高中物理概念和规律的教学

第一节对物理概念和规律要真正理解

一、以实验为基础，使学生获得必要的感性认识

物理学是一门实验科学，为了使学生真正理解物理概念和规律，在物理教学中，任何一个概念和规律都不能生硬地端出来，更不能从抽象的定义出发，而要充分调动学生的学习积极性和主动性，尽可能从观察实验出发，以实验为基础。

演示实验是物理教学中极为重要的组成部分，演示实验做的好，可以使学生获得生动的感性认识，激发学生的学习兴趣，为学习理论铺平道路。通过指导学生观察和分析物理现象以及老师的示范作用，可以使学生更好地理解和掌握物理概念和规律，还可以培养学生的观察能力、实验技能、综合能力和思维能力。总之，演示实验在物理教学中的地位是十分重要的。因为，我们不但要尽量利用实验室现有设备条件，还要自己动手创作适用的教具。

演示实验，必须经过充分的准备，要不惜化费时间。演示实验的装置应尽可能结构简单、操作方便，能用最短的时间完成演示内容。所有的演示实验，都应该直观醒目、重点突出。实验不直观醒目，没有足够的可见度，则达不到预期的效果；重点不突出，过多的兴奋，也会分散学生的注意力。

物理教学必须坚持唯物论的反映论。为了使学生形成正确的物理概念，一个概念的引入，必须通过提出问题，观察实验，联系实际，启发思维，使学生认识到引入每个新的物理概念的必要性。

物理概念中有许多是物理量，也有的不是物理量。以电场强度为例， 我们在研究电场的物理性质时，为什么要引入电场强度的概念呢？由于学生缺乏感性认识，观察实验就更为重要了。

如图 10 所示，用一个固定的带电球（Q）作为场电荷，它的周围存在着电场。再用丝线拴一个带电小球（q）作为检验电荷。实验证明，带电小球放在电场中距场电荷较近的 A 点时，丝线偏角较大；放在距场电荷较远的 B 点时，丝线偏角较小。即同一带电小球在 A 点受的电场力较大，在 B 点时受的电场力较小。

由于同一检验电荷在电场中各点受电场力的大小一般是不相同的， 可见电场本身有强弱的不同，这是客观的物理事实。如上述情况，则 A 点电场较强，B 点电场较弱。为了表明电场的强弱，所以需要引入一个新的物理概念电场强度，它是表明电场强弱的一个物理量。

物理规律反映了物理量之间的内在联系，一个物理规律的引入和得出，特别是重要的物理定律的引入和得出，都应该以实验为基础。通过

观察演示实验或进行分组实验，启发学生思考，从而总结出有关的物理规律，这是很重要的教学过程。

例如，电场一章中的“静电平衡条件”，如果机械地按着课本上甲、乙、丙的顺序讲解，最后，学生可能也明白了所要得出的结论，但是， 直到结论出来之前，学生只能听老师讲不能像在观察实验的教学过程中独立的发现问，思考问题这样就使学生陷于被动听讲的地位，不利于调动学生的学习积极性和主动性。如果把顺序颠倒一下，先让学生观察一个静电屏蔽的实验。学生就会发现问题“为什么会发生这样的现象呢？” 这样必然会引起学生的思维兴趣。然后通过学生的读书和讨论，老师的分析和讲解，最后会使学生获得深刻的印象，也有利于培养他们分析问题的能力。

再如，讲半导体的导电特性之前，可以先让学生观察导体和绝缘体的电阻随温度的变化而变化的情况。通过实验可以看出，金属物体在温度升高对电阻变大，而绝缘体在温度升高时电阻变小。实验可以这样做：

对于金属导体，是在两根互相平行的玻璃棒上密绕一根长金属丝。金属丝的选择很关键，一是电阻率要大，铜丝不行；二是温度系数要大， 电阻丝也不行。可以选用电话背复线中的钢丝，把它串接在电池和小灯泡的电路中，制成一块示教板。闭合开关，小灯泡发光。当用酒精棉花火焰去烧金属丝时，发现小灯泡立即变暗，以至熄灭。移走火焰，小灯泡重新发光。可见金属导体当温度升高时，电阻变大。

对于绝缘体，是在玻璃上绕两个铜丝环，两环相距约半个厘米。把两铜丝环串接在 220 伏交流电源和白炽灯的电路中。因玻璃是绝缘体， 白炽灯不亮。再用酒精灯火焰去烧两铜环间的玻璃棒时，过不多会儿， 电灯逐渐变亮。可见绝缘体跟金属导体正相反，当温度升高时，电阻变小了。

那么，半导体当温度升高时电阻如何变化呢？再来做半导体热敏性的实验。由实验知，半导体跟绝缘体类似，当温度升高时电阻也是变小的。但是，不同的是绝缘体温度升得很高，电阻才有明显减小；而半导体温度不需升得太高，电阻就有明显减小，导电能力大大增加，所以才叫热敏性。

由这些感性认识出发，通过对比来研究半导体的导电特性，就比较自然。当然，在讲完半导体的导电原理之后，还应该回过来，讲明导体和绝缘导电情况的不同。金属导体的电阻主要来源于自由电子和原子的碰撞。温度升高时，碰撞机会增多，所以电阻增大。而绝缘体中自由电子极少，所以导电能力很差。当温度升得相当高时，部分束缚电子变为自由电子参与导电，所以电阻变小。

