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        高中物理趣味“字形”習題的評析

        2012-04-29 05:32:13戴耀中陳毅鳳陳振宇
        考試周刊 2012年23期
        關鍵詞:變壓器物理學生

        戴耀中 陳毅鳳 陳振宇

        2008年北京奧運會開幕式上,“和”字模塊從篆體到宋體極有韻律地演變著,向世界展現(xiàn)漢字的魅力,表達傳統(tǒng)文化最核心的理念,傳遞現(xiàn)代文明極豐富的信息。我們震撼之余,不禁聯(lián)想到課題研究內(nèi)容中“趣味性練習設計的應用與效果”,不是也常遇到一類相關“字形”的物理問題嗎?它們既精彩又有意義。下面就此簡要談一談,相信這不僅能激發(fā)學生學習熱情和興趣,還可以激勵學生思考和應用所學的物理知識。

        一、探究“字形”,扣人心弦。

        例1.為什么閃電會從天而降,又為什么閃電通常是“之”字或“人”字形?

        解析:美國國家氣象局的內(nèi)譯特·賴德爾認為,每當暴風雨來臨,雨點即能獲得額外的電子。電子是帶負電的,這些電子會追尋地面上的正電荷。額外的電子流出云層后要碰撞別的電子,使別的電子也變成游離電子,因而產(chǎn)生了傳導的軌跡。傳導的軌跡會在空中散布著的不規(guī)則形狀的帶電離子群中間跳躍著迂回延伸。還有學者從視覺、能量粒子受干擾、能量通道發(fā)生變化等加以解釋。

        點評:該題在課標實驗教材物理1(必修)第一章《緒論》(圖1-3)中提問過,“從自然界的問題開始”,就如此驚天動地和神秘,可謂用隆重而夢幻般的儀式把學生迎進物理學的殿堂。又如①古羅馬有一條水道叫阿克瓦·馬爾齊亞,全長100km,但是水道兩端之間的直線距離只有該數(shù)值的一半;只因那時候工程師對“U”形管連通器的原理只有極模糊認識,竟多造了50km長的石頭工程。②我國詹天佑設計的“人”字形鐵路卻讓世界鐵路業(yè)走向一個新的臺階。③美籍華裔諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中,把他發(fā)現(xiàn)的新粒子取名為J粒子,“J”和“丁”字形相近,寓意這是中國人發(fā)現(xiàn)的粒子……這些天上地下、古今中外的物理相關“字形”趣談,會讓學生產(chǎn)生濃厚的興趣,情感態(tài)度與價值觀得到升華,也渴望探索其中奧秘。

        二、創(chuàng)設“字形”,引人入境。

        例2.(08山東)某興趣小組設計了如圖1所示的玩具軌道,其中“2008”四個等高數(shù)字用內(nèi)壁光滑的薄壁細圓管彎成,固定在豎直平面內(nèi)(所有數(shù)字均由圓或半圓組成,圓半徑比細管的內(nèi)徑大得多),底端與水平地面相切。彈射裝置將一個小物體(可視為質點)以V=5m/s的水平初速度由a點彈出,從b點進入軌道,依次經(jīng)過“8002”后從p點水平拋出。小物體與地面ab段間的動摩擦因素μ=0.3,不計其他機械能損失。已知ab段長L=1.5m,數(shù)字“0”的半徑R=0.2m,小物體質量m=0.01kg,g=10m/s。求:1.小物體從p點拋出后的水平射程。2.小物體經(jīng)過數(shù)字“0”的最高點時管道對小物體作用力的大小和方向。

        解析:略。(答:1.0.8m;2.0.3N,豎直向下)

