高中物理教學提升學生能力

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1．物理模型———小球壓輕彈簧

例1如圖1所示，一輕質(zhì)彈簧豎直放在水平地面上，小球A由彈簧正上方某高度自由落下，與彈簧接觸后，開始壓縮彈簧，設此過程中彈簧始終服從胡克定律，那么小球在壓縮彈簧的過程中，以下說法中正確的是()．A．小球加速度方向始終向上B．小球加速度方向始終向下C．小球加速度方向先向下后向上D．小球加速度方向先向上后向下本題將彈簧模型和變速直線運動相結(jié)合，分析各段小球的受力和彈簧形變的大小，由胡克定律可得彈力大小的變化，從而可知合力大小的變化，根據(jù)牛頓第二定律可以判斷加速度大小和方向的變化．如圖2所示，設B點為小球與彈簧的接觸點，C點為重力與彈力平衡位置，D點是運動的最低位置，對運動過程進行分析:從A－B:自由落體;從B－C過程:小球和彈簧接觸后，小球受到重力和彈力，在這個過程中FN＜G，合力方向向下，加速度方向向下G－FN=ma，由于FN不斷增大，所以小球做向下做加速度逐漸減小的加速運動;到達C點時，F(xiàn)N=G時，a=0，速度達到最大值;從C－D過程:由于慣性，繼續(xù)向下運動，此過程小球仍受到重力和彈力，但此過程由受力分析可得FN＞G，合力方向向上，加速度方向向上，F(xiàn)N－G=ma，隨著FN的不斷增大，小球做加速度不斷增大的減速運動一直至速度為0，到達最低點D點，加速度達到向上的最大值;所以正確答案選C．2．原始物理問題———蹦極運動例2“蹦極”是一項刺激的極限運動，運動員將一端固定的長彈性繩綁在踝關(guān)節(jié)處，從幾十米高處跳下．在某次蹦極中，彈性繩彈力F的大小隨時間t的變化圖象如圖3所示，其中t2、t4時刻圖線的斜率最大．將蹦極過程近似為在豎直方向的運動，彈性繩中彈力與伸長量的關(guān)系遵循胡克定律，空氣阻力不計．下列說法正確的是()．A．t1～t2時間內(nèi)運動員處于超重狀態(tài)B．t2～t4時間內(nèi)運動員的機械能先減少后增大C．t3時刻運動員的加速度為零D．t2時刻運動員具有向下的最大速度本題是將蹦極模型和超重失重相結(jié)合，根據(jù)F－t圖和運動特點，在t1～t2過程中加速度方向向下不斷減小，處失重狀態(tài)．速度卻不斷增大，彈性繩形變量增大得越來越快，所以彈力F隨時間增大越來越快，當彈力等于重力時，速度達到最大值，F(xiàn)增大的最快，此時刻圖線的斜率最大．之后由于做減速運動，所以F增大的越來越慢．在t2～t4時間內(nèi)只有重力和彈力做功，所以運動員的機械能守恒．排除A、C、D，所以選D．上述兩個物理問題，雖然從形式上看不一樣，但是物理模型的本質(zhì)是相通的，運動的受力特點和解題的方法可以進行相互遷移．形異質(zhì)同的運動模型在不同的情境當中經(jīng)常出現(xiàn)，這就需要透過現(xiàn)象看本質(zhì)，抓住本質(zhì)的受力特點和運動特點，這樣就可以舉一反三，不再受題型變幻的制約了．二、注重作圖———抓解決問題的方法作圖是分析物理問題的重要抓手，它能將復雜、抽象的思維過程轉(zhuǎn)化為簡單、直觀的形象過程，縮短解題時間，達到事半功倍的解題效果．我們在物理教學過程中應注重引導學生作圖．1．示意圖———讓答案躍然于紙上例3兩個物塊A、B疊放在水平面上如圖4所示，現(xiàn)一水平拉力F作用于A，已知A、B沒有相對滑動，一起向右勻速運動．試分析地面對A的摩擦力大小和方向，A對B的摩擦力大小和方向?分析對于這個問題，地面對A的摩擦力，學生運用整體法和平衡很快可以得出正確的答案，地面對A的摩擦力大小Ff=F，方向水平向左．但是對于A、B之間摩擦力的判斷，許多學生憑感覺想當然很容易出現(xiàn)錯誤，那怎么辦呢?筆者認為可以要求學生將自己認為正確的受力圖畫出來，如圖5、圖6所示，從受力圖出發(fā)學生很容易發(fā)現(xiàn)問題，兩種情況B都會加速運動與題意勻速運動相矛盾，所以A對B的摩擦力為0，這樣問題自然解決．例4如圖7所示，一人(質(zhì)量m1=60kg)，站在一個磅秤上，現(xiàn)在他用一輕繩跨過定滑輪提一重物(質(zhì)量m2=5kg)，已知，該重物在拉力作用下以大小為2m/s2的加速度勻加速上升，忽略一切摩擦，試計算此時磅秤的讀數(shù)(g=10m/s2)．評析這是一道“牛頓運動定律”習題，要求是磅秤的讀數(shù)?這個讀數(shù)為人對磅秤的壓力，對磅秤進行受力分析的話，顯然缺少太多的未知量而無法求解，怎么辦呢?從牛頓第三定律出發(fā)，“人對磅秤的壓力”與“磅秤對人的支持力”是作用力和反作用力，因此可以將研究對象進行轉(zhuǎn)化，取人m1作為研究對象進行受力分析，受力分析如圖8甲所示，得到平衡式N+F=m1g，從未知量分析，要想得到支持力N，必須求繩子的拉力F，很自然地過渡到對m2的分析，受力分析圖如圖8乙所示，列出牛頓第二定律方程F－m2g=m2a，兩式聯(lián)立就可以完成求解．本題答案磅秤的讀數(shù)為540N．在力學問題尤其是受力和運動過程的分析時，作示意圖能夠讓過程、答案清晰地呈現(xiàn)．

