歐姆定律的實質范文

導語：如何才能寫好一篇歐姆定律的實質，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：物理定律；教學方法；多種多樣

關鍵詞：是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意：首先要明確、掌握有關物理概念，再通過實驗歸納出結論，或在實驗的基礎上進行邏輯推理（如牛頓第一定律）。有些物理量的定義式與定律的表式相同，就必須加以區別（如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R＝U/I），且要弄清相關的物理定律之間的關系，還要明確定律的適用條件和范圍。

（1）牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法，回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識；培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確：牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態，不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義，引入了慣性的概念，是研究整個力學的出發點，不能把它當作第二定律的特例；慣性質量不是狀態量，也不是過程量，更不是一種力。慣性是物體的屬性，不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時，應使學生理解和使用常用的措詞：“物體因慣性要保持原來的運動狀態，所以……”。教師還應該明確，牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系，但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時，常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。

（2）牛頓第二定律在第一定律的基礎上，從物體在外力作用下，它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達：物體的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意：公式F＝Kma中，比例系數K不是在任何情況下都等于1；a隨F改變存在著瞬時關系；牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系，以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。

（3）萬有引力定律教學時應注意：①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程，卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗，海王星、冥王星的發現等物理學史料，對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比（平方反比定律），減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式，只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上，也發現了它的局限性。

（4）機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結出來，因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理，在外力和非保守內力都不作功或所作的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化，就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量，用它來解決問題時，就可以不涉及狀態變化的復雜過程（過程量被消去），使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件（只有系統內部的重力和彈力做功）。這個定律不適用的問題，可以利用動能定理或功能原理解決。（5）動量守恒定律歷史上，牛頓第二定律是以F＝dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來，主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相，就目前中學的實驗條件來說，多數難以做到。即使做得到，要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出，再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律，也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題，相互作用的物體的所有動量都在一條直線上，所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤，應該使他們明確，在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化，表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量，使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用，就沒有守恒問題。在解決實際問題時，如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大，就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用，系統中有多少物體在相互作用，相互作用的形式如何，只要系統不受外力的作用（或某一方向上不受外力的作用），動量守恒定律都是適用的。

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一、電磁學的發展歷程

人類很早就認識了磁現象和電現象，我國在戰國末期就發現了磁鐵礦吸引鐵的現象，在東漢初期就有帶電的琥珀吸引輕小物體的記載。但是，人類對電磁現象的系統研究，卻是在歐洲文藝復興之后開展起來的，到19世紀才建立了完整的電磁學理論。在電磁學發展過程中，涌現了無數科學家通過科學假說、實驗驗證、理論分析等研究過程，一步步對自然規律進行揭示。其中比較典型的有：1785年庫侖定律的發現，使電學進入了定量研究階段，真正成為一門科學；1820年奧斯特電流磁效應的發現，揭示了電流能夠產生磁場；1821年安培的分子電流假說，揭示了磁現象的電本質；1831年法拉第電磁感應定律的發現，進一步揭示了電和磁的密切聯系；19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象成果的基礎上，建立了完整的電磁場理論，并成功預言了電磁波的存在，1888年赫茲的實驗證實了麥克斯韋的電磁場理論，從而電磁學發展到了頂峰。

二、電磁學的知識結構和知識規律

1.知識結構

2.知識規律

“電場”一章是學好電磁學的基礎和關鍵，基本概念多，且抽象，如電場強度、電場線、電勢和電勢能等。教材從電荷在電場中受力和電場力做功兩個角度研究電場的基本性質，許多知識要在力學知識的基礎上學習。

“恒定電流”一章是在初中基礎上的充實、擴展和提高，重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律，電路的等效處理方法和實驗的設計是本章的重點。

“磁場”一章闡明了磁與電的統一性，用研究電場的方法進行類比，可較好地解決磁場和磁感強度的概念。由安培力導出洛侖茲力，由洛侖茲力導出帶電粒子在勻強磁場中的運動規律等，因此，分析推理是本章的特點。

“電磁感應”一章的重要物理規律是法拉第電磁感應定律和愣次定理，這部分知識中，能量守恒定律是將各知識點串起來的主線。由于楞次定律較抽象，要通過實驗進行分析、歸納，需加強學生的抽象思維能力。

“交變電流”和“電磁波”是在電場和磁場基礎上結合電磁感應的理論和實踐。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律，同時也把波動理論從機械波推到電磁波，從而對物質的波動性的認識提高了一步。

三、電磁學的研究方式：“場”和“路”

電荷周圍存在電場，每個帶電粒子都被電場包圍著，運動電荷的周圍除了電場還存在磁場，磁體的周圍也存在磁場。現在的科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點，并證明了電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在，電磁場是物質的一種形式，是物質相互作用的特殊方式，也是電磁運動的實質。教材中以場為主線，主要有電場、磁場和電磁場。電場強度和電勢是描述電場性質的兩個重要物理量。磁感強度是描述磁場性質的重要物理量。電磁感應規律是反映電場和磁場間密切聯系的一種物理現象。麥克斯韋從理論上指出了變化的電場和磁場總是相互聯系的，一個不可分割的統一體，這就是電磁場。庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律為建立麥克斯韋理論，提供了基礎和實驗規律。

電路知識具有廣泛的實用價值，以路為主線，主要有直流電路、交流電路（包括振蕩電路）。歐姆定律是從實驗中總結出來的一條重要規律，是解決電路問題的重要依據。要會分析電路的連接方式（串聯或并聯）及等效處理方法，電功和電功率的計算，不僅能解決直流電路問題，還可以解決交流電路的問題。

四、電磁學問題的解決途徑：“力”和“能”

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例1如圖1所示，電源電壓保持不變，當滑動變阻器的滑片在某兩點間滑動時，電壓表的示數在7.2V～10V范圍內變化，電流表的示數在0.2A～0.48A范圍內變化，求電源電壓U和定值電阻R1的值。

分析電路在兩種狀態下，電流表、電壓表示數的對應關系不能搞錯。當電流小時，R1兩端電壓小，R2兩端電壓大，此時R2阻值也大。因此，當電壓表示數是10V時，電流表示數是0.2A。

