淺談平衡思想 提高學(xué)習(xí)成效

李柏青

摘要：科學(xué)平衡教學(xué)是初中教學(xué)的難點(diǎn)，在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)滲透平衡思想可化繁為簡(jiǎn)，同時(shí)可讓學(xué)生感悟自然科學(xué)與其他學(xué)科的相互滲透，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，有效提高學(xué)生解決科學(xué)問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：平衡? ?學(xué)習(xí) 成效

中圖分類(lèi)號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

利用科學(xué)、現(xiàn)實(shí)生活與其他學(xué)科中的素材理解科學(xué)平衡的內(nèi)涵，并感受客觀世界存在的有關(guān)平衡現(xiàn)象，科學(xué)是一門(mén)綜合學(xué)科，尋找生命科學(xué)中蘊(yùn)含“平衡”思想的知識(shí)點(diǎn)，比如體溫恒定、水鹽平衡、血糖平衡、生態(tài)系統(tǒng)平衡、碳氧平衡。探究化學(xué)知識(shí)中包含平衡思想，飽和溶液中的平衡，化學(xué)反應(yīng)中的平衡。阿基米德潛心研究了杠桿這個(gè)現(xiàn)象并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理，杠桿平衡條件中科學(xué)與數(shù)學(xué)相互滲透.在日常的教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從變化、聯(lián)系、矛盾的角度去觀察、認(rèn)識(shí)、理解、解決科學(xué)問(wèn)題，充分利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和背景知識(shí)，理解科學(xué)中的平衡知識(shí)并綜合分析解決相應(yīng)問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)成效.

一、善于認(rèn)識(shí)問(wèn)題，尋找平衡

尋找初中科學(xué)運(yùn)用到平衡思想的知識(shí)點(diǎn)①明確平衡狀態(tài)下的現(xiàn)象②指出影響平衡的因素③有沒(méi)有具體調(diào)節(jié)平衡的方法。例如：碳酸是一種不穩(wěn)定的弱酸，易分解為二氧化碳和水，那么久置的碳酸是否會(huì)完全分解變成水呢？實(shí)驗(yàn)室測(cè)得了碳酸PH值與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。尋找碳酸分解背后的“平衡”，二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，同時(shí)碳酸分解成水和二氧化碳，兩者速率相同，PH值維持恒定。

右圖是氣球從升空到達(dá)最高點(diǎn)這一過(guò)程的速度-高度關(guān)系圖，請(qǐng)你作出推測(cè)氣球在升空過(guò)程中哪一種因素對(duì)浮力的影響更大？并說(shuō)明理由。先推測(cè)運(yùn)動(dòng)軌跡，氣球會(huì)上升至高于平衡高度，之后下降到平衡高度以下，如此在平衡高度上下波動(dòng)，最終靜止在平衡高度。

再分析原因，氣球升空后重力不變，浮力改變，浮力變化受空氣氣壓和空氣密度兩個(gè)因素的影響。其中空氣密度影響效果更大，即高度越高，空氣密度越小，浮力越小。氣球升空未到平衡高度時(shí)，由于F>G，氣球會(huì)加速上升，但由于高度增大空氣密度變小，浮力不斷減小，使上升時(shí)的加速度降低。當(dāng)氣球上升至平衡高度時(shí)，F(xiàn)=G，由于慣性氣球會(huì)繼續(xù)上升一段距離，此時(shí)由于高度繼續(xù)升高，空氣密度減小，浮力變小，使F<G，合力向下，使氣球減速，直到速度為零后開(kāi)始向下做加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣球下降至平衡高度時(shí)，F(xiàn)=G，由于慣性氣球會(huì)繼續(xù)下降一段距離，此時(shí)由于高度降低，空氣密度減大，浮力變大，使F>G，合力向上，使氣球減速，直到速度為零后開(kāi)始向上做加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)條件改變時(shí)，有利于或更有利于其中的一方而使其成為平衡的主要方面，平衡產(chǎn)生移動(dòng)，在新的條件下，雙方勢(shì)力再次一致而達(dá)成新的平衡。

二、運(yùn)用學(xué)科聯(lián)系的知識(shí)去分析平衡

聯(lián)系，是指一切事物、現(xiàn)象之間及其內(nèi)部諸要素之間的相互影響，相互作用和相互制約。各學(xué)科的知識(shí)是相輔相成的，它們之間存在著密切的聯(lián)系，認(rèn)清問(wèn)題的本質(zhì)，避免孤立、片面地看待平衡問(wèn)題，進(jìn)而形成系統(tǒng)方法論，建立起完善的平衡思維。

（一）、杠桿的中的力臂及函數(shù)關(guān)系

1.畫(huà)力臂的方法是：（1）辨認(rèn)杠桿;（2）先找支點(diǎn)O;（3）畫(huà)出動(dòng)力和阻力;（4）畫(huà)出力的作用線;（5）過(guò)支點(diǎn)0作力的作用線的垂直線段L，即為力臂。如下圖（1）

2力臂：過(guò)支點(diǎn)做力作用線的垂線就是數(shù)學(xué)中的點(diǎn)到線的距離。

3.杠桿的平衡條件公式 F1L1=F2L2 、 ， 動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，動(dòng)力就是阻力的幾分之一，存在著反比例關(guān)系，反比例函數(shù)本身在日常生活和生產(chǎn)中也有著許多直接應(yīng)用。