最后再从理论上进行对比，学生就好懂了。

二、通过科学的抽象，概括归纳出概念和规律

以实验为基础，通过观察实验，使学生获得生动的感性认识，这是十分必要的。但是，感性认识如果不经过理性加工，就不可能抽象出物理本质，感性认识是不可能自然而然地上升到理性认识的。

一个物理概念的引入，需要通过提出问题、观察实验、联系实际、启发思维，使学生认识到有什么必要性，为什么要引入一个新的物理概念。在认识了引入新概念的必要性之后，还需要通过分析、综合等思维活动，才能进一步认识概念的物理意义和实质，形成比较完整的概念。还以电场强度为例，在学生认识到引入电场强度这一物理量的必要

性，进一步讲电场强度的定义时，学生往往不明白为什么要讨论 F 与 q 的的比值，而不讨论 q 与 F 的比值？为什么说 F 与 q 的比值是与 q 无关、与 F 无关的恒量？为使学生有个清晰的理解，必须进一步通过演示和分

析，使学生认识到：在电场较强处（如本节图10中的Α E

q

较大；在电场较弱处（如本节图10中的Β F

q

F F

可用 来表示电场的强弱，从而得出定义和定义式E＝ ，它适用于一

q q

切带所形成的电场，式中 q 是检验电荷的电量。

既然电场强度 E 与 q 无关、与 F 无关，而是属于电场本身的一种物理性质，当然就不能说 E 与 F 成正比，与 q 成反比。那么电场强度 E 的大小决定于什么呢？应用库仑定律可以得出

E = K Q ，这是场电荷为点电荷的电场强度的计算式（或叫决定式），

r 2

它只适用于场电荷是点电荷的情况，式中 Q 是形成电场的点电荷的电量对于任何一个物理量，都必须使学生正确理解以下几个方面：

1. 有什么必要性，为什么要引入一个新的物理量？它是表示什么物理性质或特征的物理量？

2. 它的定义式是怎样的？为什么要这样定义？怎样叙述它的物理意义？

3. 决定这一物理量大小的条件是什么？这一条件如有计算式，计算式是什么？它与定义式有何区别和联系？

此外，还应该明确此物理量是矢量还是标量？如果是矢量，它的方向是怎样规定的？它的单位是什么？单位是怎样规定的等等。

一个物理定律，也是人脑对观察和实验所取得的感性材料进行思维加工的产物。对于物理现象和实验事实，为了分析研究的需要，往往要忽略其次要因素，用丰富的想象力对事物做出高度的抽象，建立起一种理想化的物理模型。例如，质点、单摆、点电荷、电力线、点光源等等。建立物理模型是非常重要的思维方法，但学生往往感到不好接受，或有误解。原因是他们的科学抽象能力、辩证唯物观点和空间想象能力都是

比较差的，这就必须在教学中有意识地逐步进行培养。

例如关于质点，质点是不计大小、形状只计质量的一种物理模型。学生对此难以想象，往往认为质点就是很小很小的物体，如果物体大了就不可以看作质点。例如，把一颗飞行的子弹看作质点，学生容易接受； 把绕太阳运动的地球也能看作质点，学生就不好想象。这就要求培养学生分析、概括的能力。由于地球半径远远小于地球中心到太阳中心的距离，当我们讨论地球绕太阳公转的有关问题时，忽略了地球的大小，对它们的相互作用和运动情况，几乎没有什么影响。在这种情况下，把地球看作一个没有大小和形状，其质量集中于一点的质点，是可以的。

在观察和实验的基础上，建立起一种理想化物理模型，这是发现物理规律的一条重要的途径。例如，我们也可以通过作平动的物体的分析， 来抽象出质点的概念。当物体平动时，物体上各点运动的情况完全一致， 所以考虑物体运动情况时，只要考虑其中的一点就行了用不着考虑整个物体的大小和形状。所以研究物体平动时，也可以用一个点来代替整个物体，这种用来代替物体的点也就是质点。

建立理想化模型，对研究一些问题极为方便，是一种科学的研究方法，而且在一定条件下具有现实意义。要培养学生科学的抽象和想象能力，使学生学会这种思维方法。

物理学中，大部分规律都是在实验的基础上通过科学的抽象，概括归纳出来的。例如牛顿第二定律，在学习力的概念之后，明确了力是物体运动状态发生变化的原因；学习了速度的概念后，明确了加速度是表示物体运动速度变化快慢的物理量，又明确了加速度的定义式

Α = △V ，但不能说Α决定于△V，跟△V成正比；也不能说Α决定于△

△Τ

T，跟△T 成反比。那么加速度的大小究竟决定于什么呢？既然力是物体运动状态发生变化的原因，显然加速度的大小跟作用力的大小有密切的关系。究竟有何关系，这就需要通过实验进行研究。根据实验结果知道， 在忽略了其它次要因素的情况下，当物体的质量一定时，所受外力越大， 加速度越大，而且是正比关系；当物体所受作用力一定时，物体质量越大，加速度越小，而且是反比关系。引导学生分析实验取得的数量关系， 从而总结出牛顿第二定律。