一、解題方法比較

大多數同學習慣從整體上用歐姆定律公式解題，即將三個基本量合用于一個式子。

（一）列方程組法

在此題目中，無法找到“同一狀態”下，與所求量U或R1在同一段電路中對應的另兩個量的具本數值，由此想到用列方程組的方法解之。

建立方程組就是利用一定的關系，在不同狀態下將所求量與對應的已知量組織在一起。下面是幾種列方程組的方法。

1.表示電路中不變的量。

不管滑片如何滑動，引起怎樣的變化，在電路中總存在著不變的量（往往就是所求的量），可用變化的量表示這些不變的量。

（1）電阻器R1的阻值不變

（2）電源電壓U不變

②U=0.2R1+10U=0.48R1+7.2

2.利用電路中不變的關系。

不變的關系就是電路三個基本物理量間的關系，根據電路的特點和方程中應包括所求量的要求，建立方程組有以下三種方法。

（1）電阻關系。

在串聯電路中電阻的關系是：R=R1+R2，為了簡化方程組，可先計算出變阻器在兩種狀態下的阻值（用電壓表和電流表對應的示數計算，分別是50Ω和15Ω）。

（2）電流關系。

在串聯電路中電流處相等，即I=I1=I2。但在本題中只需用與所求量有關的部分，即I=I1。R2的阻值可先求出。

（3）電壓關系。

在串聯電路中電壓的關系是：U=U1+U2，建立的方程組與方程組②相同。

3.表示已知量。

用所求量表示已知量的數值，可將它們組織在一起，從而建立方程組。

（1）表示電流

（2）表示電壓

⑥7.2=U-0.48R110=U-0.2R1

由上可知，列方程組的方法很多，列出的方程組形式各異，但每個方程組都可通過數學變形而相通。但解方程組②和⑥要簡單一些，因其與另外幾個方程組相比，可省去去分母的麻煩。

（二）比例法。

克服思維定勢的影響，若將歐姆定律分而用之，即分別利用其中的兩個比例關系，反而能更好地體現定律的實質，使解題過程更簡潔。

1.電壓相同時，電流與電阻成反比。

利用這一反比例關系，一定要注意其前提條件是“電壓相同”。分析題意知，電路中只有電源電壓（即總電壓）不變，因而電流應與總電阻成反比。可先用對應電壓、電流值求出R2的阻值。

2.電阻相同時，電流與電壓成正比。

同樣，利用這一正比例關系，也要注意其前提條件：電阻相同。由題意知，電路中只有定值電阻R1的阻值不變，因而可用“R1中電流與R1兩端電壓成正比”例方程。

（三）比差法。

在比例法的基礎上，能不能再次“由分到合”是很多同學思考的問題。能否由歐姆定律整體使用而求解呢？

仔細推敲歐姆定律內容：當電阻不變時，電流與電壓成正比。當電壓發生變化時，電流發生相同比例的變化。即電壓的差值與電流差值的比值（導體的電阻）是不變的，以下面推導佐證之。

因此，可以用比差法――電壓差值和電流差值的比，求出定值電阻，繼而求出其他相關量。實際的電路問題，基本上是通過改變開關的狀態，或滑動變阻器滑片的位置來改變電阻，從而改變某部分電路的電壓和電流，故此方法適用性較強。

本題中電路僅分成兩部分，一部分電壓增大值就是另一部分電壓的減少值，即ΔU1=ΔU2。

縱觀三類方法的解題過程，一般來說，比差法較為簡潔，為首選方法，其次是比例法，再次是列方程組法。

但它們的理解難度則依次降低，運用比差法則還需經過簡單的推導。但我們應不惜“多費一些功夫”，努力理解和使用簡單方法，因為我們都懂得“磨刀不誤砍柴功”的道理。

二、巧用條件，善用“比”的形式解題

運用“比”的方法解題，可省去很多解方程組的繁瑣步驟，提高解題速度。只要巧妙利用問題中的條件，大多數這類問題中構造“比”式是比較容易的。

例2如圖2所示，電源電壓保持不變，當滑動變阻器的滑片P滑至a端時，電流表的示數是0.6A，當滑片P滑至b端時，電壓表的示數是6V，R2的最大阻值是30Ω，求電源電壓U和定值電阻R1的值。

分析只要著意從“比”式入手，便可知曉題中條件的應用方法。

1.比例法。

需先計算出滑片P滑至b端時的電流值：

以下可用兩種比例關系解題：

2.比差法。

需計算出通過定值電阻R1的電流變化值及兩端電壓變化值。

ΔI=I-I′=0.6A-0.2A=0.4A。

ΔU=U-（U-U2）=U2=6V。

善于用“比”的形式解題，但不是說每一個問題都一定要用這個方法，因為我們需要通過一定的過程來構造“比”式。若能根據一定關系，直接利用已知條件，列出簡單的方程組（如例1中②和⑥方程組），也不失為好方法。

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一、電磁學教材的整體結構

電磁運動是物質的一種基本運動形式．電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用．其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象，電磁輻射和電磁場等．為了便于研究，把電現象和磁現象分開處理，實際上，這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的．透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系，才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學．對此，應從以下三個方面來認真分析教材．

1．電磁學的兩種研究方式

整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行，這兩種方式均在高中教材里體現出來．只有明確它們各自的特征及相互聯系，才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質，培養學生的思維能力．

場的方法是研究電磁學的一般方法．場是物質，是物質的相互作用的特殊方式．中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來，靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等，組成一個關于場的系統，該系統包括中學物理電學部分的各章內容．

“路”是“場”的一種特殊情況．中學教材以“路”為線的大骨架可理順為：靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等．

“場”和“路”之間存在著內在的聯系．麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律，是以“場”為基礎的．“場”是電磁運動的實質，因此可以說“場”是實質，“路”是方法．

2．物理知識規律物

理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律，以及它們的相互聯系．

物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗，掌握了充分可靠的事實之后，進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系，并把這些關系用定律的形式表達出來．物理定律的形成，也是在物理概念的基礎上進行的．但是，物理定律并不是絕對準確的，在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性，因此其適用范圍有一定的局限性．

第二冊第一章“電潮重要的物理規律是庫侖定律．庫侖定律的實驗是在空氣中做的，其結果跟在真空中相差很小．其適用范圍只適用于點電荷，即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況．

“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律．歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的，對金屬導電、電解液導電適用，但對氣體導電是不適用的．歐姆定律的運用有對應關系．電阻是電路的物理性質，適用于溫度不變時的金屬導體．

“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性，用研究電場的方法進行類比，可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念．

“電磁感應”這一章，重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律．在這部分知識中，能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線．本章以電流、磁場為基礎，它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面，是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎．電磁感應的重點和核心是感應電動勢．運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的．

“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐，進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場，對場的認識又上升了一步．麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律，同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步．

