比值定义法在高中物理教学中的应用研究

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(曲阜师范大学附属中学)

物理概念是构成物理知识的基础，学生正确理解、掌握物理概念是学好物理的前提和基础。在教学中只有让学生搞清楚引入物理概念的真正意图，才能使学生主动深入地了解所要研究的问题，才能使学生真正掌握物理概念的内涵。在学生对基本概念的理解和应用的过程中，渗透着物理研究的科学思维和科学方法，在高中物理学中引入用比值法定义物理量的研究方法，在整个高中物理学中具有很重要的意义。

一、比值定义法概念

比值定义法，就是在定义一个物理量的时候采取比值的形式定义。用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例。比值定义法的基本特点是被定义的物理量往往反映物质的最本质属性，它不随定义所用的物理量的大小而改变。对于被考察的未知量，先设法寻找一些外界因素来表示其特征与属性，再借助实验寻求一个仅与物质或物体的某种属性特征有关的两个或多个可以测量的物理量的比值，就能确定一个表征此种属性特征的新物理量。

二、两种比值定义法

应用比值定义法定义的物理量，依据其意义的不同，可以分为两种类型：一类是两个或多个物理量的比值是个常数，或是个定值，属于性质量；另一类是描写物体或物质外在的状态、外在的作用强弱等，而并不反映其自身固有性质，属于状态量。这两类用比值定义的物理量在教学中是有差异的。

1.应用比值法定义属于性质量的物理量

应用比值法定义属于性质量的物理量，往往需要一定的条件：一是客观上需要，二是间接反映特征属性的两个物理量可测，三是两个物理量的比值必须是一个定值。值得注意的是，教学中如果仅依据分析某一事物的某一现象或某种性质时得到的单个(或同样)比值来定义相应的比值量，而不是将诸多事物的同一性质或者将同一事物的不同现象进行对比，就会造成该比值量的引入缺乏充分的基础，学生也就不容易深刻理解相应概念的内涵。学生只有对几个不同的研究对象某方面属性从定性到定量的比较有了清楚的认识，才会感到反映该属性(特性)的性质量的引入是自然而然的。

2.应用比值法定义属于状态量的物理量

对于用比值定义的描写物体或物质外在的状态、外在的作用强弱等的状态量，其相关因素可以不一定成正比。应用比值法定义属于状态量的物理量，往往只需要两个条件：一是客观上需要，二是间接反映特征属性的两个物理量可测。但在教学中要注意充分还原与展现比值法引入物理量的过程，否则学生会感到难以理解。

三、高中比值定义几个典型物理量的特点

(一)匀速直线运动物体的速度v

1.定义：在匀速直线运动中，物体通过的位移s与所用时间t的比值叫做匀速直线运动的速度。定义式为：v=s/t。

2.物理意义：描述物体运动的快慢。

3.特点：匀速直线运动的速度是恒定不变的，即v是确定的，与s和t无关，既不随s的增大而增大，也不随t的增大而减小。因而不能这样叙述：匀速直线运动的速度与位移成正比，与时间成反比。

(二)匀变速直线运动的加速度a

1.定义：在匀变速直线运动中，物体速度的变化△v与所用时间△t的比值叫做匀变速直线运动的加速度。定义式为：a=△v/△t。

2.物理意义：描述物体速度变化的快慢。

3.特点：匀变速直线运动的加速度是恒定的，即a与△v和△t无关，而是由物体受到的合外力和物体的质量共同决定的。

(三)电场中某点的电场强度E

1.定义：放入电场中某点的电荷(也叫检验电荷)受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做电场在这一点的电场强度。定义式为：E=F/q。

2.物理意义：描述电场的强弱。

3.特点：一个电场一旦确定了，电场中某点的电场强度也就确定了，由电场及该点在电场中的位置决定。在该点放上不同的电荷，它受到的电场力将不同，但电场力F跟它的电荷量q的比值是不变的，即电场中某点的电场强度与放在其中的检验电荷无关，与检验电荷受到的电场力也无关。即使在该处不放电荷，该出的电场依然存在，电场强度仍为定值。

(四)电容器的电容C

1.定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极间电势差U的比值叫电容器的电容。定义式为：C=Q/U。

2.物理意义：表征电容器容纳电荷的本领。

3.特点：对于固定电容器，其电容是不变的。即电容器容纳电荷的本领是由电容器本身决定的，不取决于电容器所带的电荷量多少和两极间电势差的大小，即使电容器不带电，两极间不加电势差，其电容也是存在的。

(五)导体的电阻R

1.定义：加在导体两端的电压U与流过导体的电流I的比，叫做导体的电阻。表达式为：R=U/I。

2.物理意义：表征导体对电流的阻碍作用。

3.特点：一段确定的导体，对电流的阻碍作用是确定的，与导体两端的电压、流过导体的电流无关。导体的电阻，由导体的材料、粗细、长短及温度决定。

(六)磁场中某处的磁感应强度B

1.定义：在磁场中某处，垂直于磁场方向放置的一小段通电直导线，受到的安培力F，跟电流I和导线长度L的成绩IL(称作电流元)的比值，叫该处的磁感应强度。定义式为：B=F/IL。

2.物理意义：描述磁场的强弱。

3.特点：在磁场中某处，垂直于磁场方向放入相同长度(L)的直导线，通入不同的电流I，该导线受到的安培力F不同，但F/IL是一个恒量；在该处放入不同长度(L)的直导线，通入相同的电流I，该导线受到的安培力F不同，但F/IL仍是一个恒量，且两种情况下的恒量是相同的。这说明磁感应强度B，与通电直导线受到的安培力F、电流元IL无关，是由磁场本身决定的。

通过对以上几个量的分析可知，它们有一个共同的特点，即表征物质某一方面的性质，由所表征的物质决定，它的大小与物体自身的性质有关，与定义它的其他物理量并无直接的关系。牢牢抓住这一特点，在教学中就要正确无误地说明物理量的定义，明确指出此类物理量的特点，列举实例说明分析这一特点，突出决定性的因素，澄清认识。各物理量都有其特定的物理意义，教学中要进行深入细致的分析，反复举例说明，抓住特征，理解概念。采用类比法教学也能收到较好的效果。例如，学生理解了匀速直线运动的速度是不变的，在教授其它几个类似的物理量时，就可以和它进行对比说明，往往会收到事半功倍的效果。

总之，在教学中讲解用比值法定义的物理量时一定要让学生认识到被定义的物理量是反映了物体或物质的物理属性，理清物理知识的内涵，切忌被数学符号形式化，忽视了物理量的丰富内涵，只有从量度公式中揭示所定义的物理量与相关物理量的真实依存关系和物理过程，才能达到对知识的真正理解。当然物理概念来源于生活实际，授课时要让学生明白现实生活中的一些物理量之间的比值是有意义的，新物理量的名称只是为了区分这些具有不同意义的比值。学生只有明白引入某一物理概念的真正意图，才能对要研究的问题有深入的了解，才能说真正地掌握了一个物理概念。