与此类似，欧姆定律是通过实验研究导体中的电流强度跟哪些因素有关，有何关系？从而总结出来这一重要定律的。其它如气体实验定律、楞次定律、光的反射定律等等，都是在实验的基础上得到的。我们在教学中，要使学生养成由物理实验取得的数据归纳总结出物理规律的思维习惯和能力。

三、通过分析对比使学生理解物理概念和规律的物理意义

为了深入理解物理概念和规律，除要求理解这一物理概念和规律的

物理意义和实质外，还应该找出这一概念和相近的另一概念的共同点和不同点，明确它们之间的区别和联系，不可混淆。

电场一章中，有不少相近的物理概念，学生容易发生混淆。例如电场强度和电场力，就是两个完全不同的物理量，两者既有区别又有联系， 必须引导学生从以下几方面认真进行对比。

1. 从大小上进行对比。电场中某一点，检验电荷所受电

F

的比值（ ），反映了电场本身的一种物理

q

性质，电场强度 E 的大小与检验电荷（q）无关；而场力的大小，则不仅与电场强度 E 的大小有关，还与检验电荷的电量（q）有关。（F=Eq）

1. 从方向上进行对比。电场强度的方向是人为规定的，与检验电荷的正负无关；而电场力的方向则不仅与电场强度的方向有关，还与检验电荷的正负有关。正检验电荷在电场场中某点所受电场力的方向与该点的电场强度的方向相同。负检验电荷所受电场力的方向与该点的电场强度方向相反。

2. 从单位上进行对比。电场强度和电场力的单位也不相同。在国际单位制中，电场强度的单位是牛顿／库仑或伏特／米，而电场力的单位是牛顿。

还有电势和电势能，电场力的功和电势能的变化，电力线和等势面等等，都应该认真进行对比。只有真正明确了它们的区别和联系，才能进一步明确它的物理意义和实质。

物理量一般都有定义式和决定式，例如电场强度有E = F 和E = K

q

Q ，两者物理意义不同，学生往往发生混淆，必须引导学生认真对

r 2

比，明确它们区别和联系，并把其它学过的物理量一一列表整理，以提高认识。

如：

在学习物理规律时，往往会遇到许多相近的物理实例，它们可能非常相似，也可能在某些方面相似，而另一些方面却完全不同，学生往往从形式上而不是从实质上进行分析，结果主观地把不相似之处也看成相似的，造成混淆和错误。必须及时予以纠正。

例如，在圆周运动中，如图 11(1)、(2)、(3)三个实例中，(1)是小桶盛水在竖直面内运动到最低点时，求桶底所受的压力；(2)是汽车过凹形桥最低点时，求桥所受的压力；(3)是人坐在飞机中飞机在竖直面内作圆周运动过最低点时，求机座所受的压力。

分析结果，三种情况完全相似，N - mg = m v ，

r

v2

∴Ν′ = Ν = mg + m r 。

如果把以上三个实例中的圆弧都翻转 180°，即运动物体都在竖直圆的最高点上，图 12(1)、(2)、(3)所示，三种情况是否还完全相似呢？即(1)小桶盛水在竖直面内运动到最高点时，求桶底所受的压力；(2)汽车过凹形桥最高点时，求桥所受的压力；(3)人坐在飞机中飞机在竖直面内运动到最高点时，求机座所受的压力。

分析结果，(1)、(3)两种情况完全相似，即当 V 足够大时，

Ν + mg = m v

r

v 2

，∴ Ν′ = Ν = m v

r

• mg。而在（2）中，则是v2

mg − Ν = m

，∴Ν′ = Ν = mg - m

r r

，与（1）、（2）并不相同，

学生往往混为一。

再如，学生往把圆锥摆和单摆的运动情况相混淆。可让学生从以下

几个方面进行对比，看两者有何不同（图 13）。(1)圆所在平面是否相同？

(2)圆心位置是否相同？ (3)受力情况是否相同？ (4)运动情况是否相同？ (5)周期是否相同？

通过对比，使学生认识到两种摆的不同点，同时也明确了在做单摆的实验时，为什么不许把单摆变成圆锥摆。

以上我们讲到，为了使学生理解物理概念和规律，第一要以实验为基础，使学生获得必要的感性认识；第二要通过科学的抽象，概括出概念和规律；第三要通过分析对比，使学生理解概念和规律的物理意义。这三点是最基本的要求。

四、应注意的几个问题

为了使学生对概念和规律的理解进一步深化，我们在概念和规律的教学中，还应该注意以下几个方面：

1. 形成概念要注意阶段性。人们对事物的认识，是一个从现象到本质，从浅到深的逐步深化的过程。当然，在可能条件下，教学中对物理本质是揭示得越深刻越好。但是，初中、高中学生知识基础和思维水平不一样，接受能力也不一样，我们决不能片面强调概念教学的严密性和科学性，而忽视了概念教学的阶段性。在中学阶段，一个完整的物理概念的形成，在许多情况下，并不是一次就能完成的，是不可能一蹴而就的。它必须要通过多次反复、循序渐进的过程。许多概念，在初中阶段要适可而止，高中阶段再逐步完善、深化。即使在高中阶段，某些概念也只能揭示到一定的深度。

