電導(dǎo)線和運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的受力規(guī)律。但新課標(biāo)更加注重學(xué)生能力的培養(yǎng),“課程總目標(biāo)”中明確提出,學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法,發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力,養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣,能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決問題。所以測(cè)試命題時(shí)應(yīng)該以能力立意,在考察知識(shí)的基礎(chǔ)上,更主要的是考察學(xué)生的理解能力、分析能力和應(yīng)用能力。
1.兩個(gè)粒子 , 帶電量相等 , 在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力而作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則 A.若速率相等, 則半徑必相等 ; B.若速率相等, 則周期必相等 ; C.若動(dòng)量大小相等, 則半徑必相等 ; D.若動(dòng)能相等, 則周期必相等。
盡管帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)沒有在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中專門提出,但作為洛倫茲力的應(yīng)用,學(xué)生應(yīng)該熟練掌握。本題綜合應(yīng)用洛倫茲力和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí),推導(dǎo)出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑和周期表達(dá)式,再利用表達(dá)式來(lái)分析。其中又涉及到動(dòng)能和動(dòng)量的概念。
分析:洛倫茲力提供向心力,有 qvB=mv/R, 得半徑R= mv/(qB), 周期T=2πm/(qB), 由題干知,電量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相同,要想周期相同,只需要粒子質(zhì)量m相同,周期T和粒子速率v無(wú)關(guān)。要使半徑R相同,應(yīng)該是粒子的質(zhì)量m和速率v的乘積相同,即動(dòng)量大小相同。所以正確答案為C。
本題屬于容易題,在掌握相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過簡(jiǎn)單的推理,就可以得出正確結(jié)論。
2.一束混合的離子束,先徑直穿過正交勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),再進(jìn)入一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域后分裂成幾束,如圖所示,若粒子的重力不計(jì),則分裂是因?yàn)椋ǎ〢 .帶電性質(zhì)不同,有正離又有負(fù)離子 B .速率不同
C .質(zhì)量和電量的比值不同 D .以上答案均不正確
本題難度較大,學(xué)生必須熟練掌握相關(guān)知識(shí),并具有一定的分析和推理能力。首先根據(jù)粒子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),應(yīng)用左手定則來(lái)判斷帶電性。然后根據(jù)“徑直穿過正交勻強(qiáng)電、磁場(chǎng)”這個(gè)條件分析出速度相同的結(jié)論。再根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中軌道半徑的不同來(lái)確定荷質(zhì)比。本題實(shí)際是質(zhì)譜儀的 物理模型,正交的勻強(qiáng)電、磁場(chǎng)是速度選擇儀。
粒子都能沿直線穿過正交的電磁場(chǎng),說(shuō)明電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力二力平衡,即qvB=Eq,速度v=E/B,所以幾種粒子的速率都相同。進(jìn)入右端的磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,根據(jù)左手定則,幾種粒子都帶正電。但它們的半徑不同,由導(dǎo)出的結(jié)論R=mv/(qB),在速率v和磁場(chǎng)B相同的條件下,m /q 比值越大,半徑R越大。所以正確選項(xiàng)為C。.如圖 , 用絲線吊一個(gè)質(zhì)量為 m 的帶電(絕緣)小球處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 , 空氣阻力不計(jì) , 當(dāng)小球分別從 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)向最低點(diǎn) O 運(yùn)動(dòng)且兩次經(jīng)過 O 點(diǎn)時(shí)()
A 小球的動(dòng)能相同 B 絲線所受的拉力相同 C 小球所受的洛倫茲力相同 D 小球的向心加速度不相同
