探究如何培养学生分析物理过程的能力

2020-09-14 12:23:19 中学理科园地 2020年4期

陈梅芳

摘   要:解决复杂物理问题,要先进行物理过程分析,培养学生分析物理过程的能力是教师的一项重要任务。本文浅析在教学中如何培养学生分析物理过程的能力。

关键词:培养;分析;物理过程

学生分析物理过程的能力,是物理核心素养的一个重要组成部分。分析物理过程的能力是学生解题必须具备的一种能力,在面对物理题目的时候,分析思路清晰的学生很快就能把问题解出来,而不会分析的学生则一脸茫然,无从下手。因而,在教学中如何培养学生正确分析物理过程的能力就显得尤为重要。笔者总结平常的教学体会,归纳以下几点,供大家参考。

1  引导学生深度理解物理规律

学生头脑中具备严谨准确的物理观念是分析物理过程的基础。物理观念是物理规律在大脑中的提炼和升华,学习物理规律离不开实验,教师通过实验演示把人们发现规律的过程高度浓缩地展示给学生,让他们在观察中思考,从而对发现物理规律的过程有完整的认识。另外,通过让学生动手实验为他们切身体验物理过程创造了条件,经过实验探究,获得分析物理过程的实践经验。

如“动能的改变”一节中探究动能定理时,教师引导学生在实验中亲身体验怎样平衡研究对象受到的摩擦力,探究并判断平衡的依据是什么,不平衡摩擦力怎样探究,怎样得到实验数据,有了数据如何验证,还可以引导学生对实验进行改进和创新。

物理规律是压缩的知识链,在教学过程中要引导学生积极参与物理规律的发现和推理,使他们在经历必要的认知过程之后,熟练掌握物理规律的内涵和外延[ 1 ]。只有深刻理解了物理规律,把握其实质含义,学生才能准确地选用物理规律进行必要的计算,从而对物理过程做出正确的分析。

2  帮助学生建立物理模型

物理模型是教学的载体,建立模型要抓住问题的关键,分清什么是主要的,什么是次要的,化繁为简,突出主要的因素。模型要通过比较、分析、概括、抽象建立起来,如图1圆周运动中“绳子的模型”和“杆的模型”,教师可以从日常现象引入,通过实物模型,创造条件演示小球在不同情境下做圆周运动,由现象产生的原因去分析模型的差异以及运动所满足的不同条件,使学生对“绳子的模型”和“杆的模型”由感性认识上升到理性认识。当学生初步建立模型后,再用习题进行训练巩固。

“绳子的模型”建立以后,用于分析类似的问题,如光滑斜面上绳子末端的小球做圆周运动,粗糙圆盘上的物块做圆周运动(图2)。平抛运动模型建立后,分析类平抛运动等等。

教学中,教师通过对物理问题的分析,建立物理模型,实际上也是对物理过程分析的示范。模型建立后,学生在对模型理解的基础上通过比对应用,使复杂的物理过程变得清晰。在很大程度上降低了分析问题的难度,也为分析题目节省了时间,提高了效率。

3  引导学生分解题目、简化题目

有些题目篇幅冗长,物理过程复杂,问题不明了,遇到这种题目教师可以引导学生先拆分题目,把大题变成小题,把事件或问题点一一罗列,找出各个事件之间联系的量,再把各个事件过程与相应的物理规律对接起来。通过这样的分段研究,化复杂为简单,极大地增强了学生的自信心,可以更好地调动他们学习分析物理过程的积极性。

【例题1】如图3所示,水平传送带AB长L=5m,以v=5m/s的速率顺时针转动,左端是一光滑平台,平台上有一被小物块压缩而处于静止状态的弹簧,小物块质量m=1kg,弹簧左端固定于竖直墙上,弹簧右端与物块不栓接,弹簧的自然长度小于光滑平台的长度。传送带右端相邻的粗糙水平面BC长s=1.5m,物块与传送带、水平面BC的动摩擦因数分别为μ1=0.2,μ2=0.3,水平面BC与一半径为R的光滑竖直圆弧平滑连接,CEF所对圆心角120°,F处有一固定挡板,小物块与挡板碰后以原速率反弹。当弹簧储存的弹性势能Ep=18J全部释放时,小物块恰能滑到与圆心等高的E点,(不考虑物块滑上和滑下传送带的机械能损失)求:

(1)圆弧的轨道半径为R;

(2)小物块最终停止运动时与B点的距离;

(3)假设小物块与挡板只碰一次,且碰后不脱离轨道,求传送带速度的可调节范围。

析题时首先罗列事件,分解题目,把题目分解成以下事件:

(1)弹簧弹出小物块,小物块在光滑平台上运动

(2)小物块在AB上运动(传送带沿顺时针匀速率传动)

(3)小物块向右经过粗糙水平面BC

(4)小物块沿光滑的圆弧从C向上恰好滑到E

(5)小物块从E返回经过C到B

(6)小物块经B向左做匀减速直线运动

(7)小物块又反向运动,最后停在BC上。

第一问解答:分析(1)—(4)事件,根据运动遵循的相应规律求解。

①小物块被弹簧弹出,在光滑的平台上运动,不受摩擦力,弹簧和小物块组成的系统机械能守恒,EK=EP。

②小物块在传送带上以及在BC段的运动情况,可以根据学生头脑已建立的物理模型用牛顿第二定律以及运动学规律分析。

③小物块在CE段做曲线运动,可以用动能定理求解,又因为圆弧是光滑的,还可以用机械能守恒定律分析求解。

通过分解物理过程事件,降低了解决问题的难度,使学生学会解决难题的方法,也增强了解题的信心。

第二问解答:分析拆分的(5)—(7)事件,小物块从B运动到E再回到B,由于能量损失,第二次经过B点的速度一定小于第一次经过B点的速度,小物块过B后向左先做减速运动至速度为0,再向右加速运动,根据运动的对称性,第三次经过B点的速度大小与第二次经过B点的速度一样,根据摩擦力和重力做功的特点,利用动能定理求解第二问。

对于第三问,要挖掘隐含的条件,抓住临界状态,小物块与挡板只碰一次,且碰后不脱离轨道,巧妙选取研究的过程,运用动能定理进行求解。

通过化繁为简,让学生真正体会学习物理的乐趣,提高学生分析问题和解决问题的能力。

4  充分利用情景示意图、物理图象等展示物理过程

图形是一种特殊的语言工具,图形可以是示意图、向量图、轨迹图、图象等等[ 2 ]。分析物理过程,若能把文字转换成示意图、图象等,可以使抽象的问题变得直观、具体,如在运动学教学中用v-t、 s-t、a-t、F-t图象;在力学问题中进行受力分析用向量图可以避免复杂的计算;在电磁学教学中画出轨迹图分析粒子运动情况,使问题迎刃而解。分析物理过程用图形,有事半功倍的效果。

【例题2】如图4所示,一端固定于P点的弹性绳,另一端通过细绳连接两个测力计,分别用F1与F2拉测力计,把这端的结点移动至O点。使F2沿顺时针方向转动,大小不变,保持结点仍在O点,则F1的大小以及F1與OP夹角β如何变化?[ 3 ] 。

解析:对接点O受力分析,结点仍位于O点,则F1与F2合力不变,从图5到图7,可以看出F1大小一直增大,F1与OP夹角β先减小后增大。

利用向量图展示,F1大小及β角变化情况一目了然,可见作图对于物理过程分析的重要性。

总而言之,对学生分析物理过程能力的培养,不是一朝一夕就能完成的,它不仅需要教师在日常教学中潜移默化的熏陶,更需要让学生融入到具体的题目情景中去亲身实践、主动探索。作为教学主导的物理教师,任重而道远。

参考文献:

[1]徐立海.试论物理教学中的“重演知识发生过程”[J].物理教学,2009(11).

[2]郑小林.图在物理解题中的应用[J].物理教师,2009(8).

[3]郝爱萍.新课程下高一物理学困生转化策略[D]. 呼和浩特:内蒙古师范大学, 2013.