牛顿法基本原理范文

一、从全局观点分析力学部分教材

从全局观点分析力学部分教材，揭示物理学的基本规律，有目的地提高学生的思维品质，增强学生的物理思维能力，对此应从以下三个方面认真分析教材．

1．力学教材的基本知识结构

牛顿运动定律是经典力学的基础，也是经典物理的基础之一．动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁．现行教材的体系是先讲静力学，后讲运动学，最后讲动力学．把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排，第三定律放在静力学中讲授．这种安排符合由易到难、循序渐进的原则．即学习静力学时，有牛顿第三定律作准备知识，学习牛顿第二定律时，有力的合成与分解作先行．通过静力学的教学，要求学生正确理解力的概念．

物体受力分析是力学中的关键，几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析，所以静力学教学是最重要的基础．

2．物理思维方式

思维是人脑对客观事物进行加工的过程，是人脑的功能，通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程．物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式．

在教材分析中掌握物理思维结构，就是要掌握怎样运用思维的基本形式（概念、推理、论证等）和思维的基本方法（比较、分类、鉴别、分析、综合、归纳、证明、反驳等）以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力．

第一章“力”要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向，为物体受力分析做好准备．力的三要素，在初中已经讲过，对质点来说不会发生关于力的作用点的问题，而对刚体来说，力的作用效果除了跟力的大小和方向有关外，还跟力的作用点的位置有关．教材中虽然没有明确提出刚体概念，但所说的物体都是指刚体．力的作用点可以沿力的作用线移到刚体内任一点而不改变力的作用效果．因此，与其说力的作用点是一个要素，还不如说力的作用线是一个要素．物体的平衡，用了“平衡”和“固定转动轴的物体”等理想模型方法；“力的分解和合成”用了分析、综合、等效的方法．

第二章“物体的运动”用了理想模型（过程模型）的方法．高中教材以初中教材为基础，先提出质点这个理想化模型，在研究物体在一直线上的运动以后，立即研究物体在一个平面内运动的有关概念、规律和描述方法．运动学是力学的重要组成部分，是学习其它各章的必备知识．对平面运动的速度的合成与分解运用了分析、综合、等效的方法．

第三章“牛顿运动定律”用了经验归纳方法论．虽然第一定律不能用实验直接证明，但由第一定律推导出的一切结论都与实验结果相符合，这就间接地证明了牛顿第一定律的正确性．当今的实验已能近似地验证这个定律，例如用气垫导轨实验，运动物体——滑块在水平方向可以近似地认为不受力，因而它近似地做水平匀速直线运动．随着科学技术的日益发展，牛顿第一定律有可能得到更加严密的证明．牛顿第二定律是通过实验归纳得出的．在功和能，机械能守恒定律，动量、动量守恒这几章中，主要是用了推理的方法．如教材中机械能守恒定律是借助于运动学和动力学的知识推导出来的．但应当明确一点，这是一条实验规律，是实践经验的总结，是客观规律的反映．这此规律能够相互推导，这说明它们之间存在着内在联系．动量定理出自于牛顿第二定律，又异于牛顿第二定律．牛顿第二定律是一个瞬时的关系，而动量定理则说明状态过程，它可以按过程始末状态处理物体的动量变化，而不必涉及过程的细节．如果只考虑两个物体的孤立体系，把牛顿第三定律与牛顿第二定律结合起来，就得到作用前后的总动量不变．我们可以用实验进行检验，牛顿也正是用这个方法验证牛顿第三定律的．

“振动与波”一章研究的主要方法是从一般到特殊的推理过程，运用了动力学和运动学的基本规律，导出满足机械能和机械振动规律的新结论．

3．数学是表达物理学规律最精确的语言

在教学过程中，只有将教材的教学方法、结构搞清楚，才能达到运用数学方法解决物理问题的目的．在“力”这一章中，重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题．对物理矢量必须透彻理解，掌握其数学运算法则——矢量的平行四边形法则．引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比，体会矢量的质的差别，从而自觉地运用矢量运算法则．在“物体的运动”这一章中，先提出质点这个理想化模型，并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等．从数学角度分析这些量之间的函数关系（包括文字叙述、数学公式、函数图象等），再进行运动的合成与分解的矢量运算．

