談談物理教材中可以證明問題的處理方法

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）09-0178-02

高中物理教材中有一些重要的概念、規(guī)律、公式是直接給出的，教材甚至教輔資料上都未詳細論證，只在文中注明“可以證明”。在教學過程中，這些重要的概念、規(guī)律、公式絕大多數(shù)教師也是直接告知學生。當然這樣做自有道理，有些概念、規(guī)律、公式的推導、證明可能要用到較為高深的理論或較為復雜的數(shù)學知識，要在課堂上講清楚耗時較多，學生不易理解或要求較高。但是重要的概念、規(guī)律、公式若不給出足夠的證據(jù)，學生將信將疑，不利于體現(xiàn)物理學的嚴謹性，也不利于學生今后物理的學習，所以從多角度詳細論證這些重要的概念、規(guī)律、公式的正確性非常有必要。下面結合一些具體的實例談談筆者對可以證明問題的處理方法。

1.教師結合數(shù)學知識在課堂上具體論證

面積為S，匝數(shù)為n的矩形線圈在磁感應強度為B勻強磁場中繞OO′軸以角速度？棕勻速轉動。如果從中性面開始計時，感應電動勢瞬時值的表達式為e=nBS？棕sin？棕t。此結論的給出，教材中只說明按照法拉第電磁感應定律可以導出，并未詳細解釋。

其實，按照法拉第電磁感應定律，感應電動勢e=n■，由于△t是一時間段，所以按這個式子計算出來電動勢是平均值。若要求瞬時值，則要求△t→0。從中性面開始轉動t時間，線圈轉過角度？茲=？棕t，再在很短的△t時間內，線圈轉過角度△？茲=？棕△t，則在△t時間里面磁通量的變化量△？覬=BS[cos？茲-cos（？茲+△？茲）]，再代入到e=n■中有

e=■

如果△t→0那么△？茲應該是很小的，可以近似認為cos△？茲=1，sin△？茲=△？茲，代入到上式就可以得到e=nBS？棕sin？棕t。

上面的推導要用到△？茲→0時，cos△？茲≈1，sin△？茲≈△？茲的結論，這是學生所不熟悉的，所以學生理解有些難度，教師要在課堂上證明，需耐心細致的講清楚，要用一定的時間。但是這樣一是消除了學生的疑慮，體現(xiàn)物理學的嚴謹，二是讓學生知其然，還知其所以然，加深對法拉第電磁感應定律地理解，所以這個時間花的是值得的。

2.組建學生興趣小組，依托團體力量探究證明

例如在選修教材中第12頁寫到：可以證明，一個半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在球的外部產(chǎn)生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產(chǎn)生的電場相同，球外各點的電場強度也是E=kQ/r2。式中的R是球心到該點的距離（rgt;R），Q為整個球體所帶的電荷量。

由于上述結論的證明比較復雜、要求較高，不宜在課堂上給出詳細論證。筆者認為通過改變傳統(tǒng)學習方式，讓學生不做被動的“受教育者”而是做一個主動的“探索者”的角度在課后召集班上學習積極，基礎扎實的學生組建一個探究小組，指導學生查閱資料、主動動腦、動手，發(fā)生疑問、進行思考、動手操作，相互討論。結果有多位學生找到了證明的思路，給出了相應的數(shù)學證明，還有一位學生因此接觸到高斯定律。求證過程激發(fā)了學生的學生興趣，增強了學生的探究激情。最后讓部分學生在晚自習期間匯報成果，獲得了成功的喜悅，更加堅定學好物理的決心。其他同學消除了心中的疑慮，很受鼓舞。

3.借助圖片、儀器將物理規(guī)律可視化

在教材選修3-1中，電容的定義文中只注明“實驗表明”電容器所帶電荷量與兩板間電勢差的比值為常量，并且不同的電容器比值不同，其比值可以用來描述儲存電荷的特性。由于實際上電容器所帶電荷量難以準確測量，所以不能從定量的角度直觀地顯示出電容器所帶電荷量與兩板間電勢差的關系。為了突破這一教學難點，筆者經(jīng)過認真分析和反復的實驗驗證，設計了一套如圖1所示的多功能電容器性質演示儀。

用四個2200？滋F電容器并聯(lián)后和電壓傳感器相連，使用16V電壓對C1充電，充滿后斷開電源，電容器C1電量為Q，依次合上K2、K3、K4，此過程中電容器C1的電量依次為■，■，■，計算機屏幕上顯示的測試圖像如圖2所示，可知依次合上K2、K3、K4電容器C1兩端電壓U分別為16.0V，8.0V，5.4V，3.5V，比較發(fā)現(xiàn)，雖然電荷量發(fā)生變化時，兩端電壓也發(fā)生變化，但是其比值是一個定值。

目前，各種各樣的傳感器已被越來越廣泛地運用到中學物理教學中，而且隨著科學技術的發(fā)展，這一科技成果必將在中學普及，所以本儀器在功能設計上首選用傳感器和計算機來演示電壓變化，操作簡單，現(xiàn)象直觀，清晰易懂。對于還沒有傳感器的學校，使用演示用數(shù)字萬用表效果也是非常理想的。

將多功能電容器性質演示儀用到《電容器的電容》一節(jié)的教學中，讓學生清楚地觀察到電容器電量和兩端電壓之間的關系，對電容的概念有比較清楚地認識，對概念的理解也更加深刻，這大大激發(fā)的學生學習興趣，提高了教學效率，起到了良好的教學效果，深受學生喜愛。

結束語

教師不是教教材，而是要用教材教，這不僅是一個教學理念的轉變問題，而且是一個教學實踐的操作問題。物理課也不應當是聽課、記筆記、做實驗、做習題的結合，而應當是在教師的指導和幫助下不斷探究物理現(xiàn)象的本質與內在聯(lián)系的過程。作為教材，不可能把所有的問題都交代清楚，任何教材都有取舍增補的空間。這就要求在實際教學實踐中，教師不能是被動的執(zhí)行者，遇到教材中沒有交代清楚的或者只注明“可以證明”的問題，引導和幫助學生不斷發(fā)展自己的認識和探究能力，形成科學的思維方式和行為習慣的過程。要積極主動研究開發(fā)、多想辦法、突破難點，教師只有抓住這一要領，才能進一步完善教材，才能取得最佳的教育效果。