        點評:在新課程理念下的高考強調(diào)讓學生領悟物理思想和方法、體驗探究過程、感受物理學的美妙。本題的“2008”字形,與奧運主題相呼應,一下子把考生帶入特定的“時空隧道”。以新鮮別致的情境設置,舒緩了考生緊張情緒,激發(fā)了考生解題潛能。同時還將勻變速直線運動、圓周運動、平拋運動三種高中物理中典型的運動模型相結合,巧妙地把“科學性、趣味性、考查性融為一體”,不失為一道好題。值得一提的是,物理試題還常引用“十”字形來設置情境。如①上海市第16屆初中物理物理競賽復賽試題第18大題。②十字路口等候綠燈亮時,自行車與汽車的“追及問題”。

        三、變換“字形”,發(fā)人深省。

        例3.如圖2所示,在繞制變壓器時,某人誤將兩個線圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩上臂上,當通以交流電時,每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈,另一半通過中間的臂。已知線圈1、2的匝數(shù)之比N∶N=2∶1,在不接負載的情況下()

        A.當線圈1輸入電壓220V時,線圈2輸出電壓為110V

        B.當線圈1輸入電壓220V時,線圈2輸出電壓為55V

        C.當線圈2輸入電壓110V時,線圈1輸出電壓為220V

        D.當線圈2輸入電壓110V時,線圈1輸出電壓為110V

        解析:當線圈1作為輸入端時,===×=,因為U=220V,所以U=55V。當線圈2作為輸入端時;同理可得U′=110V。故選B、D。

        點評:我們經(jīng)常使用的變壓器公式是針對“口”字形變壓器推出的,但變壓器的鐵芯已變換成“日”字形,應根據(jù)變壓器的工作原理推導出新的公式,切忌盲目套用公式。在教學過程中若能巧妙抓住時機,變換設疑因勢利導,將有助于開啟學生思緒,在學生“最近發(fā)展區(qū)”較大限度地引發(fā)學生思維。

        四、拓展“字形”,耐人尋味。

        例4.(07海南改編)如圖3,在大氣中有一水平放置的固定圓筒,它由a、b和c三個粗細不同的部分連接而成,各部分的橫截面積分別為4S、S和2S。已知大氣壓強為P,溫度為T。兩活塞A和B用一根長為4L的不可伸長的輕線相連,把溫度為T的空氣密封在兩活塞之間,此時兩活塞的位置如圖所示?,F(xiàn)對被密封的氣體加熱,使其溫度緩慢上升到T。若活塞與圓筒壁之間的摩擦可忽略,此時兩活塞之間氣體的壓強可能為多少?

        例5.(11海南)如圖4,ab和cd是兩條豎直放置的長直光滑金屬導軌,MN和M′N′是兩根用細線連接的金屬桿,其質量分別為m和2m。豎直向上的外力F作用在桿MN上,使兩桿水平靜止,并剛好與導軌接觸;兩桿的總電阻為R,導軌間距為l。整個裝置處在磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向與導軌所在平面垂直。導軌電阻可忽略,重力加速度為g。在t=0時刻將細線燒斷,保持F不變,金屬桿和導軌始終接觸良好。求:(1)細線少斷后,任意時刻兩桿運動的速度之比;(2)兩桿分別達到的最大速度。

        解析:略。(例4答:T<T時,p=p;T≥T時,p=·p;例5答:2和v=,v=)

        點評:例4、例5兩道試題看似風馬牛不相及,可確有“異曲同工”之妙。其特點是,由“細繩”“輕桿”連接兩物體(活塞或金屬棒等),組成倒“工”字或類似倒“工”字形的結構。又如09年江蘇卷第15題;08年廣東卷第18題,這在“熱學氣缸類問題”、“電磁學導軌類問題”中還是較常見的。一般采用“整體法”與“隔離法”求解:隔離物體受力分析或隔離運動過程分析后,再整體綜合分析,從而迅速尋找到解題的“切入點”,注意過程過渡的“關鍵點”,利用條件、定律、定理等列式;再通過演算即得結果,給人一種拾階而上、水到渠成的感覺。

        項目支撐:南安市教育科學“十二五”規(guī)劃(第一批)立項課題,序號NG1251-076。

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