矢量的概念是中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校物理學(xué)科諸多概念中貫穿整個(gè)教材始終的重要概念。對(duì)學(xué)生來說,矢量問題是一個(gè)容易疏忽、不好理解的難點(diǎn),準(zhǔn)確掌握每個(gè)物理量的標(biāo)、矢性質(zhì)對(duì)把握物理量的特點(diǎn),理解物理量的內(nèi)涵,靈活運(yùn)用物理量解題,以及正確建立和分析物理情景等都非常重要。這就要求教師在日常教學(xué)的過程中采取有效措施,有意識(shí)地從各方面幫助學(xué)生建立、明晰、把握并善于運(yùn)用矢量的概念。
一、充分利用教材,幫助學(xué)生建立矢量概念
中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校的物理學(xué)科一般針對(duì)初中起點(diǎn)的學(xué)生群體開設(shè),對(duì)于剛剛學(xué)完初中物理,基礎(chǔ)偏弱,并且尚未接觸高中物理的職校學(xué)生來說,矢量問題是一個(gè)從未接觸過的全新概念。經(jīng)過初中物理的學(xué)習(xí),他們已經(jīng)習(xí)慣了認(rèn)識(shí)一個(gè)有大小、有單位的物理量,卻不習(xí)慣于去把握一個(gè)物理量的方向,而且物理課程進(jìn)度的滯后和物理知識(shí)的不夠扎實(shí)往往也會(huì)影響學(xué)生的認(rèn)知和運(yùn)用能力。這就更加要求教師利用教材,幫助學(xué)生從零開始去建立矢量的概念。勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室于2005年5月出版的《全國中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校通用教材物理(第四版)》在各個(gè)章節(jié)對(duì)矢量問題都有要求。
教材首先在第一章給出了矢量的概念:在物理學(xué)中,把既有大小又有方向,且它的合成遵守平行四邊形定則的物理量叫做矢量。而只有大小沒有方向的物理量叫做標(biāo)量。
教材在此處只是簡單給出了矢量和標(biāo)量的概念,為了讓學(xué)生準(zhǔn)確理解和建立矢量和標(biāo)量的概念,僅強(qiáng)調(diào)矢量有方向還不足以說明它的特點(diǎn),必須指出矢量運(yùn)算遵循平行四邊形定則或三角形定則。因?yàn)槟承?biāo)量也常常帶有“方向”二字,如電流強(qiáng)度的方向,這里的“方向”完全是指其物理意義,即正電荷的流向,它的運(yùn)算只能按標(biāo)量運(yùn)算的規(guī)則進(jìn)行,不符合平行四邊形定則或三角形定則。所以電流是標(biāo)量,不是矢量。
二、類比相近題型,掌握進(jìn)行矢量運(yùn)算的正確方法
(一)同一直線上的矢量運(yùn)算
教材指出,如果幾個(gè)矢量處在一條直線上,就可以設(shè)定一個(gè)正方向,用正號(hào)或負(fù)號(hào)來表示矢量的方向:矢量方向與正方向相同時(shí)取正值,矢量方向與正方向相反時(shí)取負(fù)值。教材同時(shí)給出一個(gè)實(shí)例:
(二)不在同一直線上的矢量的合成與分解
合成與分解是矢量問題的難點(diǎn)。無論是合成還是分解都遵循平行四邊形定則或三角形定則,在力的合成與分解中,教材講述得很詳細(xì),在此不再詳述。
(三)計(jì)算題中求解一條直線上矢量問題的基本步驟
我們?cè)诮忸}時(shí)所運(yùn)用的公式往往有幾個(gè)矢量,如勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度的定義式,勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移和速度公式,等等,這樣規(guī)定一個(gè)正方向,將矢量轉(zhuǎn)化為代數(shù)量運(yùn)算就顯得很有必要了。教材的第二章在講解加速度的概念時(shí),詳細(xì)地比較了不同情況下矢量問題的求解。教材首先指出:加速度是矢量。直線運(yùn)動(dòng)中,通常規(guī)定初速度方向?yàn)檎较?。勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,加速度方向與初速向一致,加速度是正值;勻減速直線運(yùn)動(dòng)中,加速向與初速度方向相反,加速度是負(fù)值。
三、針對(duì)不同情況,靈活選擇正方向,恰當(dāng)求解矢量運(yùn)算
在教材3.4節(jié)求解動(dòng)量的變化時(shí),有這樣一道例題:
例題2:一個(gè)質(zhì)量為0.1kg的球以6m/s的速度水平向右運(yùn)動(dòng),碰到一個(gè)堅(jiān)硬的障礙物后被彈回,沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運(yùn)動(dòng),碰撞前后鋼球的動(dòng)量變化了多少?
解:取水平向右的方向?yàn)檎较颉?/p>
碰撞前鋼球的速度為v=6m/s,碰撞前鋼球的動(dòng)量為:
p=mv=0.1×6kg·m/s=0.6kg·m/s。
碰撞后鋼球的速度為v′=-6m/s,碰撞后鋼球的動(dòng)量為:
p′=0.1×(-6)kg·m/s=-0.6kg·m/s。
碰撞前后鋼球動(dòng)量的變化為:△p=p′-p=(-0.6-0.6)kg·m/s=-1.2kg·m/s。
動(dòng)量的變化△p也是矢量,它的數(shù)值為負(fù)值,表示△p的方向與所取的正方向相反,水平向左。
我認(rèn)為,教材在此處的處理方法欠妥。動(dòng)量和動(dòng)量的變化都為矢量,處理動(dòng)量問題更得注意確定正方向。例題2在解題時(shí)取向右,即碰撞前初速度的方向?yàn)檎较?,末速度的方向與初速度方向相反,為負(fù)值。而動(dòng)量的變化是用末動(dòng)量減去初動(dòng)量,動(dòng)量的變化就成了負(fù)值。計(jì)算得到結(jié)果以后,還需要解釋負(fù)號(hào)的含義,這就使計(jì)算過程麻煩了一些。
為了使解題簡便,對(duì)于動(dòng)量問題,應(yīng)該選擇末速度的方向?yàn)檎较?,這樣可以簡化計(jì)算過程,如果以末速度方向?yàn)檎瑒t上題的第二種解法如下:
取末速度(水平向左)的方向?yàn)檎较颉?/p>
碰撞前鋼球的速度為v=-6m/s,碰撞前鋼球的動(dòng)量為p=mv=0.1×(-6)kg·m/s=-0.6kg·m/s。
碰撞后鋼球的速度為v′=6m/s,碰撞后鋼球的動(dòng)量為:p′=0.1×6kg·m/s=0.6kg·m/s。
碰撞前后鋼球動(dòng)量的變化為:△p=p′-p=[0.6-(-0.6)]kg·m/s=1.2kg·m/s。
△p的方向與所取的正方向相同,水平向左??梢?,以末速度的方向?yàn)檎较騺硖幚韯?dòng)量問題,計(jì)算所得結(jié)果就變成了正值,這樣既簡化解題過程,又方便學(xué)生掌握。
綜上可見,在解決矢量問題時(shí),有些情況靈活掌握,可以讓學(xué)生在解題過程中少走彎路,更好地掌握矢量求解的方法。