張永玲

【摘要】對(duì)于物理理論而言，物理定律是其建立的基礎(chǔ)。在物理課程學(xué)習(xí)中，需要了解和掌握大量的物理定律，老師的主要任務(wù)就是幫助學(xué)生掌握物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生物理意識(shí)。在針對(duì)庫(kù)侖定律開(kāi)展教學(xué)時(shí)，老師要幫助和引導(dǎo)學(xué)生透徹理解物理定律，明白它的探索、建立以及發(fā)展過(guò)程，認(rèn)識(shí)物理定律揭示事物的本質(zhì)、內(nèi)在規(guī)律以及規(guī)律的重要性，提升對(duì)物理定律的重視程度，提高物理水平。

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)史 ? 庫(kù)侖定律 ? 物理定律教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G633.7【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1992-7711（2020）28-159-02

物理定律指的是通過(guò)觀察以及實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。物理定律在各個(gè)不同的角度說(shuō)明了事物之間的內(nèi)在聯(lián)系、本質(zhì)以及規(guī)律。物理定律是物理理論創(chuàng)建的基礎(chǔ)，同時(shí)也是檢驗(yàn)物理理論是否為真理的標(biāo)準(zhǔn)。所以，老師要重視物理定律教學(xué)，特別是在學(xué)習(xí)庫(kù)侖定律時(shí)，老師應(yīng)該以該定律發(fā)展的歷史為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)教學(xué)方案，在教學(xué)過(guò)程中，著重突出庫(kù)侖定律的內(nèi)涵以及外延，研究庫(kù)侖定律的建立經(jīng)過(guò)和發(fā)展過(guò)程，讓學(xué)生深刻感受到科學(xué)家們的創(chuàng)造性思維，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)化的物理認(rèn)知體系。

一、物理定律及規(guī)律教學(xué)

（一）物理特點(diǎn)和規(guī)律

通過(guò)物理規(guī)律可以看出物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同要素之間存在的必然聯(lián)系。表現(xiàn)在一定的物理狀態(tài)下或者某個(gè)物理過(guò)程中各個(gè)相關(guān)要素之間必須要遵守的某種關(guān)系，一般包括物理定律、物理定理、物理法則等。

物理規(guī)律的特點(diǎn)可以在三個(gè)不同的方面進(jìn)行概括。首先，物理規(guī)律可以反映出物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)中各個(gè)要素之間存在的必然聯(lián)系。其次，物理規(guī)律是邏輯思維和想象、觀察和實(shí)踐結(jié)合到一起的產(chǎn)物，物理規(guī)律中介紹的關(guān)系是客觀存在的，在這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，物理規(guī)律無(wú)法被“創(chuàng)造”，只可以被他人發(fā)現(xiàn)，然而通過(guò)大量物理實(shí)驗(yàn)的分析和觀察，一些物理學(xué)家認(rèn)為需要利用科學(xué)的想象力和思維，重點(diǎn)表現(xiàn)出主要因素，忽視次要因素，建立物理模型可以預(yù)測(cè)以及解釋各種物理現(xiàn)象，在這個(gè)方面來(lái)看，物理規(guī)律是經(jīng)過(guò)人類加工而得到的產(chǎn)物。最后，物理規(guī)律具有局限性以及相似性的特點(diǎn)，得到相似性這一特點(diǎn)主要是因?yàn)槲锢砝碚撃Ｐ褪呛?jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程而得來(lái)的，操作物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，微觀量的上升或下降會(huì)使宏觀量產(chǎn)生誤差。

（二）物理定律教學(xué)

在物理課程中，概念為基礎(chǔ)，規(guī)律為中心，方法為橋梁。物理定律具有多樣化的內(nèi)涵以及外延，在物理教學(xué)的過(guò)程中，不要只要求學(xué)生掌握物理定律內(nèi)涵和使用物理規(guī)律解答問(wèn)題，而是要引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生在不同角度去觀察物理規(guī)律，體會(huì)和了解物理規(guī)律的來(lái)源以及發(fā)展經(jīng)過(guò)，感受物理規(guī)律中的創(chuàng)造性思維，學(xué)習(xí)各種物理研究方法，幫助學(xué)生建立創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力。