2．函數(shù)圖象———理順物理量之間的聯(lián)系

物理學中通常會利用數(shù)學的函數(shù)圖象來表達物理的規(guī)律，這樣既省去了大量的文字描述，又直觀、簡潔．如果學生不能將物理表達式和圖象相結(jié)合，解題時不知所以然，會出現(xiàn)很大的麻煩．例5小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖9所示，P為圖線上一點，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中正確的是()．A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對應P點，小燈泡的電阻為R=U1I2C．對應P點，小燈泡的電阻為R=U1I2－I1D．對應P點，小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積分析線性元件對應的伏安特性曲線是斜直線，直線的斜率K=I/U，物理意義是電阻的倒數(shù)．對于非線性元件來說，伏安特性曲線是曲線，任意一點對應坐標的比值K=I/U，是割線的斜率，而物理意義也是電阻的倒數(shù)．不是過該點切線的斜率，兩者有區(qū)別．但任意一點對應坐標的乘積P=UI的物理意義是元件的實際功率，這個結(jié)論對兩種元件都適用．本題坐標的比值等于電阻的倒數(shù)，隨著電壓的增加割線的斜率越來越小，電阻逐漸增大，所以A選項正確，B選項正確．因為是非線性元件，歐姆定律不在適用，所以切線的斜率不等于電阻的倒數(shù)，C選項錯誤．坐標的乘積代表實際功率D正確．本題正確答案是ABD點評本題即為伏安特性曲線的數(shù)形結(jié)合考查，根據(jù)R=U1I2，得出圖象上點的坐標比值為電阻倒數(shù)，根據(jù)P=UI得出圖象上點的坐標的乘積為實際功率．除了分析函數(shù)圖象外，我們在教學過程中還可以引導學生自己通過做圖象來分析物理問題，實現(xiàn)解題能力的提升．例6一個物體做勻變速直線運動，已知在時間t內(nèi)通過的位移為s，它在中間位置處的速度為v1，在中間時刻時的速度為v2，則v1和v2的關(guān)系為()．A．當物體作勻加速直線運動時，v1＞v2B．當物體作勻減速直線運動時，v1＞v2C．當物體作勻加速直線運動時，v1＜v2D．當物體作勻減速直線運動時，v1＜v2如果學生用公式法進行解析，要進行綜合分析，由勻變速直線運動的規(guī)律列關(guān)系式，再用數(shù)學知識求解，耗時長，而且容易出錯，如果引導學生從勻變速直線運動的速度時間圖象出發(fā)，給學生以思維的提示、思路的暗示、幫助學生有效的確定解題的方向．提示學生分別做出勻加速、勻減速的v－t圖象，如圖10所示，答案一目了然．本題正確選項應為AB．應用圖象解題有效鞏固了勻變速直線運動的規(guī)律，在提高學生解題能力的同時也增強了學生思維的縝密性．

作者：李宏圖單位：寧夏銀川一中