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密度概念建立过程中的物理思想

日期:2018-3-13      来源:潍城区教科研培训中心      作者:王连升     

   物理概念是反映物理现象和物理过程本质属性的一种思维方式,是物理事实的抽象,它是在大量观察、实验的基础上,运用逻辑思维的方法,把一些事物本质的共同特征集中起来加以概括而形成的。学生在形成正确物理概念的过程中,学到的不仅仅是物理知识,还可以领会研究问题的方法,提高抽象思维能力。物理概念的建立过程一般包括引入、形成和运用三个阶段。这里,结合“密度”概念的建立过程,梳理一下其中所包含的物理思想。
    一、引入
    在生活中,尽管学生对密度已有了一些相关的知识和经验,如同样大小(体积)的铁棒比木棒要重、油比水轻……但是,物理学中的“密度”是表征物质性质的一个重要物理量,概念比较抽象,学生学习时往往难以理解。
让学生动手实验,分别测量:
    (1)体积相同的铝块、铁块的质量;
    (2)体积相同的两个铝块的质量;
    (3)体积不等的两个铝块的质量。
    教师在汇总学生实验结论的基础上,引导学生认识到“体积相同的不同物质,质量不同”。并提出新的、更深入的问题:同种物质体积越大,质量越大,但是质量跟体积有什么定量关系?这样引入,一方面渗透了由粗略到精确、由定性到定量研究物理问题的方法;另一方面暗含对质量和天平的操作的复习,便于学生后面实验探究的顺利进行。
    二、形成
    在提出“质量跟体积有什么定量关系”这一问题后,引导学生进行实验,测量多个铝块和铁块的质量和体积,并记录在设计的表格内。引导学生讨论、比较表中的数据得出:铝块的质量和它的体积成正比,铁块的质量和它的体积成正比。由此推广并归纳:人们用其它的物质做实验发现了同样的规律,即同种物质的质量和它的体积成正比。
    继而对实验数据进行更深入的分析,计算每个铝块的质量与体积的比值,画出图像,由图像可以看出,m与V成正比,写出其一般式m=KV,代入一组(m,V)数据,即可算出K=2.7g/cm3,即铝块的质量跟体积的比值都相等;同样分析铁块的多组数据得出:铁块的质量跟体积的比值也都相等。
    通过对实验数据进行思维加工,不仅揭示出了密度这个概念所反映的事物的本质属性,并且也使学生认识到引入这一新的物理量的必要性。
    由此引导学生比较得出:对于同种物质,质量跟体积的比值一定;而对于不同种物质,其质量跟体积的比值却不相同。这反映了不同物质的不同性质,物理学中就用“密度”来表示这种性质。
    此时,教师引导学生学生用准确的语言完整的表达出“密度”这一概念:“在物理中,某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫做这种物质的密度”,并用数学式ρ=m/V 表示。比较“密度”和“速度”两个概念的相似点,强化比值定义方法。并简单介绍其他一些物理概念的定义方法,比如直接定义法、乘积定义法等。
    引导学生从ρ=m/V认识对于同种物质的ρ不随m、V的变化而变化,ρ既不与m成正比,也不与V成反比,是恒量;ρ=m/V只不过是一种量度的方法,而不表示各物理量之间的函数关系,密度是表示物质特性的物理量。
    三、应用
    当学生初步形成概念后,必须及时给他们提供运用概念的机会,将抽象的概念“返回”到具体的物理现实中去,使他们在运用概念分析和解决实际问题的过程中,巩固、深化和活化概念。在提出密度定义后,可以向学生提供这样一组问题:
    (1)查阅密度表,说出表中密度最大、最小的各是什么物质?水的密度是多少?通过此题让学生弄清密度单位的组成、符号、读法、写法、千克每立方米和克每立方厘米之间的关系。
    (2)有一长方体铁块,其密度为ρ,为了加工一种器具,工人将其分成三等份,每一份的密度为多少?借此实例强调“密度”概念中的“某种物质”和“之比”等关键词句,以深化理解“密度反映物质的一种本质属性,由物质种类决定”。
    (3)(课本116页题1)1.澡盆装水;2.教室空气质量;3.人体体积;容积为2.5L塑料瓶;5.铜线长(琢磨每道题的编制目的;典型、有针对性)