總的來(lái)講，發(fā)現(xiàn)及建立物理定律需要三個(gè)階段，首先，通過(guò)觀察某些現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)物理定律，針對(duì)觀察的現(xiàn)象提出相應(yīng)的研究課題，相關(guān)人員猜測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，根據(jù)各種猜測(cè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，詳細(xì)測(cè)量并記錄大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，全面分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到物理規(guī)律。其次，在得到新物理規(guī)律后，重新定義物理量，根據(jù)物理量給予定量表達(dá)形式，接下來(lái)判斷和分析確保物理定量成立的條件以及可以使用的范圍，在使用范圍內(nèi)詳細(xì)研究物理定律的準(zhǔn)確度。完成上述階段后，詳細(xì)分析和討論物理定律的理論地位、發(fā)展歷程以及應(yīng)用范圍。

二、以“庫(kù)侖定律”為例分析教材以及教學(xué)現(xiàn)狀

（一）詳細(xì)分析教學(xué)內(nèi)容以及教材內(nèi)容

“庫(kù)侖定律”相關(guān)知識(shí)是教材《靜電場(chǎng)》這節(jié)內(nèi)容的一部分?！皫?kù)侖定律”指的是電磁學(xué)中的一項(xiàng)基本定理，該定律介紹了帶電體之間互相作用的規(guī)律，為電磁學(xué)打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也是物理學(xué)中十分關(guān)鍵的一個(gè)定律。

課本中第一步演示了影響電荷間相互作用力因素的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在有趣的實(shí)驗(yàn)中大致了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的欲望和興趣;在第一步的基礎(chǔ)上，向?qū)W生介紹建立庫(kù)侖定律的歷史背景，讓學(xué)生明白科學(xué)定律不能僅依靠實(shí)驗(yàn)建立，還需要進(jìn)行創(chuàng)新及推理;第三步，介紹并說(shuō)明庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路以及實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、方法。第四步，創(chuàng)設(shè)“科學(xué)漫步”板塊，讓學(xué)生通過(guò)這個(gè)板塊認(rèn)識(shí)靜電噴漆、復(fù)印以及植絨的內(nèi)容。

（二）過(guò)去物理教學(xué)中存在的問(wèn)題

通過(guò)相關(guān)教學(xué)實(shí)踐以及文獻(xiàn)研究，筆者認(rèn)為在庫(kù)侖定律教學(xué)中存在下述幾個(gè)問(wèn)題。首先，定量以及定性研究結(jié)合到一起形成了庫(kù)侖定律這種產(chǎn)物，在實(shí)際教學(xué)中，完成定性演示實(shí)驗(yàn)后直接告知學(xué)生庫(kù)侖定律的內(nèi)容，這種方法無(wú)法讓學(xué)生更加全面的認(rèn)識(shí)庫(kù)侖定律，不符合庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。其次，在實(shí)際教學(xué)中，說(shuō)明了庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)只能證明電斥力的平方反比律，沒(méi)有說(shuō)明如何證明電引力，很多學(xué)生對(duì)這項(xiàng)內(nèi)容存在疑惑，該問(wèn)題也是教學(xué)中可以利用的問(wèn)題。最后，沒(méi)有充分表現(xiàn)出庫(kù)侖定律在電磁學(xué)中的重要地位，可以讓一些物理水平較高的學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充。

三、在物理學(xué)史角度兼談庫(kù)侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)置物理情境，建立科學(xué)問(wèn)題