本題綜合性較強(qiáng),對(duì)學(xué)生分析解決問題的能力要求較高。首先它的受力情況復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)也不是簡(jiǎn)單的勻速圓周運(yùn)動(dòng),涉及到的概念有功、動(dòng)能、向心加速度以及矢量和標(biāo)量,物理規(guī)律有機(jī)械能守恒以及圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。首先根據(jù)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功的特點(diǎn),絲線拉力也不做功,只有重力做功,由機(jī)械能守恒的條件,可以判斷小球往返經(jīng)過 O 動(dòng)能相同。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度公式,a=v 2 /R,小球往返經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)向心加速度大小相同,方向都豎直向上,也相同,所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤。BC選項(xiàng)學(xué)生很容易錯(cuò)選,往往由于定勢(shì)思維,忽略小球往返經(jīng)過 O 時(shí)洛倫茲力方向相反。因?yàn)榱κ鞘噶浚裕眠x項(xiàng)錯(cuò)誤。又因?yàn)榻?jīng)過此位置向心力相同,即重力、拉力和洛倫茲力的合力相同,洛倫茲力變向,拉力顯然不同,B選項(xiàng)錯(cuò)誤。所以正確答案為A。
4.如圖所示,質(zhì)量為 m,帶電量為 +q 的粒子,從兩平行電極板正中央垂直電場(chǎng)線和磁感線以速度 v 飛入,已知兩板間距為 d,磁感強(qiáng)度為 B,這時(shí)粒子恰能沿直線穿過電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域(不計(jì)重力)。今將磁感強(qiáng)度增大到某值,則粒子將落到某極板上。當(dāng)粒子落到極板上時(shí)動(dòng)能為 ____________________。
分析粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵是把電學(xué)問題轉(zhuǎn)化成力學(xué)問題。把粒子的受力分析清楚后,判斷粒子做什么形式的運(yùn)動(dòng),然后用動(dòng)力學(xué)規(guī)律來(lái)解決問題。本題需要用到動(dòng)能定理來(lái)解決問題,這里需要明確洛倫茲力不做功,以及電場(chǎng)力對(duì)粒子的做功情況。
根據(jù)“粒子恰能直線穿過電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域”可知此時(shí)電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力平衡,即電場(chǎng)力的大小就等于qvB,“今將磁感強(qiáng)度增大到某值”,粒子將向磁場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn)而做曲線運(yùn)動(dòng),這種曲線運(yùn)動(dòng)既不是圓周運(yùn)動(dòng),也不是平拋運(yùn)動(dòng),求它的末動(dòng)能我們可以根據(jù)動(dòng)能定理。接下來(lái)分析各力的做功情況:洛倫茲力不做功,而電場(chǎng)力做負(fù)功,因?yàn)殡妶?chǎng)力是恒力,功的大小就等于電場(chǎng)力和沿電場(chǎng)線的位移d/2 的乘積。由動(dòng)能定理-qvBd/2=E k-mv /2,所以當(dāng)粒子落到極板上時(shí)動(dòng)能為 mv/2-qvBd/2
5.如圖所示為電磁流量計(jì)示意圖。直徑為 d 的非磁性材料制成的圓形導(dǎo)管內(nèi),導(dǎo)電液體從左向右流動(dòng),磁感強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直液體流動(dòng)的方向而穿過一段圓形管道。則 a 點(diǎn)電勢(shì) b 點(diǎn)電勢(shì);若測(cè)得管壁內(nèi) a、b 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為 U,則管中液體的流量 Q = ___________。(單位時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)管橫截面的液體體積叫做流量)
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新課程目標(biāo)明確指出,學(xué)習(xí)終身發(fā)展必備的物理基礎(chǔ)知識(shí)和技能,了解這些知識(shí)與技能在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用,關(guān)注科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些問題。電磁流量計(jì)在實(shí)際中獲得廣泛應(yīng)用,而它的基本原理我們用磁場(chǎng)的知識(shí)就可以解決。
導(dǎo)電液體中有大量的自由離子,當(dāng)液體從左向右流動(dòng)時(shí),自由離子隨之而發(fā)生定向移動(dòng),在磁場(chǎng)中將會(huì)受到洛倫茲力的作用。由左手定則可知,正電荷受磁場(chǎng)力向上,負(fù)電荷受力向下,這樣a處有多余的正電荷,b處有多余的負(fù)電荷,所以a點(diǎn)電 勢(shì)高。這樣ab間就建立了電場(chǎng),電場(chǎng)線由a指向b,因此自由離子同時(shí)又受電場(chǎng)力的作用。當(dāng)電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力平衡時(shí),ab間電勢(shì)差恒定,為U。設(shè)液體流動(dòng)速度為v,有qvB=qU/d,而流量Q為單位時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)管橫 截面的液體體積,即流量Q等于流速v和導(dǎo)管橫截面積的乘積,Q=vπd/4=πUd/(4B)
6.如圖,兩光滑的平行金屬軌道與水平面成θ 角,兩軌道間距為 L,一金屬棒垂直兩軌道水平放置。金屬棒質(zhì)量為 m,電阻為 R,軌道上端的電源電動(dòng)勢(shì)為 E,內(nèi)阻為2r。為使金屬棒能靜止在軌道上,可加一方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),求該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度
B 應(yīng)是多大?