3．通過電磁場在各方面表現的物質屬性，使學生建立“世界是物質的”的觀點

電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的．大量實驗證明在電荷的周圍存在電場，每個帶電粒子都被電場包圍著．電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用．運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場．磁體的周圍也存在著磁場．磁場也是一種客觀存在的物質．磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用．現在，科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點，并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在，電磁場是物質的一種形態．

運動的電荷（電流）產生磁場，磁場對其它運動的電荷（電流）有磁場力的作用．所有磁現象都可以歸結為運動電荷（電流）之間是通過磁場而發生作用的．麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象，得出結論：任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場，任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場．按照這個理論，變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一場，這就是電磁場．電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波．

從場的觀點來闡述路．電荷的定向運動形成電流．產生電流的條件有兩個：一是存在可自由移動的電荷；二是存在電場．導體中電流的方向總是沿著電場的方向，從高電勢處指向低電勢處．導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例，即導體中形成電流時，它的本身要形成電場又要提供自由電荷．當導體中電勢差不存在時，電流也隨之而終止．

二、以“學科體系的系統性”貫穿始終，使知識學習與智能訓練融合于一體

1．場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題．第一章“電潮是學好電磁學的基礎和關鍵．電場強度、電勢、磁嘗磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念．電場線，磁感線是形象地描述場分布的一種手段．要進行比較，找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解．

2．電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用．在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別，比如，場不是力，電勢不是能等．場中不同位置場的強弱不同，可用受場力者受場力的大小（方向）跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度．在電場中用電場力做功，說明場具有能量．通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能，離開了電場就談不上電荷的電勢能了．

3．認真做好演示實驗和學生實驗，使“潮抽象的概念形象化，通過演示實驗是非常重要的措施．把各種實驗做好，不僅使學生易于接受知識和掌握知識，也是基本技能的培養和訓練．安排學生自己動手做實驗，加強對實驗現象的分析，引導學生從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力．從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看，應著力培養學生的獨立實驗能力和自學能力，使知識的傳授和能力的培養統一在使學生真正掌握科學知識體系上．

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【關鍵詞】探究式興趣實驗設計

我國新一輪基礎教育改革已經進入到實驗階段，現階段我們使用的《義務教育課程標準實驗教科書》注重科學探究，強調以物理知識和技能為載體，讓學生經歷科學探究的過程，學習科學探究的方法，培養科學探究精神、實踐能力、創新意識。因此，在物理課程中增設物理“探究活動”的內容是非常必要的。

1.探究式教學活動

探究式教學是指在教師引導下，學生通過對問題的獨立研究來發現、獲取知識的教學。其特點是要求學生通過對問題的研究，獲得經驗或知識，以發展自己的創造才能；學生活動在教學中處于主要地位，教師處于輔導地位；以學生的獨立研究和作業為基本方式；總是從問題開始或通過分析資料提出假設，進行推導與實驗以解決問題。探究式教學易激起學生的求知欲，引起興趣，提高學生獨立思考、分析、解決問題的能力。

2.初中學生學習物理的興趣特點

把握住初中學生對物理學習的興趣狀況和特點，對于激發和強化他們的興趣具有重要意義，初中學生的興趣大體有三種：一是對學習只是直接興趣，他們只滿足于被新奇的物理現象所吸引，希望看到鮮明、生動的物理現象和實驗，但這種現象只停留在現象本身，并未產生探索這些物理現象原因的需要。二是對物理有操作興趣，他們要求通過自己的活動對自然現象和實驗結果施加影響，如我曾對我校初中二年級兩個班做過調查。當提供玩具電機，根據自愿的原則號召學生自己動手做小電扇，結果93﹪的學生都做了，這說明他們對動手操作具有濃厚的興趣。三是對物理具有因果認識的興趣，他們的興趣中心已由了解怎樣改變現象發展到進一步探求現象變化的原因，理解它的實質，也就是對事物的因果關系特別感興趣。

鑒于上述分析，初中學生學習物理的興趣主要是直接興趣和操作興趣，其特點是新奇、具體、操作、實踐。因而在初中物理教學中重視觀察思考和物理實驗，不僅是物理學科本身特點的需要，也是適應學生的學習心理、培養學習興趣的需要。

3.如何在探究活動中培養學生的興趣

物理教學中，為了培養學生的學習興趣，就必須挖掘物理學本身的潛力，充分利用初中學生好動的特點，加強操作，在活動中傳授知識，讓學生在參與中進行學習，進而產生學習的興趣。所以探究性活動以探究式實驗為主，它的主要目的是學生通過觀察歸納認識物理規律、訓練實驗技能，它具有讓學生“發現”的意義，即讓學生通過實驗現象的分析和歸納，總結出一定的物理規律。

3.1探究式演示實驗

演示實驗具有直觀性強，具體形象等優點，它是教師根據教學內容，為了便于學生的理解和知識掌握而在課堂教學中進行的一種實驗，把用語言不能解釋清楚的物理問題展現在學生面前，便于學生的理解，而且演示實驗可以活躍課堂氣氛，學生對之興趣濃厚。如上序言課時，我們為教學準備了豐富的演示實驗，給學生留下了深刻的印象。比如，我演示了“當燒瓶中水燒開的水停止沸騰后，往燒瓶上澆冷水，燒瓶中的水又重新沸騰”、“向倒置的漏斗中吹氣時，里邊的乒乓球不會下落”的實驗，所有的學生都很好奇，對這些現象都很感興趣。

3.2探究式學生實驗

學生除了喜歡看教師演示以外，更喜歡自己動手操作。在實驗中，既滿足了學生的好奇心、好動性，也鞏固加深了所學知識，還使學生積極參與學習，從而喚起他們學習的興趣。有些學生甚至能在實驗課中進行創造性的學習，并且發揮他們充分的想象力。另外，學生實驗還可以培養學生的學習態度和方法。實驗必須在一定規則下進行，學生在學習中不僅懂得了知識，而且掌握了學習方法，所以組織得好的學生實驗，可以促進學生的發展，也滿足和培養了學生的興趣。

4.如何設計探究性活動來培養學生的興趣呢？可以從以下幾個方面來考慮。

4.1從實驗原理設計活動

方法：教師提出需要學生研究的問題學生設計實驗實驗驗證得出結論填寫報告

如物理教材的“測量小燈泡的電阻”這一課。教師可先提出問題：“電流可以用電流表測量，電壓可以用電壓表測量，那么用什么方法測量電阻呢？”讓學生分析，在學生學習了歐姆定律之后，自然會想到先測出導體兩端的電壓和通過導體的電流，再通過歐姆定律來計算電阻，這樣就得出了用伏安法測電阻的實驗原理。然后根據實驗原理設計實驗，畫出電路圖，進行實驗。這樣設計實驗可以使學生能夠更好地運用歐姆定律，加深對歐姆定律的理解，激發學生的興趣。