例如力的概念，在初中阶段，只提出“力是物体对物体的作用”、“力的作用是相互的”和“力是改变物体运动状态的原因”等等，既没有具体阐明力的作用效果，也没有提出作用力和反作用力的问题。在高中阶段，则比初中深入了一层，要从力的作用效果去理解力的概念，提出牛顿第三定律，总结出牛顿第二定律，又从力的空间积累效应和时间积累效应亦即从能量变化和动量变化，来进一步研究力的作用效果，使学生对力的概念的理解一步一步的深入，对力的概念逐步有比较全面的理解。以后，在学过气体的压力、电场力、安培力、洛仑兹力和核力之后，力的概念将进一步扩大深度和广度，理解亦将逐步深入。

再如质量的概念，初中讲“物体所含物质的多少叫做质量”。其实这并不是质量概念的定义，但在初中，这样讲容易接受，比较直观。高中阶段结合着牛顿第一定律的学习，才对质量的概念下了初步比较严格的定义“质量是物体惯性大小的量度”，在学过万有引力定律之后，还应该知道质量有引力质量和惯性质量，引力质量和惯性质量是一种事物

的两个方面。虽然中学不提出引力质量的概念，但学生应该明确质量与引力之间有一定的关系。在学过原子核物理中的质能联系方程后，又明确质量之间的联系，从而对质量的概念有了进一步的理解。

总之，对于理解物理概念的深度和广度，不同阶段有不同的要求。要把握好教材的特点和学生的实际情况，贯彻循序渐进的原则，以达到逐步提高的目的。否则操之过急，其结果必然适得其反。

1. 及时澄清糊涂概念。学生在学习物理概念和物理规律时，往往由于没有真正理解它的物理意义和实质，只从抽象的定义出发，因而存在一些错误的认识、糊涂的概念。如不及时澄清，则必然会影响以后新的物理概念和规律的学习，造成恶性循环。

例如关于速度，学生在初中学过速度，高中又学速度。什么是速度？

好多学生只知道记住速度的定义式v = s 。至于在研究物体的运动时，

t

为什么要引入速度这一物理量？它是表示什么物理性质和特征的物理量呢多数学生回答不出。原因是他们学习物理并没有从实际出发，没有从客观的物理事实出发，而往往只从抽象的定义出发，甚至有错误的理解。有的学生从位移去理解速度，认为位移越大速度越大；有的认为速度就是运动物体在单位时间内通过的位移，不管物体作的是哪种运动，总把 V

＝10 米／秒简单地理解为每秒通过 10 米。试想对于速度概念没有真正理解，加速度怎么有可能真正理解呢？

由于速度概念没有真正理解，结果加速度和速度往往混淆不清。有的学生从速度去理解加速度，认为加速度就是速度再加上一点儿速度。如果问他加速度大速度是否一定也大？是否可能当加速度最大而速度为零，或加速度为零而速度最大？若加速度越来越小是否速度也一定越来越小？对于这些问题，不少学生答不出或答错。试想，如果加速度概念没有真正理解，那么牛顿定律又何从理解？简谐振动又何从理解呢？

再如法拉第电磁感应定律，有的学生由于对磁通量、磁通量变化和磁通量变化率三者没有区分清楚，因之对法拉第电磁感应定律有错误的理解。举一个例子：

例图 14 所示，矩形线圈 abcd 在匀强磁场中绕着一个垂直于磁力线的轴 OO'匀速转动。当线圈平面跟中性面重合的瞬间，穿过线圈的磁通量最大而感生电动势等于零；相反，当线圈平面跟中性面垂直的瞬间，磁通量等于零而感生电动势最大。这是否跟法拉第电磁感应定律矛盾呢？有的学生认为是矛盾的，造成这种错误的原因主要是对磁通量和磁

通量变化率的概念混淆不清。以为磁通量大则磁通量变化率也一定大， 这是不对的，磁通量大而磁通量变化率不一定大。

在物理学中，某一个物理量大，而这个物理量的变化率却不一定大的情况是常见的。例如在简谐振动中，振动物体的速度最大时，它的速度变化率（即加速度）为零；而速度为零时，它的速度变化率却是最大。

如果在讲简谐振动时，能及时澄清糊涂概念，那么在这里解决这个问题也就会顺利些。

在法拉第电磁感应定律中，和感生电动势密切相关的物理量不是磁通而是磁通量变化率。应线圈平面跟中性面重合的瞬间，穿过线圈的磁通量最大而磁通量变化率等于零，所以感生电动势也等于零；当线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量等于零而磁通量变化率却最大，所以感生电动势也最大。可见，上面举的例子并不跟法拉第电磁感应定律相矛盾。

那么，在线圈转动的过程中，究竟为什么磁通量最大时磁通量变化率却等于零；而磁通量等于零时磁通量变化率却是最大呢？这是学生不容易懂的地方，我们可从不同角度进行说明：

1. 从投影面积看磁通量变化率。如图 15 所示，当线圈平面跟中性面重合的瞬间，穿过线圈的磁通量最大。线圈从这个位置转过一个很小的角度以后，线圈在垂直于磁力线方向的投影面积由 S 变为 S'。由于转角很小，所以 S'与 S 相差不多，即磁通量变化不大，所以磁通量变化率不大。

