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分析《运用U—I图像培养应用数学处理物理问题能力》

分析《运用U—I图像培养应用数学处理物理问题能力》

作者: 樱_子 | 来源:发表于2022-11-30 16:32 被阅读0次

本论文是2020年.4月《物理教学》中的一篇论文,作者是广东番禺中学的刘老师。摘要讲述了通过小灯泡的U-I图像使学生具体学会哪些东西,如获取信息、讨论外电路总功率问题等,从而达到哪些作用。总之,摘要就是讲述本论文的内容以及作用。关键词就是论文中常出现的重要词语、词组、短语,通常为3-5个。

正文开头分别从“课程标准”与《考试大纲》讲述了灯泡伏安曲线与应用数学解决问题的重要性。然后讲述教师在实际教学中对该曲线挖掘不够深入,分析其中的原因,说明其与培养核心素养背道而驰。然后提出问题,如何通过灯泡的伏安曲线培养科学思维、发展运用数学处理物理问题的能力。也就是说,阐述你写的论文有什么作用,能解决什么问题,以及通过什么方法解决问题。

正文第一部分段举一个实例,首先从图像信息的获取与应用方面考察。已知灯丝电阻与温度的函数关系,已知I-U图像等,计算灯泡正常工作时灯丝的电阻。我的分析:根据题意,可以计算比例常数,再根据图像计算出正常工作时灯丝的电阻,代入函数式,计算出此时的温度;我认为考察的内容:很基本的对图像的认识、对函数的数学运算以及分析推导能力,也就是科学思维的能力。作者从“展示题目、案例分析、案例解释与案例反思”的角度进行阐述。特别是作者在案例反思中谈到两点,一是谈到该题的思维障碍点,就是通过非正常时的电阻与温度,计算出比例常数;二是谈到对计算结果的延伸,通过计算,发现灯丝的电阻在不同的工作状态(常温与正常工作时)的电阻差别,这个差别是由于温度不同导致电阻率的差别,且温度相差很远。学生对这个没有准确的概念,通过问题科学呈现,使学生形成稳固的、深刻的观念——物理观念是物理概念与规律在头脑中的提炼与深化,是解释自然现象与解决实际问题的基础。

我的感受是,普通的老师在讲解题目时就讲解而讲解,目的只是教学生解答问题,仅此而已,可是作者站在更高的角度,通过解题帮助学生提高科学思维能力,形成物理观念,促进学生核心素养的提高——可见习题课也可以提升核心素养。

正文第二部分段把灯泡与变阻器串联,计算灯泡实际功率的最小值与最大值。我的分析:当变阻器连入电阻最大时,电路电流最小,则灯泡的功率最小;当变阻器连入的电阻最小时,电路电流最大,则灯泡的功率最大。如何计算功率大小呢?实际上这是两个电路,需要找到两个电路的工作点——这就是工作点法。分别作出变阻器连入阻值最大与最小时的电源的U-I曲线,注意当变阻器电阻为0时,电源电动势为4V,内阻为1Ω,当变阻器电阻为最大9Ω时,电源电动势依然为4V,内阻可以看成变阻器串联的总电阻10Ω。作出对应两个电源的I-U图像,交点即为工作点,则灯泡的实际功率可以计算出来。

我的感想:通过推理,作两个图像,是科学推理,也就是提高科学思维的过程;题目中纵坐标较短,给物理问题设置了数学上的障碍,体现了图像与数学解答物理问题的应用,需要学生正确应用数学知识解答问题;等效思想是物理学的重要思想,题目中将变阻器看作电源的一部分,抽象出电源与灯泡串联的模型才能使用交点法正确解答。总之,一道题特别是相同题目的拓展题目时,需要深入挖掘解题背后的方法与思想,所以说解题实质上是解决问题的过程,一定需要站在更高的角度即核心素养的角度进行备课,这不管对于学生还是老师,都是大有裨益的。

正文第三部分问题为并联多少个灯泡,灯泡的总功率最大,最大是多少。我的分析:灯泡的功率最大,也就是指电源的输出功率最大,根据功率的推导公式,得出当外电阻即灯泡的并联电阻等于电源内阻时,也就是灯泡并联的外压等于内阻的内压时,灯泡功率最大;根据I-U图像,很容易找到当电压为1.9V时,灯泡的电压与电流,从而计算出电阻;再根据并联电阻的规律,就很容易计算出需要并联2个灯泡以及灯泡的功率。本题的难点在于明确内压等于外压,知道用图像找到灯泡的电压与电流,从而计算出电阻,注意要计算出此时的电阻,不是正常工作的电阻。

我的感受是,一定需要分析推理能力,本题的关键是根据外电阻等于内电阻,得出外电压等于内电压,再根据图像,找到灯泡1.9V时的电流与电阻,从而计算出灯泡的个数。先要会推导,才有意识得从图像中寻找信息。

正文的第四部分同样是计算灯泡的功率,此时是两个灯泡串联,实际工作点怎么找呢?我的分析:与第二部分一样,同样可以把灯泡拆开,看成只连2V电源的情况,通过灯泡的伏安特性曲线与电源的I-U曲线,交点即为工作点,即可计算出两个灯泡的功率。当然也可以将两个灯泡看成一个灯泡,重新作I-U图像(不过怎么作也是个问题)。总之,不管哪种方法,都需要看成一个灯泡与电源的串联,通过工作点法计算出功率。

我的感受:什么是等效法与思想,它是在保证效果相同的前提下,用熟悉的、简单的物理对象、过程、现象代替陌生的、复杂的对象、过程、现象。如合力与分力、合运动与分运动、电阻的测量、还有本题中的用一个灯泡代替两个灯泡,用两个电源代替一个电源等,还可以将并联的灯泡,看成一个灯泡与2r的电源串联,都运用到等效的思想方法。

纵观这篇论文,从选题的针对性上、从内容的丰富上、从思想的深刻度上、从文字表达与排版上,都是一篇可以让人学习的论文。

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