在“牛顿运动定律”这一章中，牛顿运动定律起着承上启下的作用，即能进一步加深对静力学、运动学知识的理解，又能为顺利学习机械能和动量铺平道路．牛顿第二定律的数学表达式，只有以地球和相对地球静止或做匀速直线运动的物体为参照系才是适用的．教材由分析物体只受一个力产生加速度与力的关系，过渡到分析物体受几个力产生加速度，以及加速度与力的关系，从而概括出能适合各种情况的牛顿第二定律的数学表达式ΣF＝ma．在公式中，力与加速度都是矢量，故此式是一个矢量式．牛顿第二定律概括了力的独立性原理（或力的叠加原理），即几个力同时作用在一个物体上所产生的加速度，应等于每个力单独作用时所产生的加速度的叠加——矢量和．在解题中，运用了正交分解法等基础知识．

机械能和动量这两章是在运动学和动力学的基础上，讨论力的空间和时间积累效应，从而引出功和能、冲量和动量等概念．功和能将矢量运算变成了代数运算．教材从力对物体做功引出动能和动量定理，研究了重力、弹力做功的特点，引出势能的概念，得出在只有重力、弹力做功时，机械能守恒．最后，从一般的功能原理阐明功的本质是能量变化的量度作为本章的总结．能的转换和守恒揭示了物理学各部分的内在联系．在讨论动量定理时，应强调牛顿第二定律的关系式是一个瞬时关系，而动量定理则说明状态过程，应用它研究某一过程而不是研究某一瞬时，只有在t0时，才是相等的．实验是讲述动量守恒定律的基础，教材这样处理是考虑到动量守恒定律的产生不是从牛顿运动定律推导得出的，而是一个独立的物理规律．而动量守恒定律的适用范围远远超出牛顿力学的适用范围．对动量守恒定律的数学表达式没有具体给出，目的是避免学生只是死记公式，注重培养学生学会运用物理规律对具体问题进行具体分析的能力．在应用动量守恒定律时，应选用惯性系，物体的动量mv、速度v的大小和方向也与参照系的选取有关．应特别注意计算同一系统中各部分的动量不能用不同的参照系．机械振动和机械波是较复杂的机械运动，它需要力学、圆周运动、运动图象等知识作基础．简谐运动是最简单、最基本的振动，是讲清波的关键．建立振动和波的联系与区别，是突破机械波教学难点的关键．

二、物理教学即要发展学生的智力又要培养学生的能力

物理教学即要发展学生的智力，又要培养学生的能力，而后者较前者更为重要．从物理学本身来看，它研究的各种现象和规律是互相联系的．例如功和能的概念及能的转换和守恒定律，又渗透在各个分科中．教学职能即要从人类知识的总汇中挑选最精华的，运用最科学的方法传授给学生，又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力．要重视知识的传授，离开知识的掌握，能力的发展就成为无源之水，无本之木．

1．系统化结构化的教学

在中学物理教学中，贯穿力学的两条主线——动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律．这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律，与牛顿三定律一起构成质点动力学的基本规律，是力学部分的重点知识．围绕这两条主线，要深入分析牛顿运动定律，为这两个定理打好基础．动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论，它们提供的表达式与牛顿运动定律等价，可代替牛顿二定律的矢量表达式中的某分量式，而不是什么新的表达式．但是动量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，能量守恒和转换定律也是反映自然现象的最重要的规律之一．它们的作用远远超出了机械运动的范围．

2．培养学生的独立实验能力和自学能力

要培养思想活跃，有创新精神和创造能力的人材，必须加强学生的实验能力和自学能力．物理实验是将自然界中各种物理现象在一定条件下，按照一定的物理规律创造一定的条件使它重现．做物理实验，必须满足于一定的条件才能获得预想的结果，如设计实验步骤、选择测量仪器、正确观察现象、完整的读取数据、严格的计算，是做好实验不可缺少的过程．让学生按照上述过程有目的的科学训练，自觉地掌握科学实验的规律，激发学生的学习积极性就能增强学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力．

