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中學物理電磁學部分教法討論

中學物理教材闡述的內容主要是經典物理學的基礎知識,這些理論是建立在牛頓時空觀的基礎上,以力學、電磁學為重點。本文就電磁學部分的教學談點看法。
一、電磁學教材的整體結構
電磁運動是物質的一種基本運動形式。電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用。其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等。為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此,應從以下三個方面來認真分析教材。
1、電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以""場""和""路""兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來。只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力。
場的方法是研究電磁學的一般方法。場是物質,是物質的相互作用的特殊方式。中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容。
""路""是""場""的一種特殊情況。中學教材以""路""為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等。
""場""和""路""之間存在著內在的聯系。麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以""場""為基礎的。""場""是電磁運動的實質,因此可以說""場""是實質,""路""是方法。
2、物理知識規律
物理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系。
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的。但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性。
第二冊第一章""電潮重要的物理規律是庫侖定律。庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結果跟在真空中相差很小。其適用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況。
""恒定電流""一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系。電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體。
""磁場""這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念。
""電磁感應""這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律。在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線。本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。電磁感應的重點和核心是感應電動勢。運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
""電磁振蕩和電磁波""一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步。
3、通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立""世界是物質的""的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用。運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱--磁場。磁體的周圍也存在著磁場。磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態。
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用。所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的。麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場。電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波。
從場的觀點來闡述路。電荷的定向運動形成電流。產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場。導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處。導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷。當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止。
二、以""學科體系的系統性""貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
1、場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題。第一章""電潮是學好電磁學的基礎和關鍵。電場強度、電勢、磁嘗磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念。電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段。要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解。
2、電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用。在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等。場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度。在電場中用電場力做功,說明場具有能量。通常說""電荷的電勢能""是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了。
3、認真做好演示實驗和學生實驗,使""潮抽象的概念形象化,通過演示實驗是非常重要的措施。把各種實驗做好,不僅使學生易于接受知識和掌握知識,也是基本技能的培養和訓練。安排學生自己動手做實驗,加強對實驗現象的分析,引導學生從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力。從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看,應著力培養學生的獨立實驗能力和自學能力,使知識的傳授和能力的培養統一在使學生真正掌握科學知識體系上。
4、培養學生綜合運用所學物理知識去分析和解決問題的能力。學習電磁學首先要抓住場和路這兩個方面,使學生正確理解基本概念,切實掌握基本規律。在此基礎上還應該注意有關綜合題的解法。解答綜合題時,首先應搞清不同的運動形式或不同的物理過程是怎樣聯系在一起的。一般聯系渠道有兩條:一是力,二是能,從而形成兩條解題思路。從力的角度考慮,全面分析受力情況(三種性質的力和電磁場力)并和運動狀態的改變聯系起來。從能的角度來考慮,緊緊扣住能的轉化和守恒定律,從而引導學生認識能的轉化和守恒定律的正確性和普遍性。使學生明確:能量的不同形式,就是物質運動的不同形式;能量由一種形式轉化為另一種形式就是物質運動由一種形式轉化為另一種形式;能量不能創生也不能消滅,就是運動的不可消滅性。
總之,物理教學既要發展學生的智力,又要培養學生的能力。只要運用科學的方法將知識傳授給學生,加強學生的實驗能力和自學能力的培養,調動學生的學習積極性,才能提高教學質量。

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