淺談物理習(xí)題教學(xué)中過程的分析藝術(shù)和方法-教學(xué)論文

平板A長L=5m,質(zhì)量M=5kg,放在水平桌面上,斑右端與桌邊相齊,在A上距其右端s=3m處放一個(gè)質(zhì)量m=2kg的小物體B,已知A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.1,A與B兩物體與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.2,最初系統(tǒng)靜止,現(xiàn)在對板A右端施一水平恒力F后,將A從B下抽出且恰使B停在桌右邊緣,求F的大小。g=10m/s2。
分析:研究對象有A和B,在A從B下抽出的過程中,A從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),B在A上從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),A被抽出后B在桌面上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)而靜止,對于B來說,第一個(gè)過程的末速度也就是第二個(gè)過程的初速度,只要找出這兩個(gè)子過程相關(guān)物理量,利用位移關(guān)系就能解答此題。
解答:設(shè)B在A上運(yùn)動(dòng)時(shí),A、B加速度分別為、,鍛歷時(shí)t,則=1m/s2,,A、B位移分別是、,,,∴,此時(shí)B速度,摔下后B的加速度到停下來滑行,,又,∴
二、巧用物理過程分析的藝術(shù)
1.重視對基本物理過程的分析
在高中物理中,力學(xué)部分涉及的過程有勻速直線運(yùn)動(dòng),勻變速直線運(yùn)動(dòng),平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng),機(jī)械振動(dòng)等。除了這些之外還有一類重要的運(yùn)動(dòng)過程,是先變加速最終勻速過程(如恒定功率汽車的啟動(dòng)問題)。這些基本過程都非常重要,在平時(shí)的教學(xué)中都必須進(jìn)行認(rèn)真的演示與分析,掌握每個(gè)過程的特點(diǎn)和遵循的基本規(guī)律。
例:卡車以5m/s的速度在水平公路上勻速行駛,從距地面1.25m高的車廂上落下一物,若物與地面間的動(dòng)摩擦因素為0.2,則2.5s后此物體與卡車相距多少米?
分析:學(xué)生知道物體開始階段作平拋運(yùn)動(dòng),但都認(rèn)為物體落地后就靜止不動(dòng)了,學(xué)生求解該題的錯(cuò)誤率高達(dá)80%。錯(cuò)的主要原因是對運(yùn)動(dòng)過程的分析不完整。其實(shí),由于物體落地時(shí)還有向前的速度,物體落地后還會(huì)在地面上滑動(dòng),
2.用“慢鏡頭”方式分析物理過程
在輔導(dǎo)學(xué)生過程中,發(fā)現(xiàn)有許多學(xué)生分析較快的物理過程時(shí),例如比較特殊的“咔嚓”過程(時(shí)間極短的過程,如碰撞、爆炸),先加速后勻速運(yùn)動(dòng)過程(恒定功率汽車的啟動(dòng),雨滴的下落過程等)等。常采用“簡化‘的方法,從而導(dǎo)致錯(cuò)誤,主要原因?yàn)?學(xué)生對較快的運(yùn)動(dòng)過程不能仔細(xì)觀察,沒有形成清晰的視覺表象;教師上課對運(yùn)動(dòng)過程的分析速度遠(yuǎn)快于學(xué)生對運(yùn)動(dòng)過程的構(gòu)思與想象速度。因此在教學(xué)中應(yīng)采用“慢鏡頭”式的過程分析進(jìn)行示范。教師在教學(xué)中必須進(jìn)行認(rèn)真的演示和分析,讓學(xué)生掌握每個(gè)過程的特點(diǎn)和每個(gè)過程遵循的基本規(guī)律。
3.用作圖的方法分析物理過程
我們發(fā)現(xiàn)用“慢鏡頭”式的方法想象、分析物理過程時(shí),并不是所有的過程學(xué)生都能完整想象,特別是過程比較復(fù)雜、涉及多個(gè)物體的情況,學(xué)生遇到的困難更大。這時(shí)要求用作圖的方法分析物理過程,作圖是一種很好的輔助分析方法,通過作圖可以理清人的思路,使各種關(guān)系形象、直觀地顯現(xiàn)出來,為進(jìn)一步想象提供了基礎(chǔ),形象化是一種重要的思維技巧。
三、關(guān)于物理過程分析的技巧:
1.從物理量的變化分析物理過程:
在一些靈活性較高的物理題中,物理量是隨物理過程的變化而變化的,分析物理量的變化情況就可以對整個(gè)物理過程有一個(gè)清晰的了解。
[例1]如圖2所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B勻強(qiáng)磁場中,有一足夠長的絕緣細(xì)棒ON,與水平面成角α,一質(zhì)量為m,電量為q的圓環(huán)A套在ON棒上,環(huán)與棒間的摩擦系數(shù)為μ,且μ(1)小環(huán)A的最大加速度多大?此時(shí)的即時(shí)速度多大?