4.2從實驗過程步驟出發設計活動

方法：教師對實驗步驟提出建議學生選擇對比實驗分析對比結果得出結論填寫報告

如上述實驗中，在學生明白實驗原理的情況下。教師可以對實驗過程提出建議：“當把電流表內接和外接時，兩種方法測得的結果一樣嗎？”讓學生選擇對比實驗，有的實驗組用內接法，有的實驗組用外接法，實驗完后對比實驗結果，討論使用在什么情況下使用內接法結果更準確一些，什么情況下使用外接法結果更準確一些，最后得出結論。

在教學過程中，鼓勵學生在實驗中使用不同的方法，通過對比實驗來研究哪種方法能達到最佳的實驗效果。這樣提高了學生的興趣，學生的積極性、主動性得到充分體現。

4.3從學生容易出錯的角度設計活動

方法：教師針對教材中某些“不許”、“不能”、“注意”等內容提出質疑要求解釋為什么學生實驗得出結論

如在學習電流表時，課本上有這樣的警示：“任何情況下都不能使電流表直接連到電源的兩極！”針對這一警示對學生提出質疑：為什么不能把電流表直接接到電源的兩極？讓解釋為什么，然后指導學生用試觸法把電流表接到兩節干電池的兩端。這樣學生通過觀察電流表的指針擺動，會得出：“當把電流表直接接到電源兩極時，通過電流表的電流會很大”的結論。這樣會損壞電流表，甚至會引起火災。

通過這一設計，培養學生對物理有因果認識的興趣，還能養成學生批判地吸收教科書上知識的習慣，培養學生的發現問題，并積極探索解決的精神，更能培養學生的邏輯思維能力。

參考文獻

[1]課程教材研究所 物理課程教材研究開發中心.義務教育課程標準實驗教科書.北京：人民教育出版社，2003.

[2]山西省教育科學院研究院 山西省教育學會.物理教學理論與實踐.2005（第25卷第11期）.

[3]閻金鐸，田世昆.初中物理教學通論.北京：高等教育出版社，1989.

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關鍵詞：物理 電工 電磁學 學習

一、認識中學電磁學整體結構

電磁學包括靜電現象、電流現象、磁現象，中學物理的重要組成部分，電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用，其具體內容包括電磁輻射和電磁場等。電現象和磁現象，這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的，在學習時應透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系，不能孤立地、分散地學習。對此，應從以下三個方面來認真分析。

1. 電磁學的兩種研究方式。

整個電磁學的研究是以“場”和“路”兩個途徑進行的，這兩種方式均在高中教材里體現出來。只有明確它們各自的特征及相互聯系，才能有計劃、有目的地增強思維能力。

場的方法是研究電磁學的一般方法。場是物質，是物質的相互作用的特殊方式。中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來：靜電場、恒定電場、恒定磁場、靜磁場、迅變電磁場等，組成一個關于場的系統，該系統包括中學物理電學部分的內容。

“路”是“場”的一種特殊情況。中學物理以“路”為線的大骨架可理順為：靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等。

“場”和“路”之間存在著內在的聯系。麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律，是以“場”為基礎的。“場”是電磁運動的實質，因此可以說“場”是實質，“路”是方法。

2. 物理知識規律。

物理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律，以及它們的相互聯系。

物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗，掌握了充分可靠的事實之后，進行分析和比較，找出它們相互之間存在著的關系，并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成也是在物理概念的基礎上進行的。但是，物理定律并不是絕對準確的，在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性，因此其適用范圍有一定的局限性。

庫侖定律是重要的物理規律。庫侖定律的實驗是在空氣中做的，其結果跟在真空中相差很小。其適用范圍只適用于點電荷，即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的，對金屬導電、電解液導電適用，但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系。電阻是電路的物理性質，適用于溫度不變時的金屬導體。

“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性，用研究電場的方法進行類比，可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念。

“電磁感應”這一章，重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律。在這部分知識中，能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線。本章以電流、磁場為基礎，它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面，是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。電磁感應的重點和核心是感應電動勢。運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的。

“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐，進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場，對場的認識又上升了一步。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律，同時也把波動理論從機械波推進到電磁波，而對物質的波動性的認識提高了一步。

3. 通過電磁場在各方面表現的物質屬性，在學習中建立“世界是物質的”的觀點。

電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明在電荷的周圍存在電場，每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用。運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種場――磁場。磁體的周圍也存在著磁場。磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。現在，科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點，并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在，電磁場是物質的一種形態。

運動的電荷（電流）產生磁場，磁場對其它運動的電荷（電流）有磁場力的作用。所有磁現象都可以歸結為運動電荷（電流）之間是通過磁場而發生作用的。麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象，得出結論：任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場，任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。按照這個理論，變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一場，這就是電磁場。電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波。

從場的觀點來闡述路。電荷的定向運動形成電流。產生電流的條件有兩個：一是存在可自由移動的電荷；二是存在電場。導體中電流的方向總是沿著電場的方向，從高電勢處指向低電勢處。導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例，即導體中形成電流時，它的本身要形成電場又要提供自由電荷。當導體中電勢差不存在時，電流也隨之而終止。

二、以“學科體系的系統性”貫穿始終，使知識學習與實驗融合于一體

1. 場的客觀存在及其物質性是電磁學學習中一個極為重要的問題。

場是學好電磁學的基礎和關鍵。電場強度、電勢、磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念。電場線、磁感線是形象地描述場分布的一種手段，要進行比較，找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解。

2. 電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用。

認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別，比如場不是力、電勢不是能等。場中不同位置場的強弱不同，可用受場力者受場力的大小（方向）跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度。在電場中用電場力做功，說明場具有能量。通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能，離開了電場就談不上電荷的電勢能了。

3. 認真做好演示實驗，使場抽象的概念形象化。

演示實驗是非常重要的措施。把各種實驗做好，不僅易于接受知識和掌握知識，也是基本技能的培養和訓練。自己動手做實驗，加強對實驗現象的分析，從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力。從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看，應著力培養獨立實驗能力和自學能力，使知識的傳授和能力的培養統一在使自己真正掌握科學知識體系上。

