初中物理教學中幾類重要物理概念及公式解讀

○ 通渭縣義崗川學校

物理是一門以實驗為基礎，研究物質結構、相互作用以及運動規(guī)律的自然科學，是一門邏輯推理與實際生活相結合的學科。物理源于生活而又指導生活，它不是簡單的數(shù)學邏輯，每一個概念都是對特定生活現(xiàn)象的物理總結，每一個公式都是物理規(guī)律的量化結果。在物理學中，包括了對眾多自然現(xiàn)象和規(guī)律的解釋，對于初中生而言，面臨眾多的概念和公式，很多學生就會望而生畏，對于公式的應用就更加棘手。這種情況主要是由于學生把物理公式當作數(shù)學公式去死記硬背而脫離了具體的物理概念和物理模型。因此，在物理學習中透徹地理解物理概念和公式，掌握正確的學習方法尤為重要。本文通過總結歸納初中物理中幾類重要的概念和公式，將量化的公式和抽象的概念與實際生活結合起來，使學生能夠更好地理解其物理含義，從而進一步提高學生的邏輯思維能力和對物理學科的整體認知能力。

一、平衡力和相互作用力

平衡力和相互作用力是學生在學習過程中經(jīng)常會混淆的兩個概念。提到平衡力，首先要知道什么是平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)是指物體處于靜止或在任一方向上做勻速直線運動的狀態(tài)。物體在兩個力的作用下，保持平衡狀態(tài)，稱為二力平衡，這樣的一對力叫作平衡力。平衡力的條件是：a.大小相等；b.方向相反且共線；c.作用在同一個物體上。根據(jù)平衡力的定義和條件，判斷兩個力是否為平衡力有兩種方法：一是看是否滿足平衡力的三個條件；二是看物體在兩個力的作用下，是否處于平衡狀態(tài)。而相互作用力是指一個物體對另一個物體施加了力，受力物體反過來肯定會給施力物體一個反作用力。這樣的一對力，必然是同時產(chǎn)生，同時消失。相互作用力的條件是：a.大小相等；b.方向相反且共線，c.作用在不同的物體上。

平衡力與相互作用力的主要區(qū)別是：平衡力作用在同一個物體上，可以是不同性質的力。比如，放在桌面上的物體，處于平衡狀態(tài)時，重力和桌面的支持力是一對平衡力，重力是地球對物體的吸引力，桌面的支持力是由于物體對桌面的擠壓，使得桌面發(fā)生形變而產(chǎn)生的彈力。而相互作用力作用在不同的物體中，必須是同性質的力，比如物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力，其本質都是彈力，并且兩個物體既是施力物體，也是受力物體。

二、能量和功

1.能量及能量守恒定律。能量是一個普適概念，從廣義上理解，能量就是一件事物使其他事物發(fā)生改變的性質。在物理教學中，能量的定義是：物體能夠對外做功，就表示該物體具有能量，描述的是物體做功的能力。比如，高空的物體下落，將地面砸了一個坑，物體對地面做了功，因此，說明高空的物體具有能量。高速運動的物體與靜止的物體發(fā)生碰撞，使靜止的物體運動，也是對其做了功，所以運動的物體具有能量。能量的單位是焦耳，能量的種類很多，表現(xiàn)形式不一，有內能、動能、勢能等。能量守恒定律是自然界中最普遍的定律之一，表述為：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而能量的總量保持不變。

2.功。初中范圍內所接觸到的功，一般指的是機械功。如果一個物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生位移，則表示該力對物體做了功，功表示的是力對位移的空間累積作用，功的單位也是焦耳。從功的定義可以得出力做功的條件：a.力不為零，b.物體在力的方向上發(fā)生位移。功的計算公式W=FS，力F的單位為N，位移S的單位為m，功的單位為J，即1J＝1N·m。

3.能量與功的關系。在能量的學習過程中，提到的能量守恒定律是自然界中最重要的定律之一，它指出系統(tǒng)中能量總量雖然保持不變，但存在能量的轉移和轉化，而能量要發(fā)生轉移和轉化，必須要經(jīng)歷一定的物理過程。同時能量的轉移和轉化也需要一個量化的表達。系統(tǒng)能量發(fā)生轉移和轉化的形式有兩種，分別為熱傳遞和做功，其中熱傳遞對應的是能量的轉移，即熱量會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而做功對應的是能量的轉化，即通過做功，能使物體的能量從一種形式轉化為另一種形式。因此，做功是能量轉化的量度，外力對系統(tǒng)做了多少功，系統(tǒng)就有多少能量發(fā)生轉化。比如，用手推動桌面上的物體，推力對物體做了功，物體的動能增大，通過推力的做功，將人的內能轉化成了木塊的動能。下落的物體動能增大，通過重力的做功，將物體的重力勢能轉換為動能。地面上運動的物體慢慢靜止的過程中，通過摩擦力做功，將物體的動能轉化成了熱能。