如图 16 所示，当线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零。线圈平面从这个位置转过一个同样的角度以后，线圈在垂直于磁力线方向的投影面积由 O 变为 S″，转角虽然也很小，但其投影面积变化却较大，同样时间，磁通量变化也较大，所以磁通量的变化率较大。

用幻灯发出的水平平行光照射一个旋转的矩形板，在墙上观察板的投影的变化，可以对这个问题有初步理解。

1. 从图象看磁通量的变化率。设匀强磁场的磁感应强度为 B，矩形线圈的面积为 S，匀速转动的角度为ω。当线圈跟中性面重合的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，为φm＝BS。线圈从这个位置，经过七秒，转过角

度ωt。这时，线圈在垂直于磁力线方向的投影面积由 S 变为 S'（参看图15），

S'＝Scosωt，这时磁通量为

φ = BS＇ = BScosωt = φ m cos ωt

画出φ随ωt 变化的图象如图 17 所示。取

π π

Ο～ 2 一段进行分析。方便起见，将它分为九等分，即每隔10°（ 18

弧度）为一个分段，如图 18 所示。由作图和列表可以看出，线圈平面从中面转过 90°的过程中，φ越来越小，但△φ却越来越大。由于个分段

△φ

的时间间隔相同，可见， △t 也是越来越大的。

1. 利用导数求磁通量变化率。高中数学学过极限和导数后，我们还可以利用导来分析这个问题。当矩形线圈

在匀强磁场中匀速转动时，我们已经知道穿过线圈平面的磁通量为

φ=BScosωt(1)

磁通量变化率为dφ ，根据法拉第电磁感应定律，线圈所产生的感

dt

生电动势为（2）

ε = − dφ = −BS d cos ωt = BSω sinωt

dt dt

当线圈平面中性面重合的瞬间，ωt＝0° 由(1)式

φ=BScos0°=BS（最大） 由 (2) 式 ， ε＝BSωsin0°=0（最小） 当线圈平面跟中性面垂

直的瞬间，ωt＝90°。由(1)式，

φ=BScos90°=0（最小）； 由 (2) 式 ， ε＝BSωsin90°

＝BSω（最大），

两者对应关系，参看图 19 中的图象。3．联系实际，突破难点。学生在学习物理概念和规律时，有时会碰

到一些难点。对于难点要作具体分析，分析难点究竟难在什么地方？是教材本身过难，还是教和学不甚得法？这就需要认真钻研教材，深入了解学生，了解学生的理解程度，摸清学生的思路，才能从学生实际出发， 针对学生实际存在的问题，有的放矢地进行讲解和指导，采用相应的教学方法去突破难点。

学生往往由于对有关的实际情况缺乏感性认识，因此在对物理现象做进一步分析认识时，发生一定的困难。这就要认真进行调查研究，找出学生发生困难的问题所在，针对问题想办法，设计一些演示实验来帮助学生克服学习中的障碍，这也是十分必要的。

例如，学生往往把重力和压力混为一谈，把相互作用力和平衡力混为一谈。这个问题，除从理论上分析外，也应该针对学生的问题所在， 做个演示实验，来帮助学生克服学习中的障碍。一个自由放在斜面上的物体，它对斜面压力小于重力，而学生却往往认为物体所受重力多大它对斜面的压力就多大，甚至认为压力就是重力。针对这一问题，可做这样一个演示实验。把大砝码放在台秤上，然后把台秤倾斜一个角度（相当于把砝放在斜面上），看到台秤的读数明显减小。事实使学生信服， 澄清了他们的糊涂想法。

又如，即时速度的概念是比较抽象，比较难懂的。加上高一学生在数学上还没有学过极限知识，对于所取的时间趋近于零时的平均速度的

0

极限值（ 0 ），是很不好接受的。针对这个问题，可做这样一个演示

实验，用大型电动秒表，测钢球从斜槽滚下时经过一段位移的平均速度， 并使移逐渐减小，虽然位移不能取得很小，但从所得数据的分析，使即时速度这一抽象概念具体化。就比较好接受了。

再如，含有反电动势的电路，就欧姆定律应用的一个难点。学生不明确为什么要引入一个反电动势？为什么说电流反抗反电动势做功的过程，就是电能转化为内能以外的其它形式能的过程？讲述这节教材时， 除了应复习有关的旧知识外，可先让学生观看两个演示实验：一台直流电动机，通电但不让它转起来，安培表中读数比较大。这时 UIt=I2Rt， 电能全部转化为内能。一旦让它转起来，安培表的读数立即减小了。这一事实说明什么问题呢？UIt 减小了，I2Rt 也减小了，但 I2Rt 减小得更多。可见，后来的 UIt 不等于后来的 I2Rt，后来的 UIt 大于后来的 I2Rt。通过能量的分析，使学生认识到其中有一个物理量需要进一步探讨。与此类似，用两个电阻和 R 和 r 串联起来接在电路中，安培表的读数比较大。当把电阻 r 换成一个内阻等于 r 的蓄电池（反接），安培表的读数显著减小。这又是为什么呢？通过分析引入反电动势这一概念，学生就不觉得突然。懂得了蓄电池中的反电动势，再回过头来讲电动机中的反电动势也就好懂了。

