浅谈高中物理矢量概念的建立

2021-02-11王腾

广东教学报·教育综合 2021年142期

王腾

【摘要】高一年级的物理教学中，矢量是一个非常重要的概念，它贯穿在整个物理学习中，是学生学习物理的基础，教师必须抓住各种教学资源，由浅入深地讲解好位置、位移、速度、加速度等物理量的矢量性，并结合生活实际应用让学生深入体会，为今后学习打下牢固基础。

【关键词】矢量;位置坐标;位移;加速度

学生从初中进入高一年级学习物理，物理学习的特点发生了巨大变化，除了知识量和理解难度上的区别，更重要的是很多知識点由定性认识到了定量计算，这就带来了很多认识方法的提升，和解决问题能力的变革，最为突出的就是矢量概念的引入，使得坐标、数轴具有了更新的意义和广泛的应用，为初中学习过的路程、速度等物理量拓宽了内涵，也相继引入了一大批物理量，比如位移、加速度等等。教学中，由浅入深地讲解好位置、位移、速度、加速度等物理量的矢量性，并结合生活实际应用让学生深入体会，为今后学习打下牢固基础。

一、位置坐标轴上的矢量性

高中物理必修1《时间和位移》这一节为我们很好地提供了理解矢量这一概念的素材，就看我们如何挖掘？抓住位置的确定、位移的计算，位置和位移方向的判断，来深入体会矢量的意义。

（一）数形结合表位移

在以下位置坐标中，设A地为坐标原点建立位移数轴，分别设B地、C地、D地，和E地的位置如下图。

首先，物体从B地运动到D地，计算位移为ΔX= 4-1=3米。

然后，物体从D地运动到B地，计算位移为ΔX= 1-4=-3米

通过对比，让学生明白位置变动的大小和方向，既可以通过代数的方法来表示，也可以通过图示来反映。

（二）选取负位置的变动来对比位移大小和方向

接下来，将正的位置坐标换为负的位置坐标，拓宽位移的应用。例如，物体从E地运动到C地，计算位移为：

ΔX=（-2）-（-5）=3米。这和B地运动到D地的结果一样，立即画出B到D和E到C的位移矢量，让学生对比为什么负位置和正位置计算位移时结果一样，观察得出本质原因是这两种运动情况的位移大小和方向相同。

紧接着，再举例：物体从C地运动到E地，计算位移为：

ΔX=（-5）-（-2）=-3米。这和D地运动到B地的结果一样，同理。也画出D到B和C到E的位移矢量，进一步加深位置坐标的大小和正负，与位移大小和方向的区别。

（三）选取正负位置之间的变动来深入体会位移的矢量性

在以上两类例子的基础上，选取负位置的C地和正位置的B地来进行位置变动的举例：

首先，物体从C地运动到B地，计算位移为：

ΔX=1-（-2） =3米。

然后，物体从B地运动到C地，计算位移为：

ΔX=（-2）-1=-3米

这时，引导学生自主画出C到B的位移矢量，让学生用C到B的位置矢量和E到C，以及B到D对比矢量图和代数计算结果，自然容易得到只要位置变动的大小和方向相同，则位移就相同。同理，也可以让学生用B到C的位置矢量和C到E，以及D到B对比矢量图和代数计算结果，得出位移的大小和方向不受正负位置的影响。从而，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变的快慢和方向

要能够清楚并牢固的建立起加速度的概念，必须狠狠地抓住加速度的矢量性，这一点，在高中物理必修1《速度变化快慢的描述-加速度》一节教材中，有突出的体现。深入挖掘教材，组织教学，解决好以下问题：

（一）加速度是什么

明确物体加速或者减速的原因是获得了加速度，而加速度是物体速度的变化量与所用时间的比值，它反映了速度变化的快慢。

（二）速度增减的秘密

强化了引入加速度的意义后，牢牢的把握住加速度的方向就是速度变化量的方向，那么，速度要增加，必须初速和加速度方向一致;速度要减小，必须初速和加速度方向相反;加速度方向与速度方向的关系是速度增减的唯一判据。

（三）加速度矢量大小和方向的辨别

首先，加速度的大小表示了每秒内速度变化量的大小，加速度的值大表示速度变化快，加速度的值小表示速度变化慢。加速度的值恒定不变表示运动物体的速度是均匀变化的，加速度的值增大表示速度变化越来越快，加速度的值减小表示速度变化越来越慢。

然后，清楚地辨别加速度的方向和速度方向的关系，才是判断运动物体速度增减的关键。

三、结语

以上着重用位移、加速度概念的建立和应用，来阐述矢量概念的建立在高中物理学习中的意义和重要性。

【本文系广东教育学会学校特色教育专业委员会个人课题“基于核心素养的高中物理结题策略研究”成果（课题编号：GDTSKL）】