【例題】水平桌面上有一斜面，質量為1kg，木塊以2m/s的速度從底部沖上斜面，最后靜止在斜面上，這個過程中，下列說法不正確的是（）

A.木塊在上升的過程中，重力做功，部分動能轉化成了重力勢能

B.木塊在上升的過程中，摩擦力做功，使物體的部分動能轉化成了熱能

C.木塊在上升的過程中，斜面對木塊有支持力，并對物體做了功

D.根據(jù)能量守恒定律，整個過程中，物體的動能完全轉化成了熱能和勢能

解析：木塊在上升的過程中，由于受到摩擦力和重力的作用，重力和摩擦力對木塊做了功，使得物體的動能減小，最后靜止時，動能為零，全部轉化為重力勢能和摩擦產(chǎn)生的熱能，而支持力與木塊的運動方向垂直，在支持力的方向上，木塊沒有發(fā)生位移，因此支持力不做功。整個過程中，根據(jù)能量守恒定律，物體的動能轉化為熱能和重力勢能。

三、電學部分

在初中電學學習過程中，學生對于電阻的計算式以及歐姆定律和焦耳定律的理解容易產(chǎn)生混淆。初中電學中，主要涉及的幾個物理量有電壓、電流、電阻、電功、焦耳熱等，這里主要對電阻、歐姆定律以及焦耳定律進行詳細闡述。

1.電阻。電阻是表示導體對電流阻礙作用大小的物理量，電阻越大，對電流的阻礙作用越大，反映了導體的導電性越差。電阻越小，對電流的阻礙作用越小，同時也反映了導體的導電性越好。電阻是導體自身的基本屬性，跟導體兩端是否有電壓以及電流無關，它只跟導體的長度，橫截面積以及材料的性質有關。從電阻的決定式，可以看出，電阻跟導體的長度成正比，跟橫截面成反比。ρ是導體的電阻率，是由導體材料的性質決定的。

2.歐姆定律。歐姆定律是一個實驗定律，德國物理學家歐姆于1826年提出了通電導體中電壓電流和電阻的數(shù)學關系，表述為在同一電路中，通過某段導體的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比，歐姆定律只適用于純電阻電路，純電阻是指通電情況下，電能全部轉化成熱能的導體。隨著電學的發(fā)展，人們逐漸認識到歐姆定律的重要性，為了紀念歐姆對電磁學的貢獻，物理學界將電阻的單位命名為歐姆，以符號Ω表示。歐姆定律的數(shù)學表達式為，這是歐姆定律的標準形式，而U=IR，兩個表達式是歐姆定律的變形公式，只是一個簡單的數(shù)學變換，其本質和歐姆定律完全不同。對于第二個計算式，類比于電阻的決定式，前者揭示了導體兩端電流、電壓和電阻之間的數(shù)值關系，而后者反映的是導體電阻大小的影響因素。我們可以說，導體的電阻與其長度成正比，與其橫截面積成反比，但不能說與兩端的電壓成正比，與電流成反比。電阻的大小只與導體本身的性質有關，與兩端是否有電壓、電流沒有關系。歐姆定律的變形式只是揭示了在通電電路中，三個物理量之間的數(shù)學關系［1］。

3.電功與焦耳熱。電流通過導體時會產(chǎn)生熱量，叫作電流的熱效應，生活中常見的電熱器都是利用電流的熱效應來產(chǎn)生熱量。英國物理學家焦耳，在大量實驗的基礎上于1841年提出，電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與導體兩端電流的平方成正比，與導體的電阻成正比，與通電時間成正比。焦耳定律是一個實驗定律，對任何導體和電路都適用，其數(shù)學表達式為Q=I2Rt。對于純電阻電路，結合歐姆定律，得到，同樣可以計算焦耳熱。電能可以轉化為其他形式的能量，而實現(xiàn)這種轉化正是通過電流做功，電流做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能量。電流做功的大小與電壓、電流成正比，與通電時間成正比，電功的計算式W=UIt。當電流單位是A，電壓單位是V，時間單位是s，對應電功的單位是J。在通電電路中，電功一定大于等于焦耳熱，因為電流做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能量，而焦耳熱只是多種其他形式能量中的一種，只有當電能全部轉化為熱能時，焦耳熱與電功相等。比如，風扇的工作，電能轉化成了機械能和內部的熱能，而電熱器的工作，則是將電能完全轉化成了熱能。因此，對于純電阻電路，電流所做的功等于焦耳熱，所以電功的計算除了定義式，還有與 W=Q=I2Rt［2］。

總之，物理是理論與實際緊密聯(lián)系的學科，物理的每一個概念和公式都來自生活，是對生活中物理現(xiàn)象和規(guī)律的總結和量化表達。對于初中生而言，他們對抽象概念和公式的理解是片面的、不透徹的，面對抽象的概念公式，學生很容易產(chǎn)生混淆，以致錯誤地使用公式和概念［3］。因此，在公式概念的教學中要充分講解公式和概念的原始定義，結合生活中具體的實例，將抽象的物理概念和實際生活結合起來，讓學生感受到書本上的知識就在身邊，這樣學生對概念公式的理解自然就簡單了。