4. 培養綜合運用所學物理知識去分析和解決問題的能力。

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一、獲得足夠的感性認識

物理規律具有三個顯著特點：第一，物理規律是觀察、實驗、思維相結合的產物；第二，物理規律反映了有關物理概念之間的必然聯系。任何物理規律，都是由一些概念組成的，通過語言邏輯或數學邏輯表達概念之間的聯系和關系；第三，任何物理規律具有近似性和局限性。反映物理現象和物理過程的發生、發展和變化的物理規律，只能在一定的精度范圍內足夠真實但又是近似地反映客觀世界。物理規律不僅具有近似性，而且由于物理規律總是在一定范圍內發現的，或在一定的條件下推理得到的，并在有限領域內檢驗的，所以，物理規律還具有局限性。也就是說，物理規律總有它的適用范圍和成立條件。由此可見，作為近似反映物理對象、物理現象、物理過程在一定條件下發生、發展和變化規律的物理規律的建立，離不開觀察實驗和數學推理，也離不開物理思維，是三者相結合的產物。豐富的感性認識是建立物理規律的基礎。

學習物理規律是對已有的物理規律的一個有組織的學習過程，它雖不像物理史上建立物理規律那樣曲折漫長，但也是極其復雜的，需要在一定的背景知識指導下，對感性認識進行思維加工。獲得足夠的感性認識是學習物理規律的基礎，也是在物理規律教學中培養學生思維能力的基礎。在物理教學中，教師要指導學生通過觀察實驗，分析學生生活中熟知的典型事例，或從對學生已有知識的邏輯展開中提出問題，激發學習興趣，創造便于探索規律的良好的環境，提供探索物理規律所必須的感性材料，提供進一步思考問題的線索和依據，為研究物理規律提供必要的感性認識。

二、探索物理規律的思維方法

在獲得足夠的感性認識的基礎上，教師要指導學生探索物理規律，根據建立物理規律的思維過程和學生的認知特點，選擇適當的途徑，對感性材料進行思維加工，認識研究對象、現象之間的本質的、必然的聯系，概括出物理規律。這是在物理規律教學中培養學生思維能力的關鍵。 中學生在建立物理規律時，常用的思維方法有四種：

第一，實驗歸納。實驗歸納即直接從觀察實驗結果中分析、歸納、概括而總結出物理規律的方法。具體的做法有：第一，由對日常生活經驗或實驗現象的分析歸納得出結論。如掌握蒸發快慢的條件、電磁感應定律等；第二，由大量的實驗數據，經歸納和必要的數學處理得出結論。如掌握力矩的平衡條件、胡克定律、光的反射定律、氣體的實驗定律等；第三，先從實驗現象或對事例的分析中得出定性結論，再進一步通過實驗尋求嚴格的定量關系，得出定量的結論，如掌握液體內部的壓強、牛頓第三定律、光的折射定律等；第四，在通過實驗研究幾個量的關系時，先分別固定某些量，研究其中兩個量的關系；然后加以綜合，得出幾個量的關系。如掌握歐姆定律、牛頓第二定律、焦耳定律等等；第五，限于條件，無法直接做實驗時，可通過分析前人的實驗結果，歸納出結論。例如掌握光電效應公式。

第二，理論分析。理論分析就是利用已有的物理概念和物理規律，通過物理思維或數學推理，得出新的物理規律的方法。常見的有理論歸納和理論演繹兩種。理論歸納就是利用已有的物理概念和物理規律，經歸納推理，得出更普遍的物理規律的思維方法。例如，能的轉化和守恒定律的學習和掌握，就可利用理論歸納的方法。能的轉化和守恒定律是在科學各分支學科長期發展的基礎上，經許多人系統的研究和總結后，于19世紀中期形成的自然界的一條基本規律。學習和掌握這一規律不可能由某一實驗歸納來完成，可以根據科學史上建立這一規律的過程，對有關規律進行歸納而得到。19世紀中期以前，在力學方面，建立了動能、勢能、機械能等概念和機械能守恒定律：在熱學方面，人們建立了熱量的概念，并廣泛研究了熱與機械功的相互轉化問題，得到熱力學第一定律；在電學方面，英國物理學家焦耳對電流熱效應 進行了定量的研究，建立了焦耳定律；化學反應中建立了能量守恒。學生可以對所學的這些實驗規律進行歸納總結，從而掌握能的轉化和守恒定律；理論演繹就是利用較一般的物理規律，經演繹推理，推導出特殊的物理規律的思維方法。例如，在學習了能的轉化和守恒定律后，可以推斷出判定感應電流方向的規律——楞次定律。又如，學習理想氣體實驗定律，既可用實驗歸納法，也可以用理論演繹法，從理想氣體狀態方程演繹出玻意耳定律、蓋?呂薩克定律和查理定律。若將實驗歸納和理論演繹結合起來，有助于理想氣體實驗定律的理解。

第三，類比。類比是根據兩個(或兩類)對象在某些屬性上相似而推出它們在另一屬性上也可能相似的一種推理形式。其具體過程是：通過對兩個不同的對象進行比較，找出它們的相似點，然后以此為依據，把其中某一對象的有關知識或結論推移到另一對象中去。類比方法在物理學中獲得了廣泛的運用。首先，類比是提出物理假說的重要途徑；其次，在物理學研究中廣泛運用著的模型化方法，實質上包含著類比方法的應用。學生在學習物理規律時，可以遵循建立物理規律的程序和原則，通過類比的思維方法，加深對物理規律的理解，同時提高思維能力。

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一、獲得足夠的感性認識

物理規律具有三個顯著特點：第一，物理規律是觀察、實驗、思維相結合的產物；第二，物理規律反映了有關物理概念之間的必然聯系。任何物理規律，都是由一些概念組成的，通過語言邏輯或數學邏輯表達概念之間的聯系和關系；第三，任何物理規律具有近似性和局限性。物理現象和物理過程的發生、發展和變化的物理規律，只能在一定的范圍內，足夠真實但又是近似地反映客觀世界。物理規律不僅具有近似性，而且由于物理規律總在一定范圍內發現，或在一定的條件下推理得到，并在有限領域內檢驗。因此，物理規律具有局限性。也就是說，物理規律總有它的適用范圍和成立條件。由此可見，作為近似反映物理對象、物理現象、物理過程，在一定條件下發生、發展和變化的物理規律的建立，離不開觀察實驗和數學推理，也離不開物理思維，是三者相結合的產物。豐富的感性認識是物理規律建立的基礎。

