田 峰
(榆林市綏德中學 陜西 榆林 718000)
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巧建物理模型突破思維困境
——2014年高考物理壓軸題賞析
田 峰
(榆林市綏德中學陜西 榆林718000)
摘 要:高中物理新課標注重對學生能力的培養(yǎng),2014年高考壓軸題(新課標全國卷Ⅰ)就是對學生能力的考查,構(gòu)建物理模型是解決物理問題的關(guān)鍵.建立這種理想模型的目的是為了暫時忽略與當前考查不相關(guān)的初速度方向因素,借以化繁為簡,以利于問題的分析、討論,從而較方便地找出當前所研究的最基本的規(guī)律,這是一種重要的科學方法,也是物理學中常用的科學方法.
關(guān)鍵字:高中物理構(gòu)建理想模型
高考物理試題著重考查考生的知識、能力和科學素養(yǎng).注重理論聯(lián)系實際,注意物理與科學技術(shù)、社會和經(jīng)濟發(fā)展的聯(lián)系,注意物理知識在生產(chǎn)、生活中等方面的廣泛應(yīng)用,以有利于高等學校的選拔.高考物理在考查知識的同時注重考生能力的考查,并把能力考查放在首位,構(gòu)建正確的物理模型無疑是解決問題的關(guān)鍵,也是考生能力的重要體現(xiàn).2014年高考物理(新課標全國卷Ⅰ)第25題解答題,題型設(shè)計與往年相比有了新在變化,考查考生分析綜合能力和應(yīng)用數(shù)學知識處理物理問題的能力,是重力場與勻強電場的復合.大多數(shù)學生無法建立正確的物理模型,陷入思維困境.建立理想物理模型,可以把抽象思維具體化,突破思維困境.
(1)無電場時,小球到達A 點時的動能與初動能的比值;
(2)電場強度的大小和方向.
圖1
解析:本題第(1)小題是具體的平拋運動,可以利用平拋運動的基本關(guān)系式或推論方便解題,比較簡單.第(2)小題加電場后帶電小球不再是平拋運動,對于該題的思路,考生首先想到的是描繪運動軌跡,卻又難以如愿,所以大多數(shù)學生無法突破思維困境.事實上小球的運動軌跡是不能具體化的,只能從狀態(tài)的變化入手,原標準答案的解法這里不再重復.筆者嘗試構(gòu)建了一個理想化物理模型,利用等效法,讓運動小球有一個具體簡單的運動路線,實現(xiàn)了由物理問題向數(shù)學模型的成功轉(zhuǎn)化,很適合學生的思維習慣,從而突破思維困境.
本題中小球帶電后受到電場力F和重力G的作用,由于保守力做功與路徑無關(guān),所以假設(shè)小球以一定初動能分別沿直線OA從O運動到A,沿直線OB運動到B,然后通過計算兩個過程中電場力做功,確定電場方向.
圖2
由動能定理可得
ΔEk1=2F1h+mgh
即
2Ek0=2F1h+mgh
將
代入可得
圖3
由動能定理可得
ΔEk2=3F2h+3mgh
即
5Ek0=3F2h+3mgh
將
代入可得
由此可知,無論沿OA還是OB移動帶電小球,相等距離電場力做功一樣多,所以電場力F在∠AOB的平分線OD上,如圖3所示,OA=OC,AC為等勢線.
不難看出,帶電小球沿OA和OB方向電場力的大小是相同的,那么電場的方向一定在∠AOB的對角線上,如圖4所示.
圖4
所以就有
理想化方法是一種科學抽象,是研究物理學的重要方法,它根據(jù)所研究問題的需要和具體情況,確定研究對象的主要因素和次要因素,保留主要因素,忽略次要因素,排除無關(guān)干擾,從而簡明扼要地揭示事物的本質(zhì).本題忽略初速度方向因素,建立一個沿直線運動的理想化模型.建立這種理想模型的目的是為了暫時忽略與當前考察不相關(guān)的初速度方向因素,借以化繁為簡,以利于問題的分析、討論,從而較方便地找出當前所研究的最基本的規(guī)律,這是一種重要的科學方法,也是物理學中常用的科學方法.
可以看出,2014年高考題命題延續(xù)了近年來題型多變的原則,試題注重考查學生對物理本質(zhì)的理解、物理知識的應(yīng)用能力.這就要求教師在物理教學中加強基礎(chǔ)知識的應(yīng)用教學,重視學生對物理知識的靈活處理,對物理模型的建立、物理規(guī)律的處理具有靈活性和多樣性,尤其要真正發(fā)展學生的學科思維能力.善于根據(jù)物理問題、物理條件建立理想化模型、理想化過程、理想化狀態(tài)、理想化結(jié)構(gòu)等,將一些看似復雜的問題情境簡化為簡單模型,突破思維困境,可以達到靈活地解決物理問題的目的.
收稿日期:(2015-01-16)