牛顿法基本原理范文篇2

关键词：牛顿环等厚干涉波长高压汞灯滤色片

中图分类号：O436文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）012-340-02

应用牛顿环现象可判断透镜表面凸凹、精确检验光学元件表面质量、测量透镜表面曲率半径和液体折射率。用牛顿环测量球面的曲率半径，也是大学物理实验中的一个典型光学实验。实验装置较简单，但却可以测量平凸、平凹透镜球面的大曲率半径，且测量精密度较高，实验中通常利用钠光产生分振幅干涉形成环状的等厚干涉图样――牛顿环，对牛顿环的级数和对应直径进行测量，通过计算可以获得被测球面透镜的曲率半径；而如果再将不同波长的入射光照射在牛顿环装置上，也可以形成牛顿环干涉图样，本文将阐述如何利用牛顿环干涉图样，对可见光单色光波长进行测量。

1牛顿环测量波长原理

1.1测量球面曲率半径的原理

当一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面与平面玻璃接触时，两者间形成空气间隙，如图1，间隙由中心接触点到边缘逐渐增加。当单色光垂直照射时，由于经空气间隙的上下表面反射的两束光存在光程差，它们在透镜凸面附近相遇时会产生明暗相间、同心圆环状的干涉图样。

由于接触压力会引起玻璃形变，使牛顿环中心呈圆斑形的接触状态，使实际干涉半径与理想不等，造成系统误差，故采用以下解决方法：在空气间隙的边缘做适当垫高，使透镜与平面玻璃在中心处刚好不接触。因此多了一段附加厚度则可导出：

1.2牛顿环干涉法测量干涉光波长

2待测光源选取及仪器装置说明

2.1光源选取

作为待测光源应具有较大的输出光强和较好的单色性，钠光灯比较适宜作为牛顿环实验的单色光源，选择钠光光源作为0；根据高压汞灯的输出光谱和发光特点选择高压汞灯中的579.0nm、546.1nm和435.8nm的光谱作为待测光源1、2和3。

2.2仪器调节和装置说明

首先测量钠光光源的牛顿环干涉图样直径，其步骤按照牛顿环实验步骤进行：光路调整、显微镜调焦、测量干涉环直径等步骤进行。用高压汞灯作干涉光光源时，笔者获取单色光的方法是，在高压汞灯前加滤色片。通过滤色片获取不同波长的单色光，以期能形成等厚干涉圆环。但由于汞灯光源出射窗口温度较高，滤色片不能直接放在汞灯出射口处，故制作了一个简易的接口，使得光线既能通过滤色片出射，而且滤色片距离光源出射窗口有适当的距离，又没有散射的光线影响干涉环的对比度，其效果较好。

3实验结果

3.1以钠光0、待测光源1、2和3为干涉光源的干涉环实验结果，见表1

3.2不同波长下D2m与m线性关系图线

用钠光灯作为入射光形成的干涉的牛顿环干涉图样（见图3），对牛顿环直径进行测量，计算出干涉直径D2m，D2m与m关系图线，数据点排列显示D2m与m呈现线性关系。表1中以0为入射光时D2m与m相关系数值也显示出其线性相关性。

以高压汞灯作为光源，用滤色片获取不同波长的单色光1、2和3为入射光形成的牛顿环干涉图样，对三个不同干涉波长形成的牛顿环直径分别进行测量，绘制D2m与m关系图线，见图4，各组数据点排列呈现线性关系。表1中以1、2和3入射光时D2m与m相关系数值也显示出其线性相关性。

3.3结果分析

从实验现象和结果来看，通过滤色片有效地滤出了高压汞灯里的单色光，在干涉级数相等情况下，干涉环的直径随着波长的减小而减小。根据不同光波获得的与关系之斜率因子计算，待测波长的测量结果见表2。用牛顿环干涉法可以测量干涉光的波长，测量精度较高，与波长的公认值相比有较高的正确度。