本題綜合性較強(qiáng),需要運(yùn)用閉合電路歐姆定律、安培力和平衡條件等知識(shí)點(diǎn)來(lái)求解。總的思路是把電學(xué)問題轉(zhuǎn)換成力學(xué)問題。做這類題的關(guān)鍵是做好受力分析,畫出同一平面內(nèi)的受力圖。這要求學(xué)生能看懂三維立體圖,明確磁感強(qiáng)度 B 垂直于導(dǎo)線。
沿斜面方向合力為零,則有 mg sin θ = F B cos θ(1)由安培力公式 F B = BIL(2)由全電路歐姆定律 I = E /(R + r)(3)聯(lián)立(1)、(2)、(3)可得
B = mg(R + r)tan θ / EL
第五篇:小學(xué)生體驗(yàn)式作文教學(xué)研究
小學(xué)生體驗(yàn)式作文教學(xué)研究
摘 要: 作文教學(xué)是小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)的重要內(nèi)容,也是小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)的難點(diǎn)。新語(yǔ)文課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)將人文素養(yǎng)放在語(yǔ)文教育首位,主張小學(xué)作文“要感情真摯,力求表達(dá)自己對(duì)自然、社會(huì)、人生的獨(dú)特感受”,提出作文教學(xué)要密切聯(lián)系生活,作文要表現(xiàn)出對(duì)生活真實(shí)情感體驗(yàn)的寫作理念。為了貫徹落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn),提高小學(xué)生的作文水平成為廣大小學(xué)語(yǔ)文教師的追求,作者主要談?wù)勑W(xué)體驗(yàn)式作文教學(xué)思路。
關(guān)鍵詞: 小學(xué)語(yǔ)文 體驗(yàn)式 作文教學(xué)
自從恢復(fù)高考以來(lái),小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)經(jīng)歷了三十多年的風(fēng)風(fēng)雨雨,成績(jī)斐然,過程曲折。小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)中的作文教學(xué)更是令人回味,各種教學(xué)模式百家爭(zhēng)鳴、百花齊放。有讀中學(xué)寫,由仿到創(chuàng)――讀寫結(jié)合模式;自由選材,自由習(xí)作――自由作文模式;創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)情趣――情景作文模式;游戲引導(dǎo),激發(fā)情趣――快樂作文模式;生活體驗(yàn),創(chuàng)新習(xí)作――生活作文模式;情感入手,語(yǔ)感練習(xí)――語(yǔ)感作文模式;點(diǎn)撥思維,快速習(xí)作――快速作文模式;求異思維,創(chuàng)新習(xí)作――個(gè)性作文模式;話題鮮明,探究體驗(yàn)――研究性作文模式;科學(xué)實(shí)驗(yàn),自由感悟――實(shí)驗(yàn)作文模式;話題鮮明,交際表達(dá)――交際作文模式;快樂體驗(yàn),靈活習(xí)作――奇趣作文模式;雙軌訓(xùn)練,靈活習(xí)作――雙軌作文模式;科際融合,溝通習(xí)作――科際作文模式。各種模式都有自己的鮮明特點(diǎn),能夠快速提高學(xué)生的寫作能力。
在新課程標(biāo)準(zhǔn)指引下的體驗(yàn)式作文教學(xué)有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)的快速發(fā)展,特別是當(dāng)今的信息化時(shí)代,社會(huì)發(fā)展日新月異,知識(shí)更新?lián)Q代目不暇接,特別是手機(jī)閱讀時(shí)代的到來(lái),更是改變了人們的交際形式。生活在這樣的時(shí)代,小學(xué)生的知識(shí)來(lái)源、知識(shí)結(jié)構(gòu)、精神面貌都發(fā)生了巨大變化。這一切都改變了他們對(duì)知識(shí)、世界的認(rèn)識(shí),渴望自由,希望長(zhǎng)大,主體意識(shí)逐漸覺醒。如果再使用以前的作文教學(xué)模式,就會(huì)限制思維,扼殺個(gè)性,導(dǎo)致小學(xué)生作文表現(xiàn)為“立意平庸,人云亦云,隨大流說(shuō)話,視作文為政治表態(tài);寧肯呆板,不敢脫俗;寧取‘正確’,不嫌平庸;唯恐調(diào)子不高,靈魂不壯”。“違背抒真情,說(shuō)真話的原則”(祝新華,《語(yǔ)文能力發(fā)展心理理學(xué)》)讓小學(xué)作文教學(xué)陷入危機(jī)。筆者從以下幾個(gè)方面具體談?wù)勑W(xué)體驗(yàn)式作文教學(xué)思路。
一、體驗(yàn)式作文教學(xué),教師的指導(dǎo)至關(guān)重要