二、掌握規律建立的思維方法

在獲得足夠的感性認識的基礎上，教師要指導學生探索物理規律，根據物理規律建立的思維過程和學生的認知特點，選擇適當的途徑，對感性材料進行思維加工，認識研究對象、現象之間的本質的、必然的聯系，概括出物理規律。這是在物理規律教學中，培養學生思維能力的關鍵。 中學生在建立物理規律時，常用的思維方法有以下四種。

1.實驗歸納。實驗歸納是直接從觀察實驗結果中，分析、歸納、概括、總結出物理規律的方法。具體的做法有：第一，由對日常生活經驗或實驗現象的分析、歸納，得出結論，如蒸發快慢的條件、電磁感應定律等。第二，由大量的實驗數據，經歸納和必要的數學處理，得出結論，如共點力的平衡條件、胡克定律、光的反射定律等。第三，先從實驗現象或對事例的分析中得出定性結論，再進一步通過實驗，尋求嚴格的定量關系，得出定量的結論，如牛頓第三定律、光的折射定律等。第四，在實驗研究幾個量的關系時，先分別固定某些量，研究其中兩個量的關系；再加以綜合，得出幾個量的關系，如歐姆定律、牛頓第二定律、焦耳定律，等等。第五，限于條件，無法直接做實驗時，可分析前人的實驗結果，歸納出結論，例如光電效應公式。

2.理論分析。理論分析就是利用已有的物理概念和物理規律，通過物理思維或數學推理，得出新的物理規律的方法。常見的有理論歸納，就是利用已有的物理概念和物理規律，經歸納推理，得出更普遍的物理規律的思維方法。

3.類比。類比是根據兩個（或兩類）對象在某些屬性上相似，而推出它們在另一屬性上也可能相似的一種推理形式。具體過程：對兩個不同的對象進行比較，找出它們的相似點，然后以此為依據，把其中某一對象的有關知識或結論運用到另一對象中去。類比方法在物理學中獲得了廣泛的運用。首先，類比是提出物理假說的重要途徑；其次，在物理學研究中，廣泛運用的模型化方法，實質上包含類比方法的應用。學生在學習物理規律時，可以遵循物理規律建立的程序和原則，通過類比的思維方法，加深對物理規律的理解，同時提高思維能力。

當然，在帶領學生探索和研究具體的物理規律時，不一定要按照歷史上物理規律建立的過程來進行，教師可以根據教學要求、學生的年齡特征、知識基礎、能力水平、學校情況、教學內容、自身特點等，來確定用什么方法。

三、排除學習規律的思維障礙

與學習物理概念一樣，學生在學習物理規律時，也存在著思維障礙，大體上有以下幾種。在物理規律教學中，要排除這些思維障礙。

1.感性認識不足。物理規律是觀察、實驗和思維相結合的產物，通過觀察、實驗，獲得對自然界物質的存在、構成、運動及其轉化的感性認識。感性認識不僅是物理思維的材料、建立規律的條件，而且是用來檢驗各種物理理論真偽是非的標準，是理解物理規律的基礎。如果沒有足夠的、能夠把有關的現象及其之間的聯系鮮明地展示出來的實驗，或學生日常生活中所熟悉的、親身感受過的事例作為基礎，學生就很難理解物理規律的來龍去脈、基本含義、適用條件，等等，從而影響對物理規律的掌握和運用，造成學習物理規律的思維障礙。

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關鍵詞 思維導圖；學與教；新課程

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）15-0011-02

高中物理新課程倡導教學規范轉型與學習方式轉變，旨在提高學生的學習能力與思維能力。對第一線的教育工作者而言，要求既做探究者，也做踐行者。筆者通過研究“思維導圖”的功能，運用“學與教”策略，落實新課程教學理念，收效良好。

1 “學與教”策略

思維導圖 思維導圖是英國心理學家Tony Buxen于1970年提出的，是基于對腦神經生理科學與心理學的研究，類比自然萬物放射情形而形成的關于放射性思維及其圖形表達的成果。思維導圖運用線條、符號、數字、邏輯、節律、色彩、詞匯和圖像，按照一套簡單、自然、基本、易被大腦接受的規則，運用從中心發散出來的結構，把一些枯燥無味的信息變成容易記憶的、有高度組織的圖形。

理論和實踐都表明：恰當地運用“思維導圖”，能提高學習效率，促進學生認知結構的建構與優化，有利于學生轉變學習方式；同時，恰當運用思維導圖，能促進學生多向聯想、縱橫遷移，有效改變線性思維，促進創新能力培養；再就是運用思維導圖能有效促進課堂合作交流，提高教學效益，并能有效促進現代教育技術特別是“大數據”在教學中的運用，促進教學方式的轉變。

可視化功能

1）直觀化、結構化：運用思維導圖可以使抽象的知識與思維過程變得直觀形象，同時又呈現出結構化的特點，并揭示它們之間的本質聯系。

2）深度化、本質化：運用思維導圖使不可見的知識與思維甚至隱性的知識與思維顯性化，將顯性知識與思維生動化，可以幫助學習者深度發掘知識與思維的內涵，展現本質特征。

3）高效化、優質化：運用思維導圖可以對知識與思維進行優化，并高效獲取與習得，重要的是還可以用來習得新的知識和發展能力。

“學與教”策略 這里稱為“學與教”，而不是“教與學”，是由于“學與教”構建的邏輯順序。首先，基于認知心理學的研究成果，確定學生學習某一類型知識的認知心理過程；再確定為了實現學生認知心理過程而需要開展的學生學習活動；最后確定為了使學生學習活動順利達成所需要的教學活動。是基于對學生學習心理過程分析而得出的，有著鮮明的特征，是基于學的教，而不是為了教的學。

1）思維導圖作為學習策略，能幫助學生從“學會”到“會學”，有效促進學習方式轉變。首先，通過引導學生繪制思維導圖，包括概念形成過程、物理規律建立過程、物理問題求解過程以及物理實驗等，促進學生主動學習；其次，通過思維導圖，激活原有知識、同化新知識，使學生獲取知識、存貯知識、提取知識更便捷高效，促進有效學習；同時，運用思維導圖，促進學生建立知識的內在聯系，促進知識的組塊、形成整體，促進學生構建和優化知識結構；再就是運用思維導圖，能有效幫助學生，管理監控學習信息與學習過程，促進學生學會學習。