4结语

牛顿环干涉实验中，若已知干涉光波长，不仅能测量出牛顿环装置中透镜的球面半径，而且若将待测单色可见光照射在牛顿环装置上，光强足以形成牛顿环干涉图样，利用已知干涉光波长可以计算出待测入射光的波长。本文从实验的角度阐述了如何利用牛顿环装置进行光波波长的测量，基于笔者对实验理论和实验方法的思考和探索。根据实验结果的精度以及与公认值的符合程度来看，达到了预期的效果。故实验教学可以通过对牛顿环等实验的基本物理原理和实验的基本方法的掌握，对一些基础性实验进行拓展，可以引导和培养学生的创新思维、创新能力和综合素质，充分调动学生的主动性和创造性。

（基金项目：上海工程技术大学教学建设项目（项目编号：y201121001））

参考文献：

[1]刘海增，靳晋中.牛顿环现象及其应用[J].郑州轻工业学院学报，2003，18（3）.

[2]丁慎训，张连芳.物理实验教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]刘才明，许毓敏.对牛顿环干涉试验中若干问题的研究[J].实验室研究与探索，2003，22（6）.

牛顿法基本原理范文

关键词：高中物理；牛顿运动定律；方法

高中物理教与学都具有一定的难度，而牛顿运动定律作为一个非常重要的物理学概念，教与学更显困难。为了能够让学生对这一概念有一个深入的了解，教师必须采取合理有效的教学方法，分析学生原有的知识储备，争取让每一位学生都能够理解、掌握并学会运用牛顿运动定律。

1掌握牛顿运动定律对高中物理学习的重要意义

牛顿运动定律是高中物理教学中最为重要也最为基础的内容之一，可以说这一个教学内容直接贯穿高中物理始终。高中物理教师之所以要重视牛顿运动定律教学，主要是因为该项内容学习起来比较困难，物理思维不强的学生很难理解。而如若教师能够采取积极有效的方法，就能够很好的改变这一现状，让更多的学生真正理解牛顿运动定律。掌握了牛顿运动定律具有非常积极的意义，重点表现在三方面：

第一，掌握牛顿运动定律后能够快速解决多种典型运动相组合的问题。这一类问题历来是高考重点考察的知识点，而解决这一问题的重要方法正是牛顿运动定律；第二，掌握牛顿运动定律后，可以通过建模解决现实生活问题，比如拔河问题，在判断哪一方会胜利时，通常采用建模方式，利用牛顿运动定律与力的分析等方面的内容，只要学生对牛顿运动定律有所了解，能够对作用力与反作用力有一个清晰的认知，解决这样的问题并不难；第三，掌握牛顿运动定律后能够快速有效的解决斜面问题，很多学生面对斜面问题通常是束手无策，而实际上，只要掌握了牛顿运动定律并且能够综合运用分析，解决这一问题并不困难。

总之，在高中物理教学中，教师要采取有效的教学方式让每位学生都能够掌握牛顿运动定律，以此能够保证学生在应对各项考试、解决实际问题的同时，还能够形成一定的物理思维。

2高中物理中掌握牛顿运动定律的教学方法

2.1教师需要对学生掌握牛顿运动定律前概念的情况进行了解分析。无论是哪一阶段的学生在学习新概念时，都会依据自身已有的物理知识对新概念有一个直观认识，由此逐渐形成物理认识体系。教师在讲解牛顿运动定律之前，必须对学生原本的、与牛顿运动定律相关的前概念的掌握情况进行分析研究。在此基础上，教师需要及时纠正学生存在的错误前概念，以便更好的学习牛顿运动定律。因为学生意识里的前概念通常都比较隐蔽，而且也非常顽固，因此教师在正式讲解之前，需要进行诊断性测试，以便能够让学生脑中的错误前概念都暴露出来，这样教师就能够做到心中有数，从而制定针对性的教学方案展开牛顿运动定律的讲解。