在針對(duì)“庫(kù)侖定律”進(jìn)行教學(xué)時(shí)，老師可以創(chuàng)設(shè)物理情境。在課堂開(kāi)始時(shí)老師可以對(duì)學(xué)生說(shuō)：“在上節(jié)課我們了解了電荷之間有互相作用力，但是力的大小、方向以及形式是如何呢？這節(jié)課我們分析和研究這些內(nèi)容，那么下面先請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)一下，電荷間相互作用力大小與什么因素存在關(guān)聯(lián)呢？”有些學(xué)生認(rèn)為與帶電量有關(guān)，有些學(xué)生認(rèn)為與距離遠(yuǎn)近有關(guān)。這時(shí)老師可以對(duì)學(xué)生說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題也困擾了一些18世紀(jì)的物理學(xué)家，像是庫(kù)侖、卡文迪許等，在1747年的時(shí)候，富蘭克林就開(kāi)始進(jìn)行猜想和實(shí)踐，到了1760年的時(shí)候，伯努利猜測(cè)電力遵守平方反比規(guī)律，接下來(lái)還有一些物理學(xué)家針對(duì)這一疑惑進(jìn)行猜測(cè)和實(shí)驗(yàn)，但是最后由庫(kù)侖完善的這一實(shí)驗(yàn)，并得出相應(yīng)結(jié)論”，然后給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，探求電荷間相互作用力大小與什么因素有關(guān)。提前準(zhǔn)備兩個(gè)同時(shí)貼有鋁箔的泡沫球，兩個(gè)泡沫球分別為P1及P2。使用起電機(jī)為金屬球通電，將P1和金屬球放到一起，使P1帶電，將P1和P2放置到一起，使兩個(gè)泡沫球平分電荷，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以看出，當(dāng)兩個(gè)泡沫球平衡時(shí)，P1偏離豎直位置的角度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P2，通過(guò)這個(gè)現(xiàn)象可以說(shuō)明受電力F1大于F2，也就是距離電荷越遠(yuǎn)，電力就越小。增加帶 球的電荷量，偏離角度同時(shí)也會(huì)增加，這說(shuō)明電荷間力和電荷量存在密切聯(lián)系，電荷量加大，相互作用力也隨之變大。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，老師可以進(jìn)行總結(jié)：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以充分說(shuō)明電荷間相互作用力與哪些因素有關(guān)，該實(shí)驗(yàn)是對(duì)電荷間相互作用力的定性認(rèn)識(shí)，而庫(kù)侖定律是定量說(shuō)明?！?/p>

（二）追溯物理學(xué)史，形成庫(kù)侖定律

在為學(xué)生介紹庫(kù)侖定律前，老師可以帶領(lǐng)學(xué)生追溯物理學(xué)史。首先為學(xué)生介紹在庫(kù)侖之前，人類就開(kāi)始探索電力遵循的規(guī)律，科學(xué)家富蘭克林將細(xì)線掛著的帶電軟木球放置在帶電金屬筒外側(cè)時(shí)，因?yàn)槭芰?dǎo)致軟木球出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，將帶電軟木球放置在筒內(nèi)時(shí)，小球因?yàn)闆](méi)有受力而出現(xiàn)豎直下垂的現(xiàn)象。富蘭克林將這一現(xiàn)象告知普利斯特利，普利斯特利想到了牛頓提出的萬(wàn)有引力，他認(rèn)為富蘭克林發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象類似于萬(wàn)有引力的現(xiàn)象，所以他認(rèn)為電力和萬(wàn)有引力存在一些共同點(diǎn)，兩者應(yīng)該同時(shí)具備與距離平方成反比的特點(diǎn)。羅比遜利用定量實(shí)驗(yàn)分析和研究電力和距離之間的關(guān)系，借助轉(zhuǎn)臂裝置分析相同電荷斥力類似于平方反比規(guī)律。在這時(shí)，電力規(guī)律依舊處在思考階段，期間還有一些物理學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而最后庫(kù)侖通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了電力規(guī)律。

（三）培養(yǎng)學(xué)生類比意識(shí)，使學(xué)生透徹理解庫(kù)侖定律

庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律存在一些相似之處，兩者同時(shí)滿足平方反比律，然而兩者也存在一些不同之處，萬(wàn)有引力定律不存在斥力作用，只具備引力作用，而庫(kù)侖定律一方面具備斥力作用，另一方面還具備引力作用，所以，靜電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)屏蔽，引力場(chǎng)不能屏蔽，根本區(qū)別為質(zhì)量只有一種正質(zhì)量，而電荷存在兩種電荷。不管是電荷量，還是質(zhì)量，兩者同時(shí)為物質(zhì)的內(nèi)在屬性，然而兩者的不同之處有三點(diǎn)：第一點(diǎn)，電荷存在正反兩種，質(zhì)量只有正質(zhì)量。第二點(diǎn)，電荷量不存在相對(duì)論效應(yīng)，而質(zhì)量恰好相反，假如電荷量存在相對(duì)論效應(yīng)，那么引力將無(wú)法支配宇宙。第三點(diǎn)，電荷為量子化，而質(zhì)量為非量子化，它是連續(xù)的。

四、總結(jié)語(yǔ)

在物理教材中，以庫(kù)侖定律為基礎(chǔ)，加入了一些課外知識(shí)，給學(xué)生提出了一些具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，這主要是為了協(xié)助學(xué)生建立系統(tǒng)化的知識(shí)框架，讓學(xué)生切實(shí)感受到物理課程的發(fā)展性，通過(guò)積極探索和研究，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)能力及問(wèn)題意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

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