淺談高中物理矢量概念的建立

2021-02-11 06:02:37王騰

廣東教學報·教育綜合 2021年142期

王騰

【摘要】高一年級的物理教學中，矢量是一個非常重要的概念，它貫穿在整個物理學習中，是學生學習物理的基礎(chǔ)，教師必須抓住各種教學資源，由淺入深地講解好位置、位移、速度、加速度等物理量的矢量性，并結(jié)合生活實際應(yīng)用讓學生深入體會，為今后學習打下牢固基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】矢量;位置坐標;位移;加速度

學生從初中進入高一年級學習物理，物理學習的特點發(fā)生了巨大變化，除了知識量和理解難度上的區(qū)別，更重要的是很多知識點由定性認識到了定量計算，這就帶來了很多認識方法的提升，和解決問題能力的變革，最為突出的就是矢量概念的引入，使得坐標、數(shù)軸具有了更新的意義和廣泛的應(yīng)用，為初中學習過的路程、速度等物理量拓寬了內(nèi)涵，也相繼引入了一大批物理量，比如位移、加速度等等。教學中，由淺入深地講解好位置、位移、速度、加速度等物理量的矢量性，并結(jié)合生活實際應(yīng)用讓學生深入體會，為今后學習打下牢固基礎(chǔ)。

一、位置坐標軸上的矢量性

高中物理必修1《時間和位移》這一節(jié)為我們很好地提供了理解矢量這一概念的素材，就看我們?nèi)绾瓮诰颍孔プ∥恢玫拇_定、位移的計算，位置和位移方向的判斷，來深入體會矢量的意義。

（一）數(shù)形結(jié)合表位移

在以下位置坐標中，設(shè)A地為坐標原點建立位移數(shù)軸，分別設(shè)B地、C地、D地，和E地的位置如下圖。

首先，物體從B地運動到D地，計算位移為ΔX= 4-1=3米。

然后，物體從D地運動到B地，計算位移為ΔX= 1-4=-3米

通過對比，讓學生明白位置變動的大小和方向，既可以通過代數(shù)的方法來表示，也可以通過圖示來反映。

（二）選取負位置的變動來對比位移大小和方向

接下來，將正的位置坐標換為負的位置坐標，拓寬位移的應(yīng)用。例如，物體從E地運動到C地，計算位移為：

ΔX=（-2）-（-5）=3米。這和B地運動到D地的結(jié)果一樣，立即畫出B到D和E到C的位移矢量，讓學生對比為什么負位置和正位置計算位移時結(jié)果一樣，觀察得出本質(zhì)原因是這兩種運動情況的位移大小和方向相同。

緊接著，再舉例：物體從C地運動到E地，計算位移為：

ΔX=（-5）-（-2）=-3米。這和D地運動到B地的結(jié)果一樣，同理。也畫出D到B和C到E的位移矢量，進一步加深位置坐標的大小和正負，與位移大小和方向的區(qū)別。

（三）選取正負位置之間的變動來深入體會位移的矢量性

在以上兩類例子的基礎(chǔ)上，選取負位置的C地和正位置的B地來進行位置變動的舉例：

首先，物體從C地運動到B地，計算位移為：

ΔX=1-（-2） =3米。

然后，物體從B地運動到C地，計算位移為：

ΔX=（-2）-1=-3米

這時，引導(dǎo)學生自主畫出C到B的位移矢量，讓學生用C到B的位置矢量和E到C，以及B到D對比矢量圖和代數(shù)計算結(jié)果，自然容易得到只要位置變動的大小和方向相同，則位移就相同。同理，也可以讓學生用B到C的位置矢量和C到E，以及D到B對比矢量圖和代數(shù)計算結(jié)果，得出位移的大小和方向不受正負位置的影響。從而，更牢固的建立了位移概念，也清晰地理解了位移的矢量性。

二、用矢量概念理解速度改變的快慢和方向

要能夠清楚并牢固的建立起加速度的概念，必須狠狠地抓住加速度的矢量性，這一點，在高中物理必修1《速度變化快慢的描述-加速度》一節(jié)教材中，有突出的體現(xiàn)。深入挖掘教材，組織教學，解決好以下問題：

（一）加速度是什么

明確物體加速或者減速的原因是獲得了加速度，而加速度是物體速度的變化量與所用時間的比值，它反映了速度變化的快慢。

（二）速度增減的秘密

強化了引入加速度的意義后，牢牢的把握住加速度的方向就是速度變化量的方向，那么，速度要增加，必須初速和加速度方向一致;速度要減小，必須初速和加速度方向相反;加速度方向與速度方向的關(guān)系是速度增減的唯一判據(jù)。

（三）加速度矢量大小和方向的辨別

首先，加速度的大小表示了每秒內(nèi)速度變化量的大小，加速度的值大表示速度變化快，加速度的值小表示速度變化慢。加速度的值恒定不變表示運動物體的速度是均勻變化的，加速度的值增大表示速度變化越來越快，加速度的值減小表示速度變化越來越慢。

然后，清楚地辨別加速度的方向和速度方向的關(guān)系，才是判斷運動物體速度增減的關(guān)鍵。

三、結(jié)語

以上著重用位移、加速度概念的建立和應(yīng)用，來闡述矢量概念的建立在高中物理學習中的意義和重要性。

【本文系廣東教育學會學校特色教育專業(yè)委員會個人課題“基于核心素養(yǎng)的高中物理結(jié)題策略研究”成果（課題編號：GDTSKL）】