2.2教师应该依据牛顿运动定律特点创设一个物理情境，并在这其中引出物理概念。教师创设情境的方法有很多，比如可以通过物理实验、通过日常生活、采用课本插图以及简笔画等。无论如何，教师创设的情境就是要让学生对牛顿运动定律概念有所理解，同时能够进行深入思考。在创设情境的过程中，教师能够适当的调动学生积极性，不断的引导学生通过正确的概念来对所创设的物理情境进行解释。比如教师在讲解力作用效果时，教师可以将某一物体直接抛向空中，而后问学生这一物体会因为手的冲力而接着运动吗？学生通过观察自然会给出相应的答案，由此引出牛顿运动定律。

2.3选择合理的例子。在引入牛顿运动定律物理概念之后，教师应有效及时的利用生活中与之相关的物理现象来加快学生头脑中物理概念的形成。在逐渐形成的过程中，还应对每个具体的现象进行深入的分析，一一对应的去解析这个物理概念在每个现象中的本质的部分，从而帮助学生形成并解析物理概念。

比如：在进行惯性概念的教学时，教师可以举用当铁锤头松动时，人们只需要将铁锤头在石头上使劲的向下碰，就能把铁锤头再次弄紧了，这个实际上就是利用了惯性原理。因为铁锤头在力的作用下快速碰到石头上时，先碰到石头的铁锤头速度马上减为零，而铁锤柄由于惯性还会继续的向下运动，这样一来就能将松动的铁锤头弄紧了。

2.4选择合适方式、培养学生物理思维

在进行物理概念教学时，教师应该根据教学内容，在教学过程中要尽可能地让每个学生依据自己的学习方式进行科学概念的学，采取有效的途径，培养科学素养。科学素养大致包括学生的学习兴趣、实际动手能力、学习主动性、探究能力等。例如采用接受式与探究式学习相结合的方法，可以尽可能的让学生亲身经历以探究为主的学习活动，力争做到“教、学、做”合一，这样能有效的提高学生的科学素养。对于具体的物理概念教学，教师应对应的选择教学途径，让学生在学习的过程中，除了获取知识以外，还可以培养学生动手能力、创新精神、内在潜能等科学素养。

比如：在对牛顿第一定律相关概念进行教学时，教师可以利用课前让学生去调查有关惯性的实例，从而培养学生的实践能力；课堂中利用学生对惯性的前概念矛盾将学生进行分组讨论，从而培养学生的合作交流能力；讨论完毕后，让同学自己总结发言，从而培养学生的语言逻辑组织能力等。

2.5做好教学设计反思与评价工作

教师在设计完整个教学过程后，应针对整个的教学设计进行教学反思与评价。反思教学设计时要坚持以学定教的精神，要有较强的预见性。要能够预见学生在学习新内容时，可能会出现哪些教学问题，而针对这些问题教师可以采取什么样的解决法。除此之外，对教学计划的科学性和合理性进行深入思考，教师还要审视整个教学设计的内容，对其进行相应的评价。物理新课程倡导以评价学生科学素养的发展为中心，教师在进行教学设计评价时，不能只是一味的看重学生的学业成绩，还要注重学生科动手能力、探究能力、创新精神等科学素养的评价，尽可能多的开发学生的潜能，促进学生健康发展。

结束语

综上所述，可知高中物理中掌握牛顿运动定律非常重要，教师一定要加强学生这方面的认知，要让学生对此高度重视，认真学习。虽然牛顿运动定律教学的确具有一定的难度，很多教师都采取传统方法，直接向学生灌输，严重影响了学生的接受效果，对此教师应该有所警觉，大胆尝试新方法，让学生能够真正的掌握牛顿运动定律。■

参考文献

[1]陈晓瑜.高中物理牛顿第一定律相关概念教学研究[D].四川师范大学，2010.

[2]唐忠敏.中学物理教学疑难问题研究[D].西南大学，2011.

[3]成丽.高中物理教学中通过物理学史融合科学精神和人文精神的研究[D].河北师范大学，2010.