高中物理的“矢量”概念、“矢量运算法则”及“矢量方程的运用”,无论从物理概念的严谨性,还是灵活运用物理规律分析解决问题的能力要求方面都是学生从初中物理向高中物理要跨越的一大“障碍”,也是学生将来进一步学习大学物理所必须具备的基础知识.因此,“矢量”教学是高中物理的重点和难点之一.笔者根据新编高中物理和数学教材的特点,实施学科渗透,作了如下的尝试:
一、加强对矢量表示符号的标记,给予学生强烈的识记情景,并与数学中向量表示相统一
现行物理教材,对矢量和标量的表示符号无对比差异,这是一种缺陷.它一方面给学生对矢量和标量的识记带来困难,如位移和路程都用S表示,速度和速率都用v表示,这给学在视觉上容易造成一种错觉,两个物理量能用一个符号来表示,且物理意义相近,不会有多大的差别.另一方面给学生对矢量方程的理解和识记带来困难,如动量定理I=Ft=mv2-mv1中的“=”的物理意义,老师强调了许多遍,但学生在运用时仍然感到困难.只知道运用它来求力、速度、初动量、末动量的大小,而要判断方向时就很困难.如在水平地面上方的某一高处,以水平速度V抛出一个物体,与此同时另有一个质量相同的物体自由下落,不计空气阻力,当两物体落地时,两物体的动量变化是否相同?求平抛物体的动量变化,即动量变化的大小和方向如何确定?对于这些问题,许多学生感到无从着手,在纸上画了许多示意图,但无法求出动量变化大小和方向.出现这种情况主要是由于学生把动量定理完全看成代数方程,没有把方程中的“=”看成矢量相等.且现行教材对矢量的运算也只限于一维,即速度方向在同一直线上,对不在同一直线上的矢量运算,训练很少,学生感到陌生.因此笔者在教学过程中要学生用红笔把教材中的矢量都加上箭号,如动量定理:等.这样学生在应用这些规律时都能准确的理解矢量和标量的区别,对矢量运算和矢量方程能做到眼到、手到、心到.这一做法也与数学中向量的表示法相统一.
二、利用高中数学中平面向量的知识,增加“矢量及其运算规律”的知识深度,使矢量教学登上一个新台阶
现行物理教材中关于“矢量运算法则”和“矢量方程”都降低难度,如矢量的运算都限于在同一条直线上,并都是把矢量运算转化为标量的运算.笔者认为这是在分散知识的系统性和普遍性的基础之上的降低难度.学生也学得比较模糊,因为整个高中的矢量教学中除力矢量运用“矢量运算法则”外,其他几乎没有涉及“矢量运算法则”的应用.因此现行物理教材对矢量及其运算规律在内容上深度不够.笔者在教学中利用现行高中数学第五章平面向量的知识,尝试学科间的渗透,使学生对矢量的认识上升到一个新的高度,也为学生将来学习大学物理夯实了基础.
现行高中数学的内容有了较大的调整,增设了“向量”一章的内容,这给中学物理教师的矢量教学铺平了道路.很显然,向量在物理学上就是矢量.可是高中数学中“平面向量”的内容稍滞后于高中物理的“矢量”教学,笔者在教学中适当调整两者的时间差,实行学科合理渗透,使矢量的教与学自然流畅.例如,笔者在讲过动能定理这一节内容后,安排了两个课时.第一个课时,我借助平面的向量中实数与向量的积。
(1)速度是矢量,动量也是矢量,动量的方向与速度的方向必然一致,而动能同样涉及质量和速度,却是一个标量。因为是标量,故动量是标量。
(2)同样力是矢量那么冲量必然是矢量;而功却是标量,因为
是标量。
(3)对于做功的第二个要素──物体在力的方向上发生的位移,从向量角度看实质上是物体的位移在力的方向上的投影,或物体所受的力在位移方向上的投影,因而功等于作用在物体上的力与物体的位移的标积。在第二个课时,我借助平面向量的运算法则,强化了加速度,动量定理
,动量守恒定律
的矢量特征。由于我的大胆尝试,学生对矢量的识记能力及矢量方程的运用能力大大提高,同时又使学生夯实了数学中平面向量的知识。我想这对于学生今后的物理学习将会有很大的帮助。
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