(2)環(huán)A能達(dá)到的最大速度多大?
解析:本題的關(guān)鍵是分析洛侖茲力的變化情況,分兩步:①先是洛侖茲力fmgcosα,再分析圓環(huán)的加速度與洛侖茲力的關(guān)系,從而得出物體的加速度先是逐漸增大,然后逐漸減小,速度一直增大最后勻速運(yùn)動(dòng)。物理過程清楚了,問題自然得到解決。
2.從題中挖掘隱含條件來區(qū)分物理過程:能否捕捉到關(guān)鍵語句成為能否弄清物理過程的前提。那么,找到關(guān)鍵語句,物理過程是否就一定清楚呢?否!因?yàn)槎鄶?shù)情況下,關(guān)鍵語句較抽象,并不具體反映物理過程的特點(diǎn),因此,捕捉到關(guān)鍵語句后,還應(yīng)將這些“密碼”翻譯成具體的物理內(nèi)容。
[例2]如圖3所示,兩圓柱體A和B,半徑都為r=02m,在機(jī)械帶動(dòng)下,按相同方向以8.0rad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),兩柱的軸平行且在同一平面上。均勻木塊水平放置柱上,板重心開始恰在柱的正上方,從棒開始運(yùn)動(dòng)到重心恰在A的正上方所需時(shí)間是多少?(板與柱間摩擦系數(shù)μ=0.16,柱間距s=1.6m)
本題容易產(chǎn)生以下兩種錯(cuò)誤;一是以為棒一直做勻速運(yùn)動(dòng),一是以為棒一直做勻加速運(yùn)動(dòng)。只要注意挖掘出本題的一個(gè)隱含條件:求出棒的速度達(dá)到輪的線速度大小所需要的時(shí)間及此時(shí)間內(nèi)棒的位移,不難判斷棒的運(yùn)動(dòng)是先加速后勻速,這就是本題的兩個(gè)物理過程。
3.通過排除干擾因素分析物理過程;
必須指出,提取本質(zhì)特征時(shí),應(yīng)依賴于物理概念和物理規(guī)律,不能跟著感覺走,否則就會(huì)使對物理過程的判斷發(fā)生失誤。另外,抽象物理過程的本質(zhì)特征必須從多方面去分析。只有揭示了物理過程的本質(zhì)特征,才能找到解決問題的突破口。
[例3]以10m/s速度行駛的汽車,司機(jī)發(fā)現(xiàn)正前方60m處有一以4m/s的速度與汽車同方向勻速行駛的自行車,司機(jī)以-0.25m/s的加速度開始?xì)④?經(jīng)40s停下,停下前會(huì)不會(huì)發(fā)生車禍?
本題對物理過程的分析要注意排除干擾因素(40s),不要以為兩車相遇時(shí)汽車速度可以為零,應(yīng)當(dāng)求出汽車速度減至4m/s的時(shí)間,兩車是否會(huì)相碰就看這段時(shí)間。
綜上所述,通過對物理過程分析的訓(xùn)練,能使我們思維的嚴(yán)密性、深刻性、靈活性、概括性、獨(dú)創(chuàng)性及邏輯推理能力得到發(fā)展和提高,因而養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣是培養(yǎng)思維素質(zhì),提高解題能力的重要手段和途徑,在這方面多下功夫是必要的,可取的,有益的。