物理教學的中心任務
——物理規律教學

呂勇

（云南工業技師學院，云南 曲靖）

物理規律（包括定律、定理、原理、法則、公式等）反映了物理現象、物理過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律，反映了物質運動變化的各個因素之間的本質聯系，揭示了物理事物本質屬性之間的內在聯系。在一定意義上說，物理規律揭示了在一定條件下某些物理量間內在的、必然的聯系。它是物理知識的核心，是物理知識結構體系的樞紐[1]。因此，物理規律教學是物理教學的中心任務。那么怎樣才能讓學生真正掌握物理規律呢？

一 找準物理規律教學的基本方法

在物理規律的教學過程中，不僅要讓學生掌握規律本身，還要對規律的建立過程、研究問題的科學方法進行深入了解，更重要的是如何應用規律來解決具體問題。為此，對不同的物理規律應采用不同的教學方法。

（一） 理論規律的教學方法

理論規律是由已知的物理規律經過推導，得出的新的物理規律。因此，在理論規律教學中應采用“理論推導法”。如在“動能定理”的教學中，教師提出問題：質量為m的物體在外力F的作用下，速度由V1增加到V2，經過的位移為S。請學生運用所學的知識，找出外力所做的功跟物體動能變化的關系。學生在老師的指導下，根據牛頓第二定律和運動學規律，都能運用“理論推導法”推導出動能定理的數學表達式。

（二） 理想規律的教學方法

理想規律是在物理事實的基礎上，通過合理推理至理想情況而總結出的物理規律。因此在教學中應用“合理推理法”。如在牛頓第一定律的教學中，要引導學生通過在不同表面上做小車沿斜面下滑的實驗，發現平面越光滑，摩擦阻力越小，小車滑得越遠。如果推理到平面光滑、沒有摩擦阻力的情況下，小車則將永遠運動下去，且速度不變，做勻速直線運動，從而總結出牛頓第一定律[2]。

（三） 實驗規律的教學方法

物理學中的絕大多數規律都是在觀察和實驗的基礎上，通過分析歸納總結出來的，我們把它們叫做實驗規律。如牛頓第二定律、歐姆定律、法拉第電磁感應定律等。常采用以下教學方法：

1.示范實驗法。演示實驗法就是教師通過精心設計的演示實驗，引導學生觀察，根據實驗現象，師生共同分析、歸納，總結出有關的物理規律。如法拉第電磁感應定律的教學，先讓學生觀察實驗：當條形磁鐵插入或拔出線圈的速度越大時，檢流計指針偏轉角度也越大，說明線圈中產生的感應電動勢就越大；當條形磁鐵插入或拔出線圈的速度越小時，檢流計指針偏轉角度也越小，說明線圈中產生的感應電動勢就越小。最后總結得出：線圈中感應電動勢的大小與通過線圈的磁通量的變化快慢成正比。

2.推演實驗法。推演實驗法意思就是根據一些物理規律設計實驗，學生通過自己做實驗來觀察和分析實驗現象及實驗結果，得出有關的物理規律。采用實驗法，不但能使學生將實驗總結出來的規律，深刻理解、牢固記憶，而且還能充分調動學生學習的主動性，增強學習興趣，更重要的是通過這種方法使學生掌握了研究物理問題的基本方法。比如，在牛頓第二定律的教學中，大部分物理老師都是讓學生通過實驗加速度與力的關系以及加速度與質量的關系，最終得出：在質量一定的條件下，加速度與外力成正比；在外力一定的條件下，加速度與質量成反比。物理教師指導學生總結加速度、外力和質量間的關系，最終得出牛頓第二定律[3]。

3.驗證實驗法。驗證實驗法是采用證明規律的方法進行教學，從而使學生理解和掌握物理規律。具體實施時先由教師和學生一起提出問題，將物理規律直接告訴學生，然后教師指導學生并和學生一起通過觀察分析有關現象、實驗結論，驗證物理規律。

