物理实验教学中学生思维能力的培养

来源:用户上传      作者:

　　物理实验思想的教育是实验教学的重要一环,其中较为常用的思维方法是转换思想。它是当事物的发展遇到某种障碍时,将复杂的、困难的或未曾见过的事情转换成简单的、容易的或已经解决过的事情的一种思维方法,是解决问题的一种重要策略,灵活运用便可“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。
　　在做物理实验时,有的现象是不易用肉眼直接观察到的,为此我们要转换思想。如在做“探究形变与弹力的关系”实验时,利用在玻璃瓶的塞子上插入一根细长玻璃管,用手挤压玻璃瓶外壁,把玻璃瓶壁的微小形变转换成玻璃瓶容积的微小变化,再利用水的流动性,转换为玻璃管中水面高度的变化。玻璃管很细,原来不易观察的瓶壁微小形变被“转换”、“放大”为容易观察的显著变化。类似这样的还有将金属丝在铅笔上紧密排绕若干圈测金属丝直径,利用多张纸厚度测一张纸厚度等。物理学史上引力常量的测量更是充分利用了这种转换,牛顿发现万有引力定律之后的100年内,一直没有人能在实验室内验证它,那是因为普通的两个物体之间的引力实在太小了,无法显示出来。为了解决这个问题,卡文迪许通过转换思想,设计出了扭秤装置,巧妙地将力的测量转换成力矩的测量,而力矩的大小正比于石英丝上的转动角度,这种转动的角度又转换成光点的移动,即力→力矩→扭丝偏角→光标位移。通过三次变换,就使微小力的测量成为可能。
　　与“转换――放大”思想相反的缩小思想也是被我们经常用到的。如利用被测物和参照物及其阳光下的影子组成相似图形,通过它们之间的比例关系求出被测物的高度。还有我们要测一大体积物体密度可取相同材料的一小块进行测量。历史上的“曹冲称象”就是将“大”物体分割成一块块石头这样的“小”物体来测量的。
　　用被作用的中介物来显示作用物的现象(性质),是物理实验中转换思想的一种运用。如分子是在不停的做无规则运动,可我们是观察不到的,而布郎运动就是通过花粉的无规则运动反映了分子的无规则运动,我们直接观察不到的分子运动,可以经过被作用的中介物――花粉微粒而显示出来,从而为推断分子运动的情况提供了事实依据。另外我们可以通过小磁针的偏转来研究看不见摸不着的磁场,利用α散射结果研究原子的结构、威尔逊云室观察粒子运动径迹都是运用这种思想。
　　不易测量的物理量转换成比较容易测量的量也经常在物理中用到。如动量守恒试验中,必须测量而又不便测量的量是入射小球和被碰小球碰撞前后的速度,我们就转换角度利用平抛的物体在水平方向做匀速直线运动,只要下落的高度相同,它们飞行的时间就相同。这样,水平飞出的速度与其飞出的水平距离成正比,只要测出小球飞出的水平距离,就可以用转换的思想得到我们要测量的小球的速度了,水平位移和速度有关系,就把不方便测量的速度变成非常好测量的长度。再如牛顿第二定律的实验比较加速度转为比较位移,测弹簧枪的势能转为测弹出小球的动能都是这种思想。历史上阿基米德测皇冠也是我们熟知的故事,测和皇冠质量相同的黄金的体积从而判断皇冠是不是真的也是一种转换测量的方法。还有化曲为直法利用棉线测弯曲的物体长度、弧长等较方便。
　　对于一些不易测量的物理量我们可以从另外一个角度计算。比如地球的质量,我们无法去测量,但我们可以利用万有引力的知识去计算它,对于一些天体的质量、温度、压强其实都是我们利用已有的知识计算的,人们不可能直接去测量。
　　在实验数据处理上,我们的思想有时候也要转换才会使结果更简洁明了。验证牛顿第二定律力一定的情况下,质量和加速度成反比,如果处理数据时以质量和加速度分别作为坐标轴,得到是一个双曲线,但不能从图象上直接看出它们就是反比关系。但我们如果以质量为纵轴,加速度的倒数为横轴,就得到一个正比例函数,也就是一条直线,这就显而易见得到这两个物理量的关系了。
　　物理学史告诉我们,每一次物理学上的重大发现,往往伴随着实验思想的重大突破。物理实验大师的那些深刻的设计思想、精巧的实验方法,是人类认识未知世界的锐利武器和宝贵财富。因此,我们面对物理教材中多种多样的实验素材,无论是演示实验还是学生分组实验,都应该努力提取其蕴含的丰富的实验思想,深入解剖,充分开发它们的教学功能,转换思想就是其中之一,使这种思想深入到学生的思维思想中,对他们以后的学习和智力的培养都将起到很大的作用。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-930766.htm