第一节对物理概念和规律要真正理解 一、以实验为基础，使学生获得必要的感性认识
物理学是一门实验科学，为了使学生真正理解物理概念和规律，在 物理教学中，任何一个概念和规律都不能生硬地端出来，更不能从抽象 的定义出发，而要充分调动学生的学习积极性和主动性，尽可能从观察 实验出发，以实验为基础。
演示实验是物理教学中极为重要的组成部分，演示实验做的好，可 以使学生获得生动的感性认识，激发学生的学习兴趣，为学习理论铺平 道路。通过指导学生观察和分析物理现象以及老师的示范作用，可以使 学生更好地理解和掌握物理概念和规律，还可以培养学生的观察能力、
实验技能、综合能力和思维能力。总之，演示实验在物理教学中的地位 是十分重要的。因为，我们不但要尽量利用实验室现有设备条件，还要 自己动手创作适用的教具。
演示实验，必须经过充分的准备，要不惜化费时间。演示实验的装 置应尽可能结构简单、操作方便，能用最短的时间完成演示内容。所有 的演示实验，都应该直观醒目、重点突出。实验不直观醒目，没有足够 的可见度，则达不到预期的效果；重点不突出，过多的兴奋，也会分散 学生的注意力。
物理教学必须坚持唯物论的反映论。为了使学生形成正确的物理概 念，一个概念的引入，必须通过提出问题，观察实验，联系实际，启发 思维，使学生认识到引入每个新的物理概念的必要性。
物理概念中有许多是物理量，也有的不是物理量。以电场强度为例，
我们在研究电场的物理性质时，为什么要引入电场强度的概念呢？由于 学生缺乏感性认识，观察实验就更为重要了。
如图 １０ 所示，用一个固定的带电球（Ｑ）作为场电荷，它的周围存 在着电场。再用丝线拴一个带电小球（ｑ）作为检验电荷。实验证明，带 电小球放在电场中距场电荷较近的 Ａ 点时，丝线偏角较大；放在距场电 荷较远的 Ｂ 点时，丝线偏角较小。即同一带电小球在 Ａ 点受的电场力较 大，在 Ｂ 点时受的电场力较小。
由于同一检验电荷在电场中各点受电场力的大小一般是不相同的，
可见电场本身有强弱的不同，这是客观的物理事实。如上述情况，则 Ａ 点电场较强，Ｂ 点电场较弱。为了表明电场的强弱，所以需要引入一个新 的物理概念电场强度，它是表明电场强弱的一个物理量。
物理规律反映了物理量之间的内在联系，一个物理规律的引入和得 出，特别是重要的物理定律的引入和得出，都应该以实验为基础。通过
观察演示实验或进行分组实验，启发学生思考，从而总结出有关的物理 规律，这是很重要的教学过程。
例如，电场一章中的“静电平衡条件”，如果机械地按着课本上甲、
乙、丙的顺序讲解，最后，学生可能也明白了所要得出的结论，但是，
直到结论出来之前，学生只能听老师讲不能像在观察实验的教学过程中 独立的发现问，思考问题这样就使学生陷于被动听讲的地位，不利于调 动学生的学习积极性和主动性。如果把顺序颠倒一下，先让学生观察一 个静电屏蔽的实验。学生就会发现问题“为什么会发生这样的现象呢？”
这样必然会引起学生的思维兴趣。然后通过学生的读书和讨论，老师的 分析和讲解，最后会使学生获得深刻的印象，也有利于培养他们分析问 题的能力。
再如，讲半导体的导电特性之前，可以先让学生观察导体和绝缘体 的电阻随温度的变化而变化的情况。通过实验可以看出，金属物体在温 度升高对电阻变大，而绝缘体在温度升高时电阻变小。实验可以这样做：
对于金属导体，是在两根互相平行的玻璃棒上密绕一根长金属丝。
金属丝的选择很关键，一是电阻率要大，铜丝不行；二是温度系数要大，
电阻丝也不行。可以选用电话背复线中的钢丝，把它串接在电池和小灯 泡的电路中，制成一块示教板。闭合开关，小灯泡发光。当用酒精棉花 火焰去烧金属丝时，发现小灯泡立即变暗，以至熄灭。移走火焰，小灯 泡重新发光。可见金属导体当温度升高时，电阻变大。
对于绝缘体，是在玻璃上绕两个铜丝环，两环相距约半个厘米。把 两铜丝环串接在 ２２０ 伏交流电源和白炽灯的电路中。因玻璃是绝缘体，
白炽灯不亮。再用酒精灯火焰去烧两铜环间的玻璃棒时，过不多会儿，
电灯逐渐变亮。可见绝缘体跟金属导体正相反，当温度升高时，电阻变 小了。
那么，半导体当温度升高时电阻如何变化呢？再来做半导体热敏性 的实验。由实验知，半导体跟绝缘体类似，当温度升高时电阻也是变小 的。但是，不同的是绝缘体温度升得很高，电阻才有明显减小；而半导 体温度不需升得太高，电阻就有明显减小，导电能力大大增加，所以才 叫热敏性。
由这些感性认识出发，通过对比来研究半导体的导电特性，就比较 自然。当然，在讲完半导体的导电原理之后，还应该回过来，讲明导体 和绝缘导电情况的不同。金属导体的电阻主要来源于自由电子和原子的 碰撞。温度升高时，碰撞机会增多，所以电阻增大。而绝缘体中自由电 子极少，所以导电能力很差。当温度升得相当高时，部分束缚电子变为 自由电子参与导电，所以电阻变小。
最后再从理论上进行对比，学生就好懂了。
二、通过科学的抽象，概括归纳出概念和规律
以实验为基础，通过观察实验，使学生获得生动的感性认识，这是 十分必要的。但是，感性认识如果不经过理性加工，就不可能抽象出物 理本质，感性认识是不可能自然而然地上升到理性认识的。