在“力的合成方法”的教學中，采用如下的方法和步驟：①復習舊知識引入新課題，提出問題。以天花板上的吊燈受力分析為例，可用一根繩子吊住燈，使它不向下掉；也可用兩根繩子吊住它。用一根繩子吊燈時，燈受一個拉力作用；用兩根繩子吊時，燈受兩個拉力作用，可以看出兩個拉力作用的總效果跟一個拉力產生的效果相同。提出問題：“合力與分力二者間有何關系？”②將平行四邊形定則明確告訴學生。③讓學生通過實驗驗證平行四邊形定則，再在此基礎上，進行理論探討，得出合力大小與方向的表達式。驗證實驗法的最大特點是學生學習十分主動，這是因為在驗證規律時，學生已知問題的答案，對于下一步的學習目的及方法已經清楚，所以更加有的放矢。

三 弄清物理規律教學中應注意的問題

（一） 弄清物理規律的發現過程

物理規律的發現一般大致分為3種情況：第一種是實驗規律，都是經過多次觀察和實驗，進行歸納推理得到的。比如牛頓第二定律、氣體實驗三定律等；第二種是理想規律都是由物理事實、經過合理推理而發現的。比如牛頓第一定律，理想氣體狀態方程。第三種是理論規律，是由已知規律經過理論推導而得到的新規律。如萬有引力定律就是由牛頓第二定律推導出來的。

（二） 注意物理規律之間的聯系

有些物理規律之間是存在著相互關系的，要引導學生總結物理規律間的相互聯系。以牛頓第一定律與牛頓第二定律為例，兩個定律是從不同的角度回答了力與運動的關系。第一定律是說物體不受外力時做什么運動，第二定律是說物體受力作用時做什么運動。第一定律是第二定律的基礎，沒有第一定律，就不會有第二定律。雖然第一定律可以看成第二定律的特例，但不能去掉第一定律。再如動量守恒定律與牛頓第三定律的關系；動能定理、動量定理跟牛頓第二定律的關系等[4]。

（三） 要深刻理解規律（包括文字表述、公式和圖像）的物理意義

在規律教學過程中，要引導學生深刻理解規律的物理意義，防止死記硬套。為此應做好以下幾點：

1.要使學生真正理解物理規律的文字表述的含義。中學階段所研究的物理規律，一般都要用文字語言加以表達，即用一段話把某一規律的物理意義表述出來。對于物理規律的文字表述，要認真加以分析，使學生真正理解它的含義，而不能讓學生去死記結論。例如，動量定理可表述為：“物體所受的合外力的沖量等于它的動量的變化”。弄清“等于”兩字的含義對理解這個定理有很大幫助。第一，“等于”所包含的是一種因果關系，即沖量是引起動量的變化；第二，“等于”包括大小和方向上的關系。沖量是力對時間的積累的量，屬于過程量，動量則是物體狀態的量，過程量沖量引起狀態量動量的改變，動量的改變量和引起改變的沖量是相等的。可見“等于”揭示了兩者之間的內在聯系，不要把“等于”單純理解為“就是”。

2.要從物理意義上去理解物理規律的數學表達式。大多數物理規律的內容都可以用數學公式表達出來，即定律的公式。公式的形式能表達出定律的內容，能反映出研究對象間的內在聯系，還能由之計算出有關的物理量的量值（有的還要能標示矢量的方向），參與各種推理和運算，并盡量選擇最簡潔的形式。對于物理公式，要使學生從物理意義上去理解公式中所表達的物理量之間數量關系，而不能從純數學的角度加以理解。例如對于歐姆定律的表達公式：I=U/R，應當使學生理解，這一公式表達了電流的強弱決定于加在導體兩端電壓的大小和導體本身電阻的大小。即某段電路中電流的大小，與這段電路兩端的電壓成正比，與這段電路中的電阻成反比，公式中的I、U、R三個物理量是對同一段電路而言。把公式加以數學變換，得到電阻的定義式R=U/I。如果不理解公式的物理意義，就可能得出“電阻與電壓成正比，與電流成反比”這一類錯誤的結論來[5]。

3.要充分認識物理規律中各個物理量的物理意義。如F=ma中的F指的是物體所受的合外力；在E=ΔΦ/Δt中，要區別Φ、ΔΦ、ΔΦ/Δt的物理意義；又如在a=Δv/Δt中，要區別v、Δv、Δv/Δt的物理意義。