4．物理规律要明确它的适用范围。以实验为基础建立起来的物理规律，总是具有一定的近似性和局限性，而不是绝对准确的。每条物理规律都只是在一定条件下反映某一物理过程的变化规律，这个一定的条件就是该物理规律的适用范围，物理规律只能在一定范围内适用。

例如，气体定律是在实验的基础上建立起来的。严格地说，气体定律只适用于理想气体。对于实际气体，只有在温度不太低、压强不太大的情况下才运用。定律对于实际气体是有偏差的，如果温度很低、压强很大时，由于分子力起作用，而且分子本身的大小也不得不考虑，这个偏差将很大。当压强达到 1000 大气压时；偏差将达到 100％。

又如部分电路的欧姆定律（Ι = U ），是在金属导体导电的情况下总结

R

属导体导电的情况下总结出来的。定律对金属导体完全成立，但对气体导电、二极导电等非线性电路就不适用了。对一段含电动势的电路也是不适用，如果不注意定律的适用范围，将定律盲目外推，就必定得出错误的结论，这点必须引起学生注意。

此外，我们还应该正确认识物理规律和公式的发展。由于科学的发展，知识的进步，必然有一些规律变得陈旧了，必然有一些新规律代替旧规律。我们对此应有正确的认识，新规律不一定是旧规律的全部否定， 在某些特定条件下，旧的规律仍然可以适用。即使是新规律也是有待于发展的。

第三节 在理解的基础上要切实记住

物理概念和规律要真正理解，在真正理解的基础上还应该切实记住。怎样使学生记忆所学的物理概念和物理规律呢？

一、启发学生记忆的积极性

要让学生记忆的知识，必须说明这些知识有什么用，使学生明确它的重要性，以启发学生学习的兴趣，激发学生的求知欲，调动学生学习的积极性和主动性。爱学才能爱记。同时，老师的讲课也是一个重要因素。为了使学生记的牢，首先要使学生听的懂。老师讲课一定要有系统， 有条理，重点突出，语言简练生动，对学生有巨大的吸引力和感染力， 学过的东西一定要使学生真正搞懂，还要不断进行复习巩固。

二、在理解的基础上记忆

必须注意，记忆的基础是理解，一定要在理解的基础上去记忆。如果对物理概念和物理规律不理解，而靠多次重复的机械记忆，那是记不住的，即便一时记住，也是记不牢的。不理解就去记忆，那叫做死记硬背，死记硬背是毫无用处的。

例如，前面讲过的电场强度的公式E = F ，通过演示和分析，使学

q

生认识到，在电场中某一点，检验电荷所受电场力 F 与检验电荷的电

F

的比（ ）是一个不变的恒量。此恒量反映了电场本身的物理性这

q

F

样，我们以用 q 来表示电场的强弱，从而得出电场强度的定义式

F q

E = q 。有学生问：为什么不用 F 来表示电场强度呢？在电场中某一

q q

F 会不也是量吗？”这是因为如果用 F 来表示的话，那么电场越强

q

处， F 反而越小，这是不对的。理解了，自然也就记

F

住了。否则，靠机械的记忆，死记硬背，也许当时记住了E＝ q ，

F F

不理解，过时间，完全有可能把E = q 记成B＝ q 了。

每学完一个概念或规律后，要求学生及时记忆。记什么？主要记其中的道理，道理住了，随时都可以回忆起来或推导出来。及时记的好处是及时巩固，避免跟后面将要学到的相近的概念或规律发生混淆。

三、在分析、对比的基础上记忆

为了深入理解物理概念和规律，除要求理解这一概念和规律的物理意义和实质外，还应该找出这一概念和相近的的另一概念的共同点和不同点。因此，对于学过的物理概念和规律，必须引导学生认真进行分析和对比。

前面讲过电场强度和电场力的对比，圆周运动中几个实例的对比， 以及圆锥摆和单摆的对比。再如电磁振荡和机械振动的对比，电磁波和机械波的对比等等。认真进行分析和对比，不仅可以使学生深入理解物理概念和规律，而且也便于学生记忆。分析、对比进行得好，可以使前一概念和规律的理解和记忆，对后一概念和规律的理解和记忆产生良好影响，否则还会起干扰或抑制作用。

每学完几个概念和规律后，要求学生分析、对比地记忆。在分析、对比的基础上去记忆，既可以记的牢，又可以加深理解。

四、在了解知识的内在联系的基础上记忆

科学知识是有系统性和连贯性的，知识本身有着内在联系。我们在教学过程中，应该注意知识之间的内在联系。这样可以在讲授前面知识时，有意识地为学习后面知识打下基础；讲授后面的知识时，要联系并且应用前面已经学过的知识。同时，还应该引导学生去发现知识之间的内在联系，使他们在了解知识之间的内在联系的基础上去记忆，这样， 可以收到更好的记忆效果，增强记忆的能力。

例如，力学中的质点的运动，按轨迹分类，有直线运动和曲线运动； 按速度分类，有匀速运动和变速运动。如果按加速度来分类，有加速度为零的匀速直线运动；有加速度大小和方向都不改变的匀变速运动。匀变速运动又可分为匀变速直线运动和匀变速曲线运动，其中匀变速直线运动，又分为匀加速直线运动和匀减速直线运动，匀加速直线运动还有初速度为零的和不为零的两种情况等等。如下表所示，引导学生把所有这些列出一个分类表，并找出它们之间的区别和联系，就可以大大提高记忆效果了。</PGN0084/PGN>