體驗(yàn)式作文教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的親身經(jīng)歷,雖然每天學(xué)生都有自己的生活經(jīng)歷,但并不是每一件事都可以化作作文素材,小學(xué)生也沒有辦法把生活元素融入自己的作文。這就需要語(yǔ)文教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo),教師要結(jié)合近段時(shí)間語(yǔ)文教材中的知識(shí)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生注意自己的衣食住行,觀察身邊人的喜怒哀樂。這樣就能激發(fā)小學(xué)生的寫作文興趣,幫助學(xué)生積累作文素材,也能反過來(lái)促使學(xué)生熱愛生活。這種指導(dǎo),既可以個(gè)別指導(dǎo),又可以集體指導(dǎo)。教師可以允許學(xué)生把自己的寵物,把自己的布娃娃,帶進(jìn)課堂,讓學(xué)生近距離觀察,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生五官六感體驗(yàn)生活,積累作文素材。教師可以有目的地組織班級(jí)學(xué)生走進(jìn)生活,進(jìn)行社會(huì)生活實(shí)踐。例如參與社區(qū)志愿活動(dòng),或者組織學(xué)生走進(jìn)工廠,體驗(yàn)工人生活,等等。
二、體驗(yàn)式作文教學(xué),學(xué)生動(dòng)筆舉足輕重
無(wú)論哪一種作文教學(xué)模式,學(xué)生如果不動(dòng)筆,則永遠(yuǎn)都無(wú)法提高自己的寫作文水平。動(dòng)筆可以在學(xué)生體驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)展開,也可以在許多活動(dòng)中開展,不同的體驗(yàn)經(jīng)歷有不同的體驗(yàn)效果。
(一)游戲中動(dòng)筆,寫作興趣得到激發(fā)。
教師有選擇性地進(jìn)行游戲活動(dòng),可以很好地激發(fā)學(xué)生寫作熱情。游戲是小學(xué)生進(jìn)步的又一活動(dòng)形式,而且包含寫作素材,在游戲中學(xué)生會(huì)收獲頗豐,可以“想人之所未想,言人之所未言”。例如在老鷹抓小雞的游戲中,學(xué)生可以找到生活樂趣,體會(huì)到團(tuán)結(jié)一致的重要性。當(dāng)游戲結(jié)束后,教師立即組織學(xué)生進(jìn)行寫作,這樣做,可以緩解學(xué)生做游戲的疲勞,使得學(xué)生愿意參與下一次的游戲,還可以讓游戲過程在學(xué)生腦海中重演,讓學(xué)生鞏固游戲的樂趣,更為重要的是在體驗(yàn)中游戲提高了學(xué)生的寫作能力。
(二)手工中動(dòng)筆,寫作能力得到鞏固。
除了做游戲,還有很多體驗(yàn)活動(dòng)可以讓學(xué)生積極參與,手工制作是非常理想的體驗(yàn)形式。中國(guó)傳統(tǒng)文化博大精深,手工制作也形式多種多樣,把手工制作引入作文課堂,其魅力不可阻擋。如《做紙花》,通過觀察、分解范作,讓學(xué)生知道,紙經(jīng)過捻、剪、折等方法,可制成美麗的紙花,還可啟發(fā)他們利用技法變通,創(chuàng)造各種各樣的紙花。在學(xué)生完成紙花制作后,用寫作激活學(xué)生的內(nèi)心世界,迸發(fā)學(xué)生的情感火花,學(xué)生寫作能力提升效果也令人瞠目結(jié)舌。
學(xué)生動(dòng)筆的時(shí)機(jī)很重要,關(guān)鍵需要教師不斷引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)筆,在不同的體驗(yàn)階段動(dòng)筆,在不同的活動(dòng)形式中動(dòng)筆,學(xué)生動(dòng)筆才是硬道理。
三、體驗(yàn)式作文教學(xué),讀寫結(jié)合相得益彰
體驗(yàn)式寫作的源泉,生活是寫作的源頭,但是要把寫作的源泉化作寫作素材,讀不可缺少。小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)中的閱讀內(nèi)容,為小學(xué)生的寫作提供了很好的樣式,而寫作又延伸了閱讀內(nèi)容生命,讀與寫相輔相成。體驗(yàn)式作文教學(xué)必須強(qiáng)調(diào)讀寫結(jié)合。在小學(xué)體驗(yàn)式作文教學(xué)中,教師要引導(dǎo)小學(xué)生把閱讀作為寫作開始前的鋪路石,也要教導(dǎo)學(xué)生善于把閱讀內(nèi)容融入作文中。讀和寫的相互配合有利于提高學(xué)生習(xí)作能力。
總之,小學(xué)語(yǔ)文體驗(yàn)式作文教學(xué),可以激發(fā)學(xué)生寫作興趣,有利于提高學(xué)生創(chuàng)造能力,在體驗(yàn)中,小學(xué)生寫作水平在潛移默化中提升。同時(shí)學(xué)生更加熱愛生活,視作文活動(dòng)為生活的重要組成,作文不再枯燥乏味,脫離生活,而是充滿趣味與生機(jī)。此外,語(yǔ)文教師的引導(dǎo)在體驗(yàn)式作文教學(xué)中的地位在其他模式的作文教學(xué)中更為很重要。這也需要小學(xué)語(yǔ)文教師投入更多精力研究學(xué)生,對(duì)作文教學(xué)過程精益求精。