2）思維導圖作為教學策略，能促進教學方式轉變與提高教學效益。正如Mayer所說：“學生從文字和圖片中學習比單獨從文字中學習效果更好。”教學中運用思維導圖，通過教學內容與方式的可視化，有效促進知識的同化與遷移、應用，激發教學方式的創新；能有效促進交流與合作，包括師生之間、生生之間、師生與教學內容之間的交流與合作；能有效監控教學過程，有利于“學與教”的反饋和生成，有效促進教學方式轉變；有利于發揮現代信息技術對“學與教”的作用，特別是發揮“大數據”對教育教學的功能，促進教學規范轉型。

2 策略實施

優化認知結構 思維導圖的高度組織化、網絡化與結構化特征，能有效促進學生的知識概括水平與包容范圍的發展。反過來，知識的概括水平越高，包容范圍越廣，越有利于認知識結構的建立與優化。在教學實踐中，筆者運用思維導圖，通過知識的“聯系與區分”“聯系與區別”“關聯與提升”等來提高學生的知識概括水平與包容范圍，來建構與優化學生的認知結構。

1）促進“聯系與區分”，就是運用思維導圖幫助學生對一個單元或一章節物理知識進行聯系與區分、比較與整理，使其成為清晰、穩定的“認知結構”。如“曲線運動”單元涉及的物理概念多，物理關系比較復雜，大多數學生很難把握知識的內在聯系，也難以建立相應的認知結構。為此，筆者和學生一起繪制“曲線運動”一章的思維導圖（圖1），幫助學生建立“曲線運動”的認知結構。

2）促進“聯系與區別”，就是運用思維導圖搞清本章與前面相關知識之間的聯系與區別。以曲線運動為例，通過繪制曲線運動與以前所學知識之間的思維導圖，包括直線運動與曲線運動的不同點、直線運動公式的適用條件、曲線運動的研究方法。從受力分析、力的合成與分解的角度理解合力、分力提供向心力，從牛頓運動定律角度理解向心力與向心加速度之間的關系，將圓周運動問題解決納入運動定律的范疇，進一步促進學生認知結構圖的優化。

3）促進“關聯與提升”（主要用于期末復習或高三復習階段），就是通過思維促進應用“認知結構”解決實際問題，使學生認知結構得到更深層次的整理與提升。以曲線運動為例，在前面兩個環節的基礎上，通過思維導圖再建立“曲線運動”與“機械能守恒”“帶電粒子運動”“磁場中粒子”的關聯，并進一步指導學生習得區分“電場中粒子的運動”和“磁場中粒子的運動”的方法，達成認知結構的拓展與優化。

促進創新思維

1）“學與教”過程中促進創新思維。由于思維導圖是一種圍繞某一主題組織起來的知識表征和貯存方式，又是一種樹冠狀網絡式的發散結構，而產生創新思維的重要條件就是建立合適的圖式，因此，在“學與教”過程中運用思維導圖能激活學生原有的認知結構，使學生產生多向聯想，發散思維，促進創新思維。

【案例1】進行“閉合電路歐姆定律”的“學與教”時，通過“部分電路歐姆定律”思維導圖激活原有的認知結構，在組織與優化原認知結構的基礎上構建新的思維導圖，引導學生創新思維，使學生習得閉合電路歐姆定律并建立新的認知結構。如圖2所示，在整個過程中，電源是一個橋梁。從能量角度講，電源是一個能量轉換裝置，把其他形式能轉換為電能，這種本領用電動勢來表征，電源電動勢是路端電壓的提供者，它的大小等于開路時的外電路兩端的電壓；電源又有自身的電阻（內阻），因此，順著電流方向通過一個電源，電勢升高E，由于電源內阻的存在，電勢又降低Ir。通過舊新思維導圖的激活，互相促進，幫助學生完成新的認知結構的建立。

2）物理問題求解過程中促進創新思維。現代認知心理學認為，任何一個問題求解都可以分為三種狀態，即初態、終態和中間過程。初態是解題的已知條件，終態是解題所要達到的終極目標。求解物理問題，實質上就是人或系統尋找一個狀態系統，使問題從初態順利地到達終態的過程。從另一方面來說，就是分析問題制訂方案實施求解。但無論如何，思維導圖對于求解物理問題都有得天獨厚的優勢。

分析物理問題時，運用思維導圖，能引導學生從問題最初狀態出發，生成思路，確定子目標，架起從初態到終態的“橋梁”，激發創新構想，促進創新思維。

制訂解決方案時，運用思維導圖，更容易發現為達成從每個子目標到下一子目標，需要增加哪些輔助手段，需要建立哪些聯系，從而更快地推進問題求解與探索過程。

實施求解方案時，運用思維導圖可以不斷地發現問題、提出問題、解決問題，步步推進，最終實現解題思路的導通與實施。同時，運用思維導圖還有助于對求解過程的監控，隨時做出調整與糾正，并發現新的思路與解法。

【案例2】（2009年上海高考題）小球由地面豎直上拋，上升最大高度為H，設所受阻力大小恒定，地面為零勢能面。在上升到離地面高度為h時，小球動能是所在處勢能的2倍；到達最高點后再下落至離地面高度為h處時，小球的勢能是動能的2倍，則h等于多少？

【解答此題】首先，在理解題意的基礎上，確定題目的目標與條件。此題的目標是上升過程中，小球動能是所在處勢能的2倍的高度；下落到同位置時，小球的勢能是動能的2倍時，則h等于多少？運用思維導圖，依據條件，確定達成總目標需要建立幾個子目標，需要確定幾個物理狀態及物理過程。運用思維導圖能清晰表達題目所述物理情境。如圖3所示，從拋出點（狀態I）到高度為h處（狀態II），再到最高點（狀態III），又返回到高度為h處（狀態IV ），并把受力分析與狀態物理量簡明標在思維導圖上。繪制好的思維導圖增強了題意的理解與解決問題方案的選擇與調控。

上述思維導圖所呈現的過程，如果只用文字來表述，不只是顯得冗長，難以理解，還影響解決策略與方案等。

而運用思維導圖很快可以得到：

狀態I至狀態II時：2mgh=1/2mv12

狀態II至狀態III：-（mg+f）（H-h）=0-1/2mv12

狀態III到狀態IV：（mg-f）（H-h）=1/2mv22

已知條件：mgh=2×1/2mv22

聯立求解，就可得到答案：4H/9

同時，本題目還可以在上述思維導圖的基礎上，選用牛頓第二定律結合V-t圖來求解。

更重要的是，運用思維導圖，有利于構建生態型“學與教”的情境，促進“學與教”創新思維。就是師生一起在原思維導圖的基礎上，進行變式設計，呈現新的情境，從而激發學生去尋找原圖式為何不能解決的原因，修正或提升原有思維導圖，使其適應層次變化。變式可以是遞進式或反遞進式的，一方面促進學生對思維導圖運用的養成訓練，把繪制與運用思維導圖的鑰匙交給學生；另一方面促進創新思維能力的提高。

