數(shù)字體驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

唐王雅斌

(福建省漳州市第三中學(xué) 363000)

新高考改革更加關(guān)注教學(xué)模式和方法的轉(zhuǎn)變，除了提倡觀察、實(shí)驗(yàn)等探究新知的主要方式外，在講授重難點(diǎn)的課堂教學(xué)中，利用數(shù)字幫助學(xué)生理解體驗(yàn)的教學(xué)方法也是一種重要的方式.筆者認(rèn)為利用這些數(shù)字可以使抽象的物理變得直觀，苦悶的物理變得有趣，能夠進(jìn)一步啟迪學(xué)生的智慧，幫助學(xué)生建構(gòu)一套生活化、實(shí)用化的物理知識(shí)體系.

一、在物理概念教學(xué)中化抽象為具體

概念在物理教學(xué)中具有舉足輕重的地位，重要的物理概念大都貫穿于整個(gè)高中物理體系，概念掌握的好壞又將影響到后續(xù)的學(xué)習(xí).然而高中的物理概念多表述成文字或抽象表達(dá)式，少用具體的數(shù)據(jù)，學(xué)生一接觸概念都較不適應(yīng)，我們可以借助設(shè)置一些合理的數(shù)字，讓學(xué)生逐步理解物理概念.

例1學(xué)生對(duì)“加速度”這個(gè)入門概念感到抽象，很難正確的理解.為使學(xué)生能盡快適應(yīng)，可以在新授課時(shí)，把加速度概念的文字表述進(jìn)行轉(zhuǎn)換，賦予具體的數(shù)字來(lái)引入教學(xué).如：汽車的啟動(dòng)性能是汽車性能的主要技術(shù)指標(biāo)之一，我們通過(guò)一系列數(shù)字來(lái)了解一下汽車的啟動(dòng)性能.

車型初始狀態(tài)末狀態(tài)經(jīng)歷時(shí)間跑車靜止28m/s5s轎車靜止28m/s12s重型卡車靜止20 m/s12s

跑車和轎車哪個(gè)的啟動(dòng)性能好呢？學(xué)生就容易從具體的數(shù)字去分析：它們都從靜止加速到28m/s，但跑車用的時(shí)間短，如果速度的變化相同，用時(shí)少的跑車啟動(dòng)性能好；然后自然再問(wèn)：轎車和重型卡車哪個(gè)的啟動(dòng)性能好呢？最后再比較跑車和重型卡車：兩車的速度變化量不同，而且用的時(shí)間也不同，又該怎樣比較其啟動(dòng)性能呢？有了這些數(shù)字，學(xué)生就能循序漸進(jìn)的判斷啟動(dòng)性能，從而過(guò)渡到加速度概念的教學(xué)，學(xué)生也就能輕松的理解加速度與速度變化的快慢有關(guān)，與速度變化量無(wú)關(guān).

二、在物理規(guī)律教學(xué)中化深?yuàn)W為直觀

在教學(xué)過(guò)程中，有些物理規(guī)律在教材中沒(méi)有深入討論，如果只用字母符號(hào)推導(dǎo)和說(shuō)明，學(xué)生往往感到迷茫.我們不妨把字母賦予數(shù)字，讓深?yuàn)W的規(guī)律先直觀明了起來(lái)再加以學(xué)習(xí)總結(jié).

如果要把衛(wèi)星送到更高的圓軌道Ⅲ，火箭運(yùn)送衛(wèi)星由O點(diǎn)加速到P點(diǎn)的速度就要更大，假設(shè)到P點(diǎn)的速度v2=10 km/s，則衛(wèi)星需要的向心力大于萬(wàn)有引力，要發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，即第一次變軌.

如果在Q點(diǎn)火箭不再加速，衛(wèi)星將按橢圓軌道由Q點(diǎn)到P點(diǎn)加速回來(lái)，到P點(diǎn)速度仍為10 km/s；如果在Q點(diǎn)火箭突然加速，短時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星速度由3km/s增大到v3=5km/s (圓軌道Ⅲ的假設(shè)的環(huán)繞速度5km/s要符合“越高越慢”規(guī)律)，完成第二次變軌，從Q點(diǎn)進(jìn)入半徑較大的圓軌道Ⅲ.

通過(guò)賦予幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字基本可以把衛(wèi)星變軌問(wèn)題生動(dòng)、直觀地講清楚了.學(xué)生同時(shí)也理解了為何“第一宇宙速度”是最小發(fā)射速度，假設(shè)在P點(diǎn)的速度比10 km/s還大，衛(wèi)星就會(huì)沖向更高的軌道.當(dāng)然，發(fā)射速度超過(guò)11.2 km/s(第二宇宙速度)就要脫離地球引力束縛了.由此可見(jiàn)，簡(jiǎn)單的數(shù)字之間蘊(yùn)含著深刻的物理原理，在賦予數(shù)字時(shí)可能不是很精確，但不能犯科學(xué)性的錯(cuò)誤.

