李柏青
摘要:科學(xué)平衡教學(xué)是初中教學(xué)的難點,在解決實際問題時滲透平衡思想可化繁為簡,同時可讓學(xué)生感悟自然科學(xué)與其他學(xué)科的相互滲透,優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì),有效提高學(xué)生解決科學(xué)問題的能力。
關(guān)鍵詞:平衡? ?學(xué)習(xí) 成效
中圖分類號:G4 文獻標(biāo)識碼:A
利用科學(xué)、現(xiàn)實生活與其他學(xué)科中的素材理解科學(xué)平衡的內(nèi)涵,并感受客觀世界存在的有關(guān)平衡現(xiàn)象,科學(xué)是一門綜合學(xué)科,尋找生命科學(xué)中蘊含“平衡”思想的知識點,比如體溫恒定、水鹽平衡、血糖平衡、生態(tài)系統(tǒng)平衡、碳氧平衡。探究化學(xué)知識中包含平衡思想,飽和溶液中的平衡,化學(xué)反應(yīng)中的平衡。阿基米德潛心研究了杠桿這個現(xiàn)象并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理,杠桿平衡條件中科學(xué)與數(shù)學(xué)相互滲透.在日常的教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從變化、聯(lián)系、矛盾的角度去觀察、認(rèn)識、理解、解決科學(xué)問題,充分利用學(xué)生的生活經(jīng)驗和背景知識,理解科學(xué)中的平衡知識并綜合分析解決相應(yīng)問題,提高學(xué)習(xí)成效.
一、善于認(rèn)識問題,尋找平衡
尋找初中科學(xué)運用到平衡思想的知識點①明確平衡狀態(tài)下的現(xiàn)象②指出影響平衡的因素③有沒有具體調(diào)節(jié)平衡的方法。例如:碳酸是一種不穩(wěn)定的弱酸,易分解為二氧化碳和水,那么久置的碳酸是否會完全分解變成水呢?實驗室測得了碳酸PH值與時間的關(guān)系曲線圖。尋找碳酸分解背后的“平衡”,二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸,同時碳酸分解成水和二氧化碳,兩者速率相同,PH值維持恒定。
右圖是氣球從升空到達最高點這一過程的速度-高度關(guān)系圖,請你作出推測氣球在升空過程中哪一種因素對浮力的影響更大?并說明理由。先推測運動軌跡,氣球會上升至高于平衡高度,之后下降到平衡高度以下,如此在平衡高度上下波動,最終靜止在平衡高度。
再分析原因,氣球升空后重力不變,浮力改變,浮力變化受空氣氣壓和空氣密度兩個因素的影響。其中空氣密度影響效果更大,即高度越高,空氣密度越小,浮力越小。氣球升空未到平衡高度時,由于F>G,氣球會加速上升,但由于高度增大空氣密度變小,浮力不斷減小,使上升時的加速度降低。當(dāng)氣球上升至平衡高度時,F(xiàn)=G,由于慣性氣球會繼續(xù)上升一段距離,此時由于高度繼續(xù)升高,空氣密度減小,浮力變小,使F<G,合力向下,使氣球減速,直到速度為零后開始向下做加速運動。當(dāng)氣球下降至平衡高度時,F(xiàn)=G,由于慣性氣球會繼續(xù)下降一段距離,此時由于高度降低,空氣密度減大,浮力變大,使F>G,合力向上,使氣球減速,直到速度為零后開始向上做加速運動。當(dāng)條件改變時,有利于或更有利于其中的一方而使其成為平衡的主要方面,平衡產(chǎn)生移動,在新的條件下,雙方勢力再次一致而達成新的平衡。
二、運用學(xué)科聯(lián)系的知識去分析平衡
聯(lián)系,是指一切事物、現(xiàn)象之間及其內(nèi)部諸要素之間的相互影響,相互作用和相互制約。各學(xué)科的知識是相輔相成的,它們之間存在著密切的聯(lián)系,認(rèn)清問題的本質(zhì),避免孤立、片面地看待平衡問題,進而形成系統(tǒng)方法論,建立起完善的平衡思維。
(一)、杠桿的中的力臂及函數(shù)關(guān)系
1.畫力臂的方法是:(1)辨認(rèn)杠桿;(2)先找支點O;(3)畫出動力和阻力;(4)畫出力的作用線;(5)過支點0作力的作用線的垂直線段L,即為力臂。如下圖(1)
2力臂:過支點做力作用線的垂線就是數(shù)學(xué)中的點到線的距離。
3.杠桿的平衡條件公式 F1L1=F2L2 、 , 動力臂是阻力臂的幾倍,動力就是阻力的幾分之一,存在著反比例關(guān)系,反比例函數(shù)本身在日常生活和生產(chǎn)中也有著許多直接應(yīng)用。
(二)、現(xiàn)實生活中杠桿原理和數(shù)學(xué)計算的關(guān)系
如圖(2)所示,A和B為由銅和鐵制成的實心球,它們的體積相同,此時杠桿恰好水平平衡,若將它們同時浸沒水中則--------(? ? ?)