匀速直线运动(a = 0)



  v₆＝0 的匀加速直线运动

 匀变速直线运动v ≠ 0的匀加速直线运动

质点的运动 匀变速运动 

匀减速运动

(按加速度分类)  (a = 恒量) 



平抛物体的运动

 匀变速曲线运动斜抛物体的运动

  

非匀速度运动(a = 变量)匀速圆周运动(a大于不变，方向改变)

 简谐振动(a大小，方向都改变)

每学完一章或一篇后，要求学生系统地记忆。通过复习，找出知识的系统性和前后联系，知识成了系统，有了线索，也就好记忆了。支离破碎的东西是谁也记不住的。

五、用辅助方法帮助记忆

例如，在含有电感或电容的交流电路中，电压和电流的相位关系， 哪个超前？哪个落后？课本上只是通过实验得出结果，没讲任何道理。

没讲道理怎么让学生记呢？只能死记。即便勉强记下来，很快也会忘掉或混淆的。怎么办呢？可以想个辅助方法记忆！回忆课本上电磁感应一章中的通电自感现象，由于自感的作用，连接铁心线圈的那个小灯泡亮得晚些，可见在电感电路中，电流的相位落后于电压。当然辅导的记忆方法只是为了帮助记忆，不能与科学知识混为一谈，因为电磁感应一章中的通电自感现象的电路毕竟不是交流电路，但作为一个辅助的方法还是可取的，总比死记硬背好。

有些规律，例如双缝干涉的公式△X

L

= d λ

，课本上是讲了道理

的，而且有推导过程，就应该从道理上来记，不应该死记。如果死记，

L d

则究竟是 d 是 L ？学生往往记错。但是，运用这个公式时，每次都从

δ = r − r L

_{2 1}开始推导一遍，也是不胜其繁。怎样才不致于把 d 记颠倒

呢？如我们把式中各个量的大小比较一下，首先△X和λ相比较，λ ， 很，小到眼睛看不到那么小，而△X 却不是很小，眼睛是可以看得出的， 否则验就没法观察了。可见△X》λ。其次，L 和 d 相比较 L》

这样，△X的等号后面，当然应该是 L d

d ，而不应该是 L 了。

第三节 在运用的过程中进一步加深理解

概念清不清，主要看学过的概念和规律会不会灵活运用。为了更好地理解概念，掌握规律，“运用”也是一个很重要的学习过程。在物理教学中，在学生初步掌握物理概念和物理规律的基础上，如何进一步培养学生学会运用所学的物理知识去分析和解决有关问题的能力，显然是非常重要的。

当然，运用物理知识不单纯等于作题，应包括运用物理知识去分析解决多方面的物理问题。但是对学生来说，作题是运用物理知识的重要方面，也是学习物理不可缺少的一环。正常数量的练习题和搞题海不是一回事，从练习题的内容看前者有明确的目的性和针对性，是复习和巩固所学知识必不可少的步骤，而后者在指导思想上由于追求数量而带有相当的盲目性，这样加重了学生的负担，而且效果也不好，其结果往往是复杂的题做出来了，简单的题倒不会，一百道题做对了，第一百零一题却不会做。

由于知识基础和能力基础的不同，运用物理知识还应该有个层次要求：

第一阶段，叫做“基本上会用”。会运用所学的概念和规律去解决一些简单的问题。

第二阶段，要求能熟练地运用所学的概念和规律。“熟练”体现在“准”和“快”，当然首先是准，在准的基础上求快，否则快就没有意

义了。

第三阶段，会综合运用所学的概念和规律去解决一些比较复杂的问题，达到活用、巧用的地步。

由第一阶段到第三阶段，是对概念和规律的理解和运用逐步深化和巩固的过程。为此，必须认真选择一定的物理问题让学生分析讨论进行练习。这类问题的选择和拟定，一定要有鲜明的目的性和针对性。还要注意指导，应指导学生在解决问题中如何抓住概念的要害、问题的关键， 和运用有关规律去分析和解决问题的基本思想和方法。

解题方法问题，实际上是一个思维方法问题，培养学生正确的思维方法是能力培养的重要内容。怎样教会学生运用所学物理知识解答物理习题呢？主要应贯彻理论联系实际的原则。解题要有个步骤，要从实际出发，这些步骤实际上是解题的必然思维过程。正确的解题步骤应该有六步，为便于学生记忆，每个步骤概括为四个字，共二十四个字，即弄清题意，寻找规律，列出方程，演算求解，检查讨论，思考总结。六个步骤缺一不可，简单说明如下：

1. 弄清题意。弄清题意就是要弄清题目说的究竟是怎么一回事？例如，一个运动物体，初始状态如何？做的是什么运动？经过哪些物理过程？这些过程之间有什么联系？所有这些都应该通过想象在脑海中出现一幅清晰的活动的图象，如同看活动电影一样。另外，在审题过程中， 还要注意题目中的关键字句，善于发现一些隐含的近似条件。还有，应该作图，借助作图可以把题目形象化，有助于看懂题目。这些应成为一个习惯。