（四） 明確物理規律的適用條件和范圍

由于物理學所研究的對象和過程，往往不是處于自然狀態的實際客體和實際現象，而是采用科學抽象方法適當簡化之后建立的理想模型和理想過程；又由于物理學是實驗科學，在觀察和實驗中，限于當時儀器的精密程度、操作技術的準確程度，從而不可避免地出現測量誤差。因此，反映各物理量之間關系的物理規律，只能在一定精度范圍內足夠真實但又是近似地反映客觀世界。也就是說，物理規律總有它的適用條件和適用范圍。只有明確規律的適用條件和范圍，才能正確地運用規律來研究和解決問題。例如，歐姆定律I=U/R，適用于金屬導體，不適用于高電壓的液體導電，不適用于氣體導電，不適用于含源電路或含有非線性元件的電路。再如，胡克定律的適用條件是在彈性限度以內；單擺振動的周期公式成立條件是擺角小于5°；牛頓定律的適用范圍是可視為質點的宏觀物體、低速和慣性系；動量守恒定律，這是自然界中普遍適用的定律，無論宏觀物體、微觀粒子、高速運動或低速運動情況都適用。然而動量守恒也是有條件的，這個條件就是研究對象（系統）所受的合外力必須等于零。當然，在運用中，當合外力遠小于內力時可以把合外力忽略不計，實際上相當于合外力等于零，這是一種近似處理。可見，動量守恒定律也是有條件的。

四 運用物理規律解決實際問題

實戰是解決一切問題的基本方法。下面我們通過一些實例來逐步說明物理教學的規律：

例1：法拉第電磁感應定律的建立過程中，應用了實驗歸納的方法，是實驗歸納與理論分析的產物。

法拉第提出電能生磁，磁能否生電的問題后，歷經10年的失敗、試驗、再實驗的過程。在1831年發現了電磁感應的第一個效應，即以一下電流產生另一個電流。

他在一個軟鐵圓環上繞了兩個彼此絕緣的線圈A、B。讓線圈A與一電池組組成閉合電路，線圈B的兩端用一根銅導線連接，形成另一閉合回路。在銅線下方平行放置一只小磁針。用以檢驗B回路有無電流。法拉第發現，在A線圈中的電流接通時，磁針立即偏轉，擺動幾下后仍穩定在原來的位置；在線圈A中的電流切斷的瞬間，磁針也偏轉。法拉第立即想到這就是他找了10年的磁生電的現象，但法拉第提出了兩個問題：1.圓鐵環是否一定必要，沒有它能否產生感生效應；2.不用A線圈，而用鐵環相對于B線圈運動，還有感生效應嗎？帶著這些問題法拉第又做了許多實驗，發現沒有鐵芯，只要一組線圈中的電流發生變化而不保持恒定，感應現象也會產生。法拉第在兩條磁鐵棒的N、S極中間放上一繞有線圈的鐵棒，將線圈與電流計相連，他發現當鐵芯線圈離開或進入兩極間的瞬間，電流計的指針就會偏轉；磁鐵棒插入或抽出線圈時，也有感生電流產生。他做了幾十個類似的實驗，最終認識到感生現象的暫態性。法拉第在向英國皇家學會的報告中把可以產生感生電流的情況概括為五種：①變化著的電流；②變化著的磁場；③運動的穩恒電流；④運動的磁鐵；⑤在磁場中運動的導體。

他指出了感應電流與原電流的變化有關，而不是與原電流本身有關。為電磁感應定律的建立打下了基礎。由于Δφ/dt難以測量，到1845年以后才得到電磁感應定律的數學表示：感應電動勢的大小跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正。E=KΔφ/dt，當φ取韋伯時，K=1。

分享比。E=k△pl△t，當q取韋伯時，k=1。

例2：牛頓第一定律的建立，在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中，牛頓提出了三個運動定律。

第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。如在牛頓第一定律的教學中，要引導學生通過在不同表面上做小車沿斜面下滑的實驗，發現平面越光滑，摩擦阻力越小，小車滑得越遠。如果推理到平面光滑、沒有摩擦阻力的情況下，小車則將永遠運動下去，且速度不變，做勻速直線運動，從而總結出牛頓第一定律。第一定律是以實驗為基礎的，但這一定律不能直接由實驗得出，它是實驗、推理和想象相結合的產物[6]。