一个物理概念的引入，需要通过提出问题、观察实验、联系实际、
启发思维，使学生认识到有什么必要性，为什么要引入一个新的物理概 念。在认识了引入新概念的必要性之后，还需要通过分析、综合等思维 活动，才能进一步认识概念的物理意义和实质，形成比较完整的概念。
还以电场强度为例，在学生认识到引入电场强度这一物理量的必要 性，进一步讲电场强度的定义时，学生往往不明白为什么要讨论 Ｆ 与 ｑ 的的比值，而不讨论 ｑ 与 Ｆ 的比值？为什么说 Ｆ 与 ｑ 的比值是与 ｑ 无关、
与 Ｆ 无关的恒量？为使学生有个清晰的理解，必须进一步通过演示和分 析，使学生认识到：在电场较强处（如本节图10中的 点），Α E的比值
q
较大；在电场较弱处（如本节图10中的 点），Β F的比值也较小。所以 q
可用F来表示电场的强弱，从而得出定义和定义式 ＝ ，它适用于一
q E F
q 切带所形成的电场，式中 ｑ 是检验电荷的电量。
既然电场强度 Ｅ 与 ｑ 无关、与 Ｆ 无关，而是属于电场本身的一种物 理性质，当然就不能说 Ｅ 与 Ｆ 成正比，与 ｑ 成反比。那么电场强度 Ｅ 的 大小决定于什么呢？应用库仑定律可以得出
E KQ
= r2 ，这是场电荷为点电荷的电场强度的计算式（或叫决定式），
它只适用于场电荷是点电荷的情况，式中 Ｑ 是形成电场的点电荷的电量 对于任何一个物理量，都必须使学生正确理解以下几个方面：
（１）有什么必要性，为什么要引入一个新的物理量？它是表示什么物 理性质或特征的物理量？
（２）它的定义式是怎样的？为什么要这样定义？怎样叙述它的物理 意义？
（３）决定这一物理量大小的条件是什么？这一条件如有计算式，计算 式是什么？它与定义式有何区别和联系？
此外，还应该明确此物理量是矢量还是标量？如果是矢量，它的方 向是怎样规定的？它的单位是什么？单位是怎样规定的等等。
一个物理定律，也是人脑对观察和实验所取得的感性材料进行思维 加工的产物。对于物理现象和实验事实，为了分析研究的需要，往往要 忽略其次要因素，用丰富的想象力对事物做出高度的抽象，建立起一种 理想化的物理模型。例如，质点、单摆、点电荷、电力线、点光源等等。
建立物理模型是非常重要的思维方法，但学生往往感到不好接受，或有 误解。原因是他们的科学抽象能力、辩证唯物观点和空间想象能力都是
比较差的，这就必须在教学中有意识地逐步进行培养。
例如关于质点，质点是不计大小、形状只计质量的一种物理模型。
学生对此难以想象，往往认为质点就是很小很小的物体，如果物体大了 就不可以看作质点。例如，把一颗飞行的子弹看作质点，学生容易接受；
把绕太阳运动的地球也能看作质点，学生就不好想象。这就要求培养学 生分析、概括的能力。由于地球半径远远小于地球中心到太阳中心的距 离，当我们讨论地球绕太阳公转的有关问题时，忽略了地球的大小，对 它们的相互作用和运动情况，几乎没有什么影响。在这种情况下，把地 球看作一个没有大小和形状，其质量集中于一点的质点，是可以的。
在观察和实验的基础上，建立起一种理想化物理模型，这是发现物 理规律的一条重要的途径。例如，我们也可以通过作平动的物体的分析，
来抽象出质点的概念。当物体平动时，物体上各点运动的情况完全一致，
所以考虑物体运动情况时，只要考虑其中的一点就行了用不着考虑整个 物体的大小和形状。所以研究物体平动时，也可以用一个点来代替整个 物体，这种用来代替物体的点也就是质点。
建立理想化模型，对研究一些问题极为方便，是一种科学的研究方 法，而且在一定条件下具有现实意义。要培养学生科学的抽象和想象能 力，使学生学会这种思维方法。
物理学中，大部分规律都是在实验的基础上通过科学的抽象，概括 归纳出来的。例如牛顿第二定律，在学习力的概念之后，明确了力是物 体运动状态发生变化的原因；学习了速度的概念后，明确了加速度是表 示物体运动速度变化快慢的物理量，又明确了加速度的定义式
Α = △Τ Α Α
△V，但不能说 决定于△ ，跟△ 成正比；也不能说 决定于△
V V
Ｔ，跟△Ｔ 成反比。那么加速度的大小究竟决定于什么呢？既然力是物体 运动状态发生变化的原因，显然加速度的大小跟作用力的大小有密切的 关系。究竟有何关系，这就需要通过实验进行研究。根据实验结果知道，
在忽略了其它次要因素的情况下，当物体的质量一定时，所受外力越大，
加速度越大，而且是正比关系；当物体所受作用力一定时，物体质量越 大，加速度越小，而且是反比关系。引导学生分析实验取得的数量关系，
从而总结出牛顿第二定律。
与此类似，欧姆定律是通过实验研究导体中的电流强度跟哪些因素 有关，有何关系？从而总结出来这一重要定律的。其它如气体实验定律、
楞次定律、光的反射定律等等，都是在实验的基础上得到的。我们在教 学中，要使学生养成由物理实验取得的数据归纳总结出物理规律的思维 习惯和能力。
三、通过分析对比使学生理解物理概念和规律的物理意义 为了深入理解物理概念和规律，除要求理解这一物理概念和规律的