2. 寻找规律。这是关键的一步，也是比较难掌握的一步。怎样寻找适当的物理规律呢？有两种基本思维方法，一种是分析法，另一种是综合法，要教会学生掌握这两种方法。

分析法就是从整体到局部的思维方法。它是从待求的未知量出发， 逐步分析、推演，直到待求的未知量完全可用已知量表达为止。

综合法就是从局部到整体的思维方法。它是从已知量开始，根据题意，把题目分解成若干个简单部分来考虑，把各已知量之间的关系全部找到，然后按照题意和有关概念、规律，将已找出的各个简单部分综合在一起，从而求出待求的未知量。

实际中，以上两种方法往往同时使用。 3．列出方程。在弄清题意、寻找规律的基础上，根据已知量和未知

量之间的关系，列出相应的方程式。列方程时，要注意公式的条件，条件不符合，公式不能用。还要注意未知量的个数和独立方程的个数应该是相同的。

1. 演算求解。方程列出后，要先进行文字运算求得文字解，然后再以同一单位制的数值代入，一次算出结果来。否则，演算次数越多，越

容易出差错。

1. 检查讨论。演算求解后，还要对演算结果进行检查讨论。这样， 不仅可以检查出答案是否正确，还可以加深对问题的理解，培养举一反三的能力。

2. 思考总结。解题之后，还应该对解题思路进行总结。通过作这道题，从物理知识、思维方法、解题技巧、实践意义等几个方面进行再思考。总之，要提高认识，总结收获。

物理习题中，比较难的和比较复杂的是综合题。这种题目要求综合地运用所学过的物理概念和物理规律来解答。解答这种综合题，在进一步深刻理解物理概念和物理规律上，在锻炼学生综合运用所学物理知识去分析和解决有关问题的能力上，都能起到一定的作用。

解答物理综合题，也应该遵循以上六个步骤。

物理综合题一般是比较难的，难就难在综合二字。我们在解答物理综合题时，最重要的是必须搞清不同运动形式。不同物理过程之间的联系。联系搞清了，也就容易列出解题的方程。不同运动形式或不同物理过程之间互相联系的途径主要有两条：一是力，一是能。从而形成两条解题的思路或一是从力和运动状态改变的关系出发，一是从做功和能量变化的关系出发来考虑。

物理综合题一般也是比较复杂的，解题时，往往觉得无处下手。对于初学者来说，最好采用分析法求解。分析法，就是从整体到局部的思维方法，也就是从待求的未知量出发，找出包含有待求未知量的原始公式。然后看看此公式中包含有哪几个未知量，再列出表达这几个未知量的公式。如果在这几个公式里，还含有新的未知量，那就再列出相应的公式。这样一步一步地、按一定思维顺序逐步分析、推演下去，直到待求未知量完全可用已知量表达为止。下面举例说明：

例题：一电子以 V0＝107 米／秒的速度，垂直于电场强度的方向射入

如图 20 所示的两平行板间的匀强电场中，电场的方向竖直向下。除在两板之间外，其它地方的电场都为零。电于在两板边缘中点进入电场，假如电子从电场逸出时，刚好从上面板边通过，求两板间的电势差。

这是电场和力学的综合题。解题前，首先要认真弄清题意，题目看完了，眼前应该浮现出一幅清晰的活动的图画，就象真正看到电子的运动情况一样。其次，要分析题意，对全部物理过程要做认真分析。电子在电场中只受电场力的作用（重力不计、阻力不计），

所受电场力的大小为F＝eE，而E＝ U 。电于以初速度V 射入电场后，

d 0

一方面依惯性做匀速直线运动（L＝V0t），同时在电场力的作用向上

d 1 2

作初速度为零的匀加速直线运动（ 2 ＝ 2 at

），所以电子在电场中的

运轨迹为一抛物线。最后电子从上板边缘逸出电场。

物理过程分析清楚了，如何把这些关系式联系起来，建立方程求解呢？我们可以采用分析法，从待求的未知量 U 出发，包含有待求未知量

U的原始公式为E＝ U ，所以U＝Ed，其中d已知，E为新的未知量。

d

用什么公式来表达E呢？根据公式E F

e已知，F又为新的未知

＝ e ，其中

量⋯这样，从待求的未知量 U 出发，逐步分析、推演，穷追到底， 直到等号右全部都是已知量为止。然后一步一步地往回代入，即可求出待求未知量 U。为清楚起见，把分析、推演过程，列表如下：

md² v ²

从后往回一步一步代入得U＝ ⁰

eL²

代入数值得

md² v ²

9.1×10^-31×(0.01) ² ×(10⁷ ) ²

∴＝U = ⁰ =

eL²

= 1.42×10² 伏。

1.6×10^-19 ×(0.02) ² 伏

应该指出，解答物理习题的目的，在于加深对物理概念

和物理规律理解，在于提高分析和解决有关问题的能力。如果不注重基础知识，单纯追求解题方法，那是没有用处的。当然在比较深刻地理解了概念和规律的基础上，再进一步讲求一些解题方法，也还是必要的、有益的。所以，一定要让学生正确对待学习物理知识和掌握解题方法的关系。

理解、记忆和运用三者相辅相成，有着不可分割的辩证关系。我们在教学过程中，一定要予以重视。

第四章