三、在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中化理性為感性

高中物理實(shí)驗(yàn)原理通常用物理符號(hào)進(jìn)行解釋，教師的教學(xué)采用傳授式的居多，學(xué)生往往不知所以然而被動(dòng)接受、機(jī)械地記憶，我們也可將符號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字，從本質(zhì)上去理解和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理.

例3半偏法測(cè)電流表的內(nèi)阻的原理及誤差分析：如圖2所示為測(cè)量電流表G的內(nèi)阻Rg的電路，R1為滑動(dòng)變阻器，R2為電阻箱，設(shè)電流表G滿偏電流為Ig，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì).

數(shù)字體驗(yàn)一設(shè)Ig=100μA、Rg約100Ω、滑動(dòng)變阻器R1最大阻值為200Ω.(1)閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表滿偏為100μA，假設(shè)此時(shí)R1=100Ω.(2)閉合S2，保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表半偏為50μA，然后讀出電阻箱的示數(shù)R2，R2就是電流表的內(nèi)阻的測(cè)量值，即認(rèn)為Rg=R2.

由于R2與Rg并聯(lián)后R并約50Ω，電路總電阻由原來(lái)的Rg+R1=(100+100)Ω=200Ω變?yōu)镽并+R1=(50+100)Ω=150Ω，可見(jiàn)并聯(lián)了R2，導(dǎo)致總電阻減小.如圖3，由歐姆定律得總電流由原來(lái)的100μA增大到約130μA，總電流增加幅度較大，根據(jù)電流表半偏為50μA，分流可得經(jīng)過(guò)R2的電流約80μA，可得R2

數(shù)字體驗(yàn)二設(shè)Ig=100μA、Rg約100Ω、滑動(dòng)變阻器R1最大阻值為20KΩ.閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表滿偏為100μA，假設(shè)此時(shí)R1=10KΩ.閉合S2，保持R1不變，調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表半偏為50μA，讀出電阻箱的示數(shù)R2.

由于R2與Rg并聯(lián)后R并約50Ω，電路總電阻由原來(lái)的Rg+R1=(100+10K)Ω=10.1KΩ變?yōu)镽并+R1=(50+10K)Ω=10.05KΩ，可見(jiàn)并聯(lián)了R2，總電阻仍減小，但減少量相對(duì)于總阻來(lái)說(shuō)是很小的.如圖4，由歐姆定律得總電流由原來(lái)的100μA增大到約100.5μA，總電流增加幅度微小，根據(jù)電流表半偏為50μA，分流可得經(jīng)過(guò)R2的電流約50.5μA，仍可得R2

綜上，為保證總電流盡量穩(wěn)定，電路的總電阻應(yīng)由滑動(dòng)變阻器R1來(lái)主導(dǎo)，R1越大，R2的并聯(lián)對(duì)電路的影響就越小.故R1越大越好，同時(shí)為保證電流表滿偏，R1越大，電源電動(dòng)勢(shì)E也相應(yīng)選較大的.有了這些數(shù)字，學(xué)生可以把枯燥的理論的轉(zhuǎn)化為形象感性的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)興趣自然得到提升.

四、在物理習(xí)題教學(xué)中化疑難為簡(jiǎn)便

在習(xí)題教學(xué)中，會(huì)遇到求一個(gè)物理量與其它量的關(guān)系或動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的問(wèn)題，若采用常規(guī)解法出現(xiàn)過(guò)程繁瑣、計(jì)算費(fèi)時(shí).我們可以在條件允許的范圍內(nèi)，將題目涉及的某一物理量巧妙地用具體的數(shù)字代入，模糊問(wèn)題定量化，即可通過(guò)簡(jiǎn)單分析判斷迅速得出結(jié)果.

A．MN上的張力逐漸增大

B．MN上的張力先增大后減小

C．OM上的張力逐漸增大

D．OM上的張力先增大后減小

代入數(shù)字解析由于重物向右上方緩慢拉起，故該過(guò)程動(dòng)態(tài)平衡，任何一個(gè)位置，繩上面的M點(diǎn)所受合力為零.如圖6，若物體重力為mg，不妨假設(shè)OM和MN之間的夾角α為 120°.

位置1：OM方向豎直時(shí)，即初始位置，此時(shí)FMN1=0，F(xiàn)OM1=mg；

位置2：MN拉到水平時(shí)，F(xiàn)MN2與FOM2的合力與重力平衡，由三角函數(shù)得

由此可得FMN1FOM3，即FMN逐漸增大，F(xiàn)OM先增大后減小，故本題正確選項(xiàng)為AD.

總之，我們可以通過(guò)數(shù)字來(lái)透視物理現(xiàn)象，感受物理變化，變純理論解釋為具體的數(shù)字演繹，體驗(yàn)物理的科學(xué)思維方法.需要注意的是引用的數(shù)字的合理性，對(duì)于物理?xiàng)l件所制約的物理量的取值要慎重，既能準(zhǔn)確客觀的反映物理事實(shí)，又有較強(qiáng)的說(shuō)服力，以期提高物理教學(xué)的有效性.