數字體驗在高中物理教學中的應用

唐王雅斌

(福建省漳州市第三中學 363000)

新高考改革更加關注教學模式和方法的轉變，除了提倡觀察、實驗等探究新知的主要方式外，在講授重難點的課堂教學中，利用數字幫助學生理解體驗的教學方法也是一種重要的方式.筆者認為利用這些數字可以使抽象的物理變得直觀，苦悶的物理變得有趣，能夠進一步啟迪學生的智慧，幫助學生建構一套生活化、實用化的物理知識體系.

一、在物理概念教學中化抽象為具體

概念在物理教學中具有舉足輕重的地位，重要的物理概念大都貫穿于整個高中物理體系，概念掌握的好壞又將影響到后續的學習.然而高中的物理概念多表述成文字或抽象表達式，少用具體的數據，學生一接觸概念都較不適應，我們可以借助設置一些合理的數字，讓學生逐步理解物理概念.

例1學生對“加速度”這個入門概念感到抽象，很難正確的理解.為使學生能盡快適應，可以在新授課時，把加速度概念的文字表述進行轉換，賦予具體的數字來引入教學.如：汽車的啟動性能是汽車性能的主要技術指標之一，我們通過一系列數字來了解一下汽車的啟動性能.

車型初始狀態末狀態經歷時間跑車靜止28m/s5s轎車靜止28m/s12s重型卡車靜止20 m/s12s

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

二、在物理規律教學中化深奧為直觀

在教學過程中，有些物理規律在教材中沒有深入討論，如果只用字母符號推導和說明，學生往往感到迷茫.我們不妨把字母賦予數字，讓深奧的規律先直觀明了起來再加以學習總結.

如果要把衛星送到更高的圓軌道Ⅲ，火箭運送衛星由O點加速到P點的速度就要更大，假設到P點的速度v2=10 km/s，則衛星需要的向心力大于萬有引力，要發生離心運動，即第一次變軌.

如果在Q點火箭不再加速，衛星將按橢圓軌道由Q點到P點加速回來，到P點速度仍為10 km/s；如果在Q點火箭突然加速，短時間內衛星速度由3km/s增大到v3=5km/s (圓軌道Ⅲ的假設的環繞速度5km/s要符合“越高越慢”規律)，完成第二次變軌，從Q點進入半徑較大的圓軌道Ⅲ.

通過賦予幾個簡單的數字基本可以把衛星變軌問題生動、直觀地講清楚了.學生同時也理解了為何“第一宇宙速度”是最小發射速度，假設在P點的速度比10 km/s還大，衛星就會沖向更高的軌道.當然，發射速度超過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，簡單的數字之間蘊含著深刻的物理原理，在賦予數字時可能不是很精確，但不能犯科學性的錯誤.

三、在物理實驗教學中化理性為感性

高中物理實驗原理通常用物理符號進行解釋，教師的教學采用傳授式的居多，學生往往不知所以然而被動接受、機械地記憶，我們也可將符號轉換為數字，從本質上去理解和體驗實驗原理.

例3半偏法測電流表的內阻的原理及誤差分析：如圖2所示為測量電流表G的內阻Rg的電路，R1為滑動變阻器，R2為電阻箱，設電流表G滿偏電流為Ig，電源電動勢為E，內阻不計.

數字體驗一設Ig=100μA、Rg約100Ω、滑動變阻器R1最大阻值為200Ω.(1)閉合S1，調節R1，使電流表滿偏為100μA，假設此時R1=100Ω.(2)閉合S2，保持滑動變阻器滑片位置不變，調節電阻箱，使電流表半偏為50μA，然后讀出電阻箱的示數R2，R2就是電流表的內阻的測量值，即認為Rg=R2.

由于R2與Rg并聯后R并約50Ω，電路總電阻由原來的Rg+R1=(100+100)Ω=200Ω變為R并+R1=(50+100)Ω=150Ω，可見并聯了R2，導致總電阻減小.如圖3，由歐姆定律得總電流由原來的100μA增大到約130μA，總電流增加幅度較大，根據電流表半偏為50μA，分流可得經過R2的電流約80μA，可得R2

數字體驗二設Ig=100μA、Rg約100Ω、滑動變阻器R1最大阻值為20KΩ.閉合S1，調節R1，使電流表滿偏為100μA，假設此時R1=10KΩ.閉合S2，保持R1不變，調節電阻箱，使電流表半偏為50μA，讀出電阻箱的示數R2.

由于R2與Rg并聯后R并約50Ω，電路總電阻由原來的Rg+R1=(100+10K)Ω=10.1KΩ變為R并+R1=(50+10K)Ω=10.05KΩ，可見并聯了R2，總電阻仍減小，但減少量相對于總阻來說是很小的.如圖4，由歐姆定律得總電流由原來的100μA增大到約100.5μA，總電流增加幅度微小，根據電流表半偏為50μA，分流可得經過R2的電流約50.5μA，仍可得R2

綜上，為保證總電流盡量穩定，電路的總電阻應由滑動變阻器R1來主導，R1越大，R2的并聯對電路的影響就越小.故R1越大越好，同時為保證電流表滿偏，R1越大，電源電動勢E也相應選較大的.有了這些數字，學生可以把枯燥的理論的轉化為形象感性的認識，學習興趣自然得到提升.

四、在物理習題教學中化疑難為簡便

在習題教學中，會遇到求一個物理量與其它量的關系或動態變化規律的問題，若采用常規解法出現過程繁瑣、計算費時.我們可以在條件允許的范圍內，將題目涉及的某一物理量巧妙地用具體的數字代入，模糊問題定量化，即可通過簡單分析判斷迅速得出結果.

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

代入數字解析由于重物向右上方緩慢拉起，故該過程動態平衡，任何一個位置，繩上面的M點所受合力為零.如圖6，若物體重力為mg，不妨假設OM和MN之間的夾角α為 120°.

位置1：OM方向豎直時，即初始位置，此時FMN1=0，FOM1=mg；

位置2：MN拉到水平時，FMN2與FOM2的合力與重力平衡，由三角函數得

由此可得FMN1FOM3，即FMN逐漸增大，FOM先增大后減小，故本題正確選項為AD.

總之，我們可以通過數字來透視物理現象，感受物理變化，變純理論解釋為具體的數字演繹，體驗物理的科學思維方法.需要注意的是引用的數字的合理性，對于物理條件所制約的物理量的取值要慎重，既能準確客觀的反映物理事實，又有較強的說服力，以期提高物理教學的有效性.