摘 要:基于初中物理量单位的教学,在抓住基本单位教学的同时,因势利导,按照物理规律熟练掌握导出单位,从而达到事半功倍的教学效果。
关键词:物理量单位;基本单位;导出单位;探析
一、现行初中教材中涉及的物理量单位
在“测量的初步知识”中,先提到了最常见的物理量单位“米”。以“米”为长度测量的基本单位,并介绍了由“米”派生出来的比“米”长或短的单位,诸如“千米”“分米”“厘米”等单位。而在书中出现了这么一句话:“测量任何物理量都必须先规定它的单位”,强调学习物理时物理量单位的重要作用。但应明确认识到,对于整个中学物理学习来说,“规定”只不过是引用了国际标准物理单位进行物理测量、计算、分析。
在学习“速度”一节时引入速度单位,它是学习简单运动必须用到的物理量单位。它是由时间单位和长度单位复合而成,严格说应为“速率”单位。“声现象”和“热现象”的章节中,出现了声强单位“分贝”(dB)和热力学温度“开尔文”(k),基本上体现了在这两个物理分支的最重要单位。
在学习物质的“质量”和“密度”中,出现了体积、密度、质量三个物理量单位,其中质量单位为“千克”或“克”。而质量单位与时间单位、长度单位则构成了物理学中力学部分的基本单位。在“力的初步知识”和“压强”两章中,又涉及了力学的常见单位“牛顿”“帕斯卡”,还有一个重力加速度g=9.8牛顿/千克(书中认为g为重力常数)出现,而后又学习了功的单位和功率的单位“瓦特”(W)。
在热学部分中,出现了热量单位焦耳和比热单位“C”。在电磁学部分中分别出现了电流强度单位“安培”、电压单位“伏特”和电阻单位“欧姆”,加上一个属于能量范畴的“焦耳”“千瓦时”“瓦特”,构成了初中物理学中电学部分的物理量单位体系。
二、物理量单位的分类
国际基本物理量有七个,分别是:长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度,对应的基本物理单位是:长度单位米(m)、质量单位千克(kg)、时间单位秒(S)、电流强度单位安[培](A)、热力学温度单位开[尔文](K)、物质的量单位摩[尔](mol)、发光强度单位坎[德拉](cd)。除了这七个基本单位以外,其他物理量单位均为导出单位。
三、有效实施初中物理量单位教学
1.理清基本单位和导出单位的物理内涵
在初中物理学习阶段,有时间、质量、长度、电流强度、热力学温度的单位分别属于基本单位,其他单位按计量单位学提法则是由物理定义、公式、定律推导出来。例如,速度单位为长度和时间两个单位复合而成,即由公式“v=s/t”公式求出来的;很明显看到,它的单位由长度(路程)单位m和时间S来确定。设路程为s=5米,时间为t=2秒,则由v=s/t=5米/2秒=2.5米/秒。如果s=5千米,时间t=2小时,则由公式“v=s/t=5千米、2小时=2.5千米/小时”。可见“米/秒”和“千米/小时”都是速度v的单位,当然由于路程和时间还有其他形式,那么速度的单位也可以出现其他形式。在物理量单位与现实应用也有一定的差距。为此,我们也应注意对表示同一物理量的不同单位间的换算问题。在换算中,应科学地以国际单位为标准、为核心,其他则从属于此。例如,时间单位的国际单位为“秒”,但实际上还有诸如分钟、小时、天、年等单位出现。在这样现实与学习中差距较大的情况下,可以引导学生有系统的认识思维,达到灵活地对同样作为时间单位的不同单位间地换算。
2.导出单位的灵活运用是对物理定义、规律、定律完整理解的手段
导出单位一般可用复合单位表述出来,也有许多常用的专门单位。如压强单位“帕斯卡”,它同样可以写成“牛顿/米2”的形式。当写成“牛顿/米2”时,不难看出它的单位是由力的单位牛顿和面积单位平方米相比得出来,从而得到压强的公式为p=F/s。又如,力的单位“牛顿”,可以用动量定理或牛顿定律或万有引力公式来表达出来,而这个单位真要描述出来却十分复杂,而其他纯粹出现用复合单位形式表现的单位,如速度、密度等单位,更易于反过来联想到相应的物理定义、公式的形式,这在一定程度上又逆向加强了学生对公式的记忆,也激发了学生发散思维的能力。
3.复杂物理量单位的教学应避重就轻,掌握实质
在物理学中,有一些比较复杂的单位,不易于简单地掌握。此时,教师应该积极引导学生就已有物理概念和单位深入浅出地教学,避重就轻,掌握其实质。
例如,单位“焦耳”,它既是功的单位,又是热量的单位,因此可以理解为可用同一个单位“焦耳”来体现出来的热量与功之间可以在实质上一致,也更好地学好能的转化与守恒定律。
解决电功与热量问题时,比如“用电功加热冷水”之类的问题。往往问题总在“千瓦时”与“焦耳”之间展开,最终以焦耳为标准,把电功的“千瓦时”转化为“焦耳”,即由“w=Q”公式求解。当然“Q”知道后,还可以用“Q=cmΔt”求出方程右边的未知量。如果比较熟练了以后,还可以直接得出“UI=cmΔt”公式。(公式中u为电压、I为电流,c为比热、m为质量、Δt为温度化量,单位均用国际单位。)所以在初中物理中,“焦耳”亦成为重要而难以掌握的单位。所以在教学中,应逐步让学生形成“功→能→热量”三者之间以“能”为桥梁,而能的单位为焦耳。这样同时也要求我们能积极帮助学生开拓思维,打破定式思维,让学生在实质问题上完全了解掌握。
四、小结
初中教师在进行物理量单位的教学时,应分清物理学中的基本单位和导出单位,按照物理规律进行教学,从而达到事半功倍的教学效果。
参考文献:
1.廖伯琴.义务教育教科书物理八年级全一册[M].上海:上海科技出版社,2012.06.
2.陈信义.大学物理教程(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2008.09.
(作者单位:广西平桂一中)