比如，改進的題目情境為：

1）如果本題中，上升到H/2時，重力勢能為mgh/2，動能為多大？

2）上升過程中，小球的重力勢能與動能相等的位置離地面高度比H/2大還是小？還是一樣？

3）下降過程中，小球的重力勢能與動能相等的位置離地面高度比H/2大還是小？還是一樣？

4）把小球在豎直方向有阻力上拋改為沿有摩擦力的斜面上滑，問題又會怎么樣？

如此實現情境的變化，促進學生創新思維能力的培養。

篇10

關鍵詞 電磁感應；能量問題；歸類

在電磁感應現象中，能量都遵循守恒定律。因此電磁感應過程中的能量轉換，便可以通過楞次定律和能量守恒定律進行分析，從而使復雜的電磁感應問題轉化為簡單的能量問題。對于解決能量問題，可以從功和能這2個方面進行。例如，在磁場中，安培力會對通電導體棒產生作用力，如果這時安培力所做的功為正功，那么安培力就是將電能轉化為其他形式的能量；如果安培力做的是負功，在這種情況下，就是其它的形式的能量轉化為電能。

1.從能量角度分析電磁感應現象

電磁感應又稱磁電感應現象，具體是指閉合電路的部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中就會有感應電流產生。這種利用磁場產生電流的現象就是電磁感應現象。電磁感應現象實質就是能量轉化的過程，在這個過程中，可以將其他形式的能轉化為電能，同時，我們需要注意的是，這不是創造電能的過程，因為能量既不會憑空產生也不會憑空消失。

楞次定律的實質就是能量守恒定律在電磁感應現象中的具體體現，也可以說楞次定律就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。換句話說，能量守恒定律是產生感應電流所要必須遵守的。從磁場與導體所做的相對運動來看，當其發生相對運動時，此時感應電流的磁場一定是與其相反的方向，二者之間是相互阻礙的關系。從磁通量的方面來看，感應電流的磁場也一定是阻礙感應電流的磁通量變化的。

例1：將兩根金屬導軌平行放在傾斜角為30。的斜坡上，導軌接有阻值為10Ω的電阻，導軌本身的電阻忽略不計，勻強磁場與斜坡垂直，磁感應強度為0.5T。質量為0.1kg，不計電阻的金屬棒ab由靜止釋放，沿導軌下滑，假如導軌的長度足夠，導軌寬2m，金屬棒在下滑的過程中接觸良好，當金屬棒下滑3m高的時候，速度恰好為最大的速度2m/s，求這個過程中所產生的熱量。

解析：當金屬棒的速度達到最大時，對其受到的力進行分析，mgsin 0=F安+f。由法拉第電磁感應定律我們可以知道：E=BLV，根據閉合電路的歐姆定律I=E/R，F寄=ILB=（B2L2v）/R=0.2N。f=gsin 0-F安=0.3N。下滑的過程需要能動定理來進行計算mgh-f*（h/sin 0）W=0.5mv2。由此可以解得w=1J所以產生的熱量為lJ。根據Q=W=1J。

這道例題就是典型的能量轉換問題，做好能量分析才是這道題的解題關鍵。同時同學們還要把這部分知識與電路知識相結合。只有將這些知識點靈活運用才能提高解題的準確率。

2.能量轉化與做功間的關系

在處理電磁感應的問題時，要注意電磁感應中所涉及到的能量問題其實就是不同形式間的能量相互轉換，而并非是能量創造過程，這時就需要我們對電磁感應的問題有一個正確的認識，我們可以從做功和能量間的轉化入手，這也是正確認識電磁能量問題的重點所在。在力學中，能量最終會轉化為功，例如，在機械能轉化為電能的過程中，就是安培力在做功，當安培力做正功的時候，就會將電能轉化為機械能，相反，當安培力做負功的時候，那么這個時候安培力就會將機械能轉化為電能。在這兩個能量相互轉化的過程中，重點是對安培力做的功分析清楚，一旦對安培力做功分析失誤的話，就會導致整個問題出現失誤。其實解決這一類問題的關鍵就是認識和區分電磁感應過程中的能量轉換，最終還是要對能量和做功之間的關系有著明確和深刻的認識。

對于其他能量轉化為電能問題的分析，需要在電磁感應的整個過程中，對其維持感應電流存在的過程進行探索，當導體還沒有達到穩定的情況下，借助外力所做的功和克服安培力所做的功都會消耗掉其中的一部分，經過消耗之后，最終都會轉化成為產生感應電流的電能或者是轉化為熱量。另一部分用來增加導體做功的能，則會全部都轉化成電能。

3.電磁感應中的能量問題歸類整理

3.1解題思路分析

解決這類問題首先可以從能量轉化開始，也就是說首先要分析能量轉化的關系與做功問的關系或者是分析能量轉化與守恒定律之間的關系，在分析這些能量轉化的時候，還要注意應用能量守恒定律。大致的分析思路是這樣的：第一步，做好受力分析，并確定這些力做的什么功。第二步，分析哪些能量進行了轉化以及哪些功做出了能量轉化。最后一步，根據這能量轉化找到相應的公式，從而進行計算。一般的能量轉化規律為其他形式的能通過做功來發生轉化，當安培力做功為負功時，能量轉化為電能，當電能通過電流做功時，這時候會進一步轉化為內能。

3.2常見的解題方法分析

第1N方法是學生要知道在活動中減少的能應該等于電磁感應活動產生的能，就是Q=E。第2種方法就是通過功與能量的關系進行轉換，也就是說克服安培力所做的功就是電磁感應過程中所產生的能，就是Q=-W。第3種就是電流所做的功，Q=2IRt。

3.3常見的問題分類

常見的問題主要分為2大類。一種問題是導體受外力的作用，所產生的能量問題，通常想要解決這一類問題一般都會使用焦耳定律。另外一種問題是導體的自由運動問題，解決這一類問題主要是通過分析能量的轉化，一般這種問題會通過法拉第電磁感應定律解決、電路電流的計算問題，還需對能量守恒定律和做功有一定的認識。