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从物理量单位中“理”出成果

2020-12-07胡蓉

魅力中国 2020年9期
关键词:物理量电场公式

胡蓉

(陕西省城固县第二中学,陕西 城固 723200)

在平时物理教学中,当我们每给学生引入一个新的物理量时,都会强调这个物理量的单位。物理量的单位代表了这个量的物理意义,它也是物理量与数学量的本质区别。如果学生在解答物理问题时仅仅给出它的大小弄错或随意丢弃物理单位将无法正确的描述出这个物理量,在解答中是不允许的。因此物理量单位的重要程度是必须要严格强调的,描述一个完整的物理量既要表示它的大小还要确定它的单位。

《普通高中物理课程标准》中指出:认识单位制在物理学中的重要意义,知道国际单位制中的力学单位。因此在高中物理教学过程中不但要注重讲解物理概念、定律、物理公式的同时也要加强对物理单位的讲解。当我们教给学生多个物理量并充分深刻认识到它的单位后,也可以逆向从单位中得出一些物理量的逻辑关系或小学科间的联系;或者帮助我们从一个基本物理量出发梳理多个与之相关物理量的意义,这样有助于我们将一些零散的物理量(知识点)编织成一个完整的知识体系,以解决一些复杂问题;甚至还可以利用单位锻炼学生从对这个物理量由哪些相关量决定的猜想到反推出此物理量公式的思维能力。

一、从单位“理”出物理量的逻辑关系建立学科联系

(一)利用单位分析物理量间的逻辑关系

在讲述功和能的关系时,学生往往不易理解两个明明表示不同的物理量在能量转化转化过程中却可能存在等量关系。我们可以借助单位来让学生理解这两个物理量。

做功基本计算公式为W=F·S从单位角度看有:1J=1N·m而牛顿第二定律知:F=ma即从单位看1N=1Kgm/s2,故1J=1Kg·m/s2·m= 1Kgm2/s2。如果物体受力做功转化为动能:即从单位看我们发现做功的单位化简为国际单位制与动能的单位化简为国际单位制二者是完全相同的,即功和能量是表示一个物理意义,可以引导学生这样理解:“外力对物体做功,物体能量增加。做功是一个过程量,其结果物体能量发生变化。”这样可以使学生更好的理解这两个物理量的逻辑关系。

(二)高中物理可大致分为“力学、热学、光学、电磁学及原子物理学”六大部分,在教学过程中这六部分基本是单独教学自成一体的,但在实际中有不可分割的联系,这种联系在高中物理综合应用中尤为突出,其亦可以从物理量单位中建立。

例如:在初中物理中讲重力与质量的关系时有一个基本的计算公式:G=mg此处的g仅表示常量,其单位是N/Kg。而在高中物理中牛顿第二定律规定:使质量为1Kg的物体产生1m/s2的加速度的力规定为1N。即:1N= 1Kg·m/s2,所以g= 9.8N/Kg=9.8m/s2。N:为力学单位,表示力的大小。m/s2:为加速度单位。由单位的等量关系可将力学与运动学建立联系。再如在电场中电场强度E的单位是N/C,那么很明显力学和电学之间可以建立联系。

二、从表示基本物理量的单位来“理”出与之相关物理量的联系,建立知识体系

在静电学部分我们从最开始的物体带电,它所携带的电荷(带电量)到后面我们讲电流、电场强度、库仑定律、电势差、点电荷在电场力下做的功及电容。这六个物理量基本涵盖了静电学的所有知识,这些物理量在学习之时看似零散,知识点多但它们都是因为由带电体产生的,它们与物体的带电量Q有密不可分的联系。我们可以借助Q的单位库仑(C)着手利用单位来梳理它们之间的联系。

电流I的单位(A)1A=1C/S,它表示单位时间内通过导体横截面积的电荷量是1C;

电场强度E单位为(N/C),它表示带电量是1C的点电荷在电场中某点受到的静电力为1N,那么此点的电场强度为1N/C。

电势差U单位(v)1V= 1N/C·m,它表示在1N/C的匀强电场内,沿电场线方向移动1m,其两端间的电势差为1V。

点电荷在电场力下做的功电功WAB单位为(J)1J=1C·V,它表示带电量为1C的点电荷在电场中从A移动B(AB间的电势差为1V)电场力做功为1J。

经过这样的梳理可以帮助学生对静电学部分所学知识进行串联,更加清晰地反映出各物理量所表示的物理意义。运用同样的方法可以在每个章节或某个小学科学完后进行物理量的梳理,这样在应用中不会混淆各物理量,有助于学生建立知识体系,在以后的综合应用中将更加得心应手。

三、利用单位制“理”出物理学公式

在教学中我们也可引导学生利用物理学公式两端表示量单位一致的原则,对新的物理量进行大胆的猜想再推证进而反推出物理公式,这样可以培养学生的求真欲,探索欲,提高学生的学习兴趣。

例如:在学习圆周运动中的向心力时,向心力公式是教材中直接给出的,这样显得没有说服力,学生也是死记硬背,没有自己的思考,所以在此处教学中我会引导学生自己推证。先鼓励学生猜想向心力的大小可能与哪些物理量有关,经过讨论大致认为可能与物体的质量m,物体的运动速度V和圆周运动的轨道半径r有关。到底有什么关系可以用单位一致来推证。

设决定向心力F大小是ma,Vb,rc即:F=k·ma·Vb·rc(k为比例系数)根据等式两端单位一致可得又因为1N=1Kgm/s2故:。解得a=1;b=2;c=-1。即:F=k·m1·V2·r-1整理:告诉学生经过实验可得到k=1,则证得:经过这样的求证即锻炼了学生逆向思维的能力又帮助学生“理”清了物理量之间的关系,其实这种方法可用于很多物理公式的推证中。

经过我们对物理量单位的深入挖掘,在以后的教学活动中将更有助于我们将物理课体系化,网络化,也将让学生在学习过程中产生更多的兴趣,提高学习主动性,获得更大的成就感。真正让物理这门课“理”出联系,“理”出体系,“理”出成果。

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