例3：庫侖定律的建立，是法國物理學家庫侖注意到電荷之間的靜電力與萬有引力有許多類似之處，運用類比的思維方法，大膽假設靜電力的規律與萬有引力定律有類似的形式，然后，用他精心設計的“扭秤實驗”證實了這一假設的正確性。可見，庫侖定律是觀察實驗和物理思維相結合的產物。

例4：在進行半導體的導電性教學時，如果不做實驗，只是按照課本從半導體的內部結構進行分析，學生因為沒有感性認識，就不會對半導體的熱敏性有深刻印象，也不能引起興趣。如果向學生演示半導體的電阻因溫度的變化而變化的實驗，就會引起學生的興趣。在實驗事實面前，學生就會提出“為什么會發生這樣的現象呢？”然后再通過理解分析，效果就會好得多。為了使教學獲得更好地效果，在演示上述實驗前可安排對比性演示實驗，即金屬的溫度升高時電阻變大和絕緣體溫度升高時電阻變小的實驗。然后提出“半導體溫度升高時電阻如何變化”的問題，再來做半導體熱敏性的實驗。由實驗知道，半導體跟絕緣體類似，當溫度升高時電阻也是變小。但不同的是，絕緣體溫度升得很高時電阻才有明顯減小，而半導體的溫度稍有升高電阻就明顯減小。正因為半導體的導電性對溫度很敏感，所以才叫熱敏性。在完成上述對比實驗后，學生有了較豐富的感性認識，再從理論上分析半導體、金屬導體、絕緣體在導電性上存在差異的原因，學生就會感興趣，就能收到好的教學效果。在教學中要為學生創造利用實驗進行歸納的條件。

例5：物理第一冊《物體運動》在講授了物體運動的基本規律和特點后，具體介紹了一種常見的運動——自由落體運動，教學的關鍵在于說明在同一地點作自由落體的任何物體下落的加速度都是重力加速度g，課本是利用“閃光照片”進行分析的。由于大部學校不具備拍攝閃光照片的條件，所以照此講解有困難。這時學生已會熟練使用“打點計時器”，可以把它用于研究“自由落體運動”的教學中。從教學效果看，學生親自動手做實驗，并從中探索物理規律，比教師枯燥地講解學生記要好得多。因此，在教學過程中突破傳統教學模式，突出物理學科特點，充分利用學生已有知識和挖掘學校儀器設備條件并因地制宜地擴大學生親自動手做實驗的范圍，是一項重要的教學任務[7]。

五 物理規律教學取得的效果分析

總之物理規律教學很多教師都有自己的拿手锏，利用物理規律解決實際問題重點在于加強練習，物理教師要加強利用物理規律解決實際問題的引導和練習，采用一練一考的方式，讓學生提升規律的應用能力。同時教學中教師要善于引導、訓練學生能夠聯系日常生活中的實際問題去學習物理規律，經常用學過的規律科學地說明和解釋有關的現象。通過加強練習，讓學生逐步學會邏輯地說理和表達。其次是教師要善于總結一些經典的問題，在教師的示范下和師生共同下討論逐步引導學生結合規律對實際問題的討論，強化、活用對物理規律的理解，逐漸領會分析、處理和解決問題的思路和方法；對于運用物理規律分析和解決實際問題，要逐步訓練學生運用分析、解決問題的思路和方法，使學生學會正確地運用數學解決物理問題。還應當鼓勵學生運用學過的規律獨立地進行觀察和實驗，自己動手、動腦進行小設計和小制作，創造性地解決一些簡單的實際問題。要幫助和引導學生在練習的基礎上，逐步總結出在解決問題中一些帶有規律性的思路和方法，提高分析和解決問題的能力[8]。

六 結語

文章首先通過找準物理規律教學的基本方法、弄清物理規律教學中應注意的問題和運用物理規律解決實際問題，分析了物理規律教學。通過推演實驗、實驗驗證等教學方法明確了學習物理規律的方法，同時學習物理規律重在實戰演練，加強練習是學習物理規律的必由之路。