A、杠桿仍然保持平衡 B、杠桿不能平衡A下沉
C、杠桿不能保持平衡B下沉 D、無法確定
解析? 本題先說明杠桿水平平衡,則F銅L1=F鐵L2,L2> L1,根據(jù)銅、鐵球的體積相同,浸沒水中后,受到的浮力相等,相當(dāng)于支點兩邊各減去一個相同的力,則(F銅-F?。㎜1>(F鐵-F?。㎜2,故選B,結(jié)合了不等式的計算方法。
(三)、提高題中的杠桿平衡條件與數(shù)學(xué)相互滲透
《杠桿平衡條件》是歷屆科學(xué)選拔命題中的重點之一,它往往與數(shù)學(xué)等知識相結(jié)合,綜合性很強,考查運用數(shù)學(xué)知識解決科學(xué)問題的能力,現(xiàn)舉例如下。
如右圖所示,均勻桿AB長為L,可以繞轉(zhuǎn)軸A點在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,在A點正上方距離L處固定一個定滑輪,細(xì)繩通過定滑輪與桿的另一端B相連,并將桿從水平位置緩慢向上拉起,已知桿水平時,細(xì)繩的拉力為T1,當(dāng)桿與水平面的夾角為30°時,細(xì)繩的拉力為T2,則T1∶T2是
A.2∶1? ? B.? 2∶1? ? C. 3∶1? ? D.? 1∶1。
解析 本題考查杠桿平衡條件與三角函數(shù)相結(jié)合來解決科學(xué)題。當(dāng)桿在水平時,細(xì)繩的拉力為 T1,拉力的力臂為L1=Lcos45°,杠受到重力為G,重力的力臂為L2=L/2,則以A點為支點,根據(jù)杠桿平衡條件: T1 Lcos45°=G L/2,T1=2G/2;當(dāng)桿與水平面的夾角為30°時,細(xì)繩的拉力為 T2,拉力的力臂為L1=Lcos30°,杠受到重力為G,重力的力臂為L2=Lcos30°/2,則以A點為支點,根據(jù)杠桿平衡條件: T2Lcos30°=G Lcos30°/2,T2= G /2。因此T1∶ T2=2∶1。故正確選項為 A 。
淵博的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識的融會貫通有利于問題的解決,我們應(yīng)該深刻認(rèn)識到數(shù)學(xué)和科學(xué)是相互滲透,密切聯(lián)系的,科學(xué)中的杠桿平衡條件離不開數(shù)學(xué)知識的理解和應(yīng)用,只有把它們結(jié)合起來綜合使用,不但可以解決日常生活中的一般問題,而且還可以分析處理生產(chǎn)、科技中的疑難問題,從而為人類服務(wù)。
三、用矛盾的思想去解決理解“平衡”
所謂的平衡指一個整體的各部分在質(zhì)量程度或其它方面處于均等或大致均等狀態(tài)。平衡是相互對立的矛盾的暫時的統(tǒng)一,在絕對的永恒的物質(zhì)運動中存在相對暫時的靜止和平衡,平衡是相對的;不平衡是絕對的、永恒的,一切平衡都是特定運動的動態(tài)平衡。為應(yīng)對氣候變化,我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”等莊嚴(yán)的目標(biāo)承諾。這里就存在碳的吸收量與碳的排放量的動態(tài)平衡。
排放>吸收? 排放=吸收? ? 排放<吸收
不同物質(zhì)相互之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是一個既相互聯(lián)系,又不斷發(fā)展的動態(tài)過程。當(dāng)反應(yīng)物本身和外界反應(yīng)條件發(fā)生變化時.化學(xué)反應(yīng)的速率也發(fā)生了相應(yīng)的變化,在化學(xué)反應(yīng)速率變化的同時,反應(yīng)物本身和一些反應(yīng)條件隨之亦發(fā)生變化。
以上對科學(xué)課本中部分所蘊含的平衡內(nèi)容進行了討論,不僅可以幫助學(xué)生正確理解抽象的科學(xué)理論,把握微妙的變化關(guān)系,進而可以讓學(xué)生感悟科學(xué)與各學(xué)科的相互滲透、融會貫通,使學(xué)生學(xué)會并自覺地用辨證的觀點看待科學(xué)問題,善于從學(xué)科思想的角度去審視看起來很平常的、紛雜的科學(xué)現(xiàn)象,在規(guī)律上加以提煉和升華,不斷提高學(xué)習(xí)效率,收獲學(xué)習(xí)成果。
參考文獻
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2. 錢承之,化學(xué)教學(xué)中的辯證法幾例
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