（二）、現(xiàn)實(shí)生活中杠桿原理和數(shù)學(xué)計(jì)算的關(guān)系

如圖（2）所示，A和B為由銅和鐵制成的實(shí)心球，它們的體積相同，此時(shí)杠桿恰好水平平衡，若將它們同時(shí)浸沒(méi)水中則--------（? ? ?）

A、杠桿仍然保持平衡 B、杠桿不能平衡A下沉

C、杠桿不能保持平衡B下沉 D、無(wú)法確定

解析? 本題先說(shuō)明杠桿水平平衡，則F銅L1=F鐵L2，L2> L1，根據(jù)銅、鐵球的體積相同，浸沒(méi)水中后，受到的浮力相等，相當(dāng)于支點(diǎn)兩邊各減去一個(gè)相同的力，則（F銅-F?。㎜1>（F鐵-F?。㎜2，故選B，結(jié)合了不等式的計(jì)算方法。

（三）、提高題中的杠桿平衡條件與數(shù)學(xué)相互滲透

《杠桿平衡條件》是歷屆科學(xué)選拔命題中的重點(diǎn)之一，它往往與數(shù)學(xué)等知識(shí)相結(jié)合，綜合性很強(qiáng)，考查運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決科學(xué)問(wèn)題的能力，現(xiàn)舉例如下。

如右圖所示，均勻桿AB長(zhǎng)為L(zhǎng)，可以繞轉(zhuǎn)軸A點(diǎn)在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在A點(diǎn)正上方距離L處固定一個(gè)定滑輪，細(xì)繩通過(guò)定滑輪與桿的另一端B相連，并將桿從水平位置緩慢向上拉起，已知桿水平時(shí)，細(xì)繩的拉力為T(mén)1，當(dāng)桿與水平面的夾角為30°時(shí)，細(xì)繩的拉力為T(mén)2，則T1∶T2是

A.2∶1? ? B.? 2∶1? ? C. 3∶1? ? D.? 1∶1。

解析 本題考查杠桿平衡條件與三角函數(shù)相結(jié)合來(lái)解決科學(xué)題。當(dāng)桿在水平時(shí)，細(xì)繩的拉力為 T1，拉力的力臂為L(zhǎng)1=Lcos45°，杠受到重力為G，重力的力臂為L(zhǎng)2=L/2，則以A點(diǎn)為支點(diǎn)，根據(jù)杠桿平衡條件： T1 Lcos45°=G L/2，T1=2G/2;當(dāng)桿與水平面的夾角為30°時(shí)，細(xì)繩的拉力為 T2，拉力的力臂為L(zhǎng)1=Lcos30°，杠受到重力為G，重力的力臂為L(zhǎng)2=Lcos30°/2，則以A點(diǎn)為支點(diǎn)，根據(jù)杠桿平衡條件： T2Lcos30°=G Lcos30°/2，T2= G /2。因此T1∶ T2=2∶1。故正確選項(xiàng)為 A 。

淵博的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通有利于問(wèn)題的解決，我們應(yīng)該深刻認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)和科學(xué)是相互滲透，密切聯(lián)系的，科學(xué)中的杠桿平衡條件離不開(kāi)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，只有把它們結(jié)合起來(lái)綜合使用，不但可以解決日常生活中的一般問(wèn)題，而且還可以分析處理生產(chǎn)、科技中的疑難問(wèn)題，從而為人類(lèi)服務(wù)。

三、用矛盾的思想去解決理解“平衡”

所謂的平衡指一個(gè)整體的各部分在質(zhì)量程度或其它方面處于均等或大致均等狀態(tài)。平衡是相互對(duì)立的矛盾的暫時(shí)的統(tǒng)一，在絕對(duì)的永恒的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中存在相對(duì)暫時(shí)的靜止和平衡，平衡是相對(duì)的;不平衡是絕對(duì)的、永恒的，一切平衡都是特定運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡。為應(yīng)對(duì)氣候變化，我國(guó)提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”等莊嚴(yán)的目標(biāo)承諾。這里就存在碳的吸收量與碳的排放量的動(dòng)態(tài)平衡。

排放>吸收? 排放=吸收? ? 排放<吸收

不同物質(zhì)相互之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)既相互聯(lián)系，又不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程。當(dāng)反應(yīng)物本身和外界反應(yīng)條件發(fā)生變化時(shí).化學(xué)反應(yīng)的速率也發(fā)生了相應(yīng)的變化，在化學(xué)反應(yīng)速率變化的同時(shí)，反應(yīng)物本身和一些反應(yīng)條件隨之亦發(fā)生變化。

以上對(duì)科學(xué)課本中部分所蘊(yùn)含的平衡內(nèi)容進(jìn)行了討論，不僅可以幫助學(xué)生正確理解抽象的科學(xué)理論，把握微妙的變化關(guān)系，進(jìn)而可以讓學(xué)生感悟科學(xué)與各學(xué)科的相互滲透、融會(huì)貫通，使學(xué)生學(xué)會(huì)并自覺(jué)地用辨證的觀點(diǎn)看待科學(xué)問(wèn)題，善于從學(xué)科思想的角度去審視看起來(lái)很平常的、紛雜的科學(xué)現(xiàn)象，在規(guī)律上加以提煉和升華，不斷提高學(xué)習(xí)效率，收獲學(xué)習(xí)成果。

參考文獻(xiàn)

1.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)科學(xué)教科書(shū)

2. 錢(qián)承之，化學(xué)教學(xué)中的辯證法幾例

2. 浙江省9-11屆科學(xué)選拔試卷以及近幾年中考模擬題等。