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        巧建物理模型解題提高課堂教學(xué)效率

        2016-07-05 10:13:42謝銀英
        大陸橋視野·下 2016年5期
        關(guān)鍵詞:中學(xué)物理教學(xué)物理模型高效課堂

        謝銀英

        【摘 要】學(xué)生能否順利解決物理問(wèn)題取決于構(gòu)建準(zhǔn)確的物理模型和應(yīng)用物理模型解題的能力,在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型和提高應(yīng)用物理模型的能力,從而更加有助于提高高效課堂教學(xué)的效果。

        【關(guān)鍵詞】中學(xué)物理教學(xué);物理模型;高效課堂

        模型法是物理學(xué)研究問(wèn)題的一種重要方法,很多物理問(wèn)題的解答都需要通過(guò)構(gòu)建物理模型來(lái)解決,如果模型構(gòu)建得好,可大大提高解題速度。高考中常出現(xiàn)物理模型類(lèi)題型,說(shuō)明物理模型在高考中的地位特別重要。如何從實(shí)際情景中構(gòu)建物理模型,借助物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題,是考查考生思維品質(zhì)的一個(gè)重要因素。本文采擷幾例予以歸納,引導(dǎo)同學(xué)們掌握物理模型題的求解方法,培養(yǎng)學(xué)生靈活思變和創(chuàng)造性思維能力,最終達(dá)到高效課堂教學(xué)的目的。

        一、類(lèi)比聯(lián)想,構(gòu)建模型

        例1.在光滑水平面上的O點(diǎn)系一長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣細(xì)線,線的另一端系一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球,如圖1所示。當(dāng)沿細(xì)線方向加上場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)后,小球處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)給小球一垂直于細(xì)線的初速度v0,使小球在水平面上開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。若v0很小,則小球第一次回到平衡位置所需的時(shí)間為( )

        A. B. C. D.無(wú)法確定

        圖1

        解析:帶電粒子在豎直平面內(nèi)受到的重力與水平面給它的支持力平衡,在水平面內(nèi)只受到電場(chǎng)力F1=qE和繩的拉力F2的作用。當(dāng)v0很小時(shí),擺球在水平面擺動(dòng)的角度很小,擺動(dòng)過(guò)程中受到的回復(fù)力,這與單擺在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的回復(fù)力相似,故擺球的運(yùn)動(dòng)與單擺的運(yùn)動(dòng)模型相似,因單擺的周期為:

        應(yīng)用類(lèi)比的方法可得到小球擺動(dòng)的周期為:

        因此,小球第1次回到平衡位置所需的時(shí)間為:

        所以正確答案為B

        點(diǎn)評(píng):在仔細(xì)審題抓住關(guān)鍵信息的基礎(chǔ)上,可通過(guò)類(lèi)比聯(lián)想或抽象概括、或邏輯推理、或原型啟發(fā)去尋找物理規(guī)律與已有信息的相似、相近或聯(lián)系,將復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過(guò)程轉(zhuǎn)化成為理想的、等效的、簡(jiǎn)單的物理模型,把新情景問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單而熟悉的模型來(lái)解決。有些單擺的物理模型看上去和我們平時(shí)見(jiàn)到的單擺形狀不同,但處理問(wèn)題的方法完全可以用我們常見(jiàn)的單擺的方法處理,只是注意其中為等效擺長(zhǎng),為等效加速度,也可以看成是單擺靜止在平衡位置時(shí)懸線拉力產(chǎn)生的加速度。

        二、理解常規(guī)物理模型,更快地理清解題思路

        例2.如圖2所示,用輕彈簧將質(zhì)量均為m=1kg的物塊A和B連結(jié)起來(lái),將它們固定在空中,彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài),A距地面的高度h1=0.90m。同時(shí)釋放兩物塊,A與地面碰撞后速度立即變?yōu)榱?,由于B壓縮彈簧后被反彈,使A剛好能離開(kāi)地面(但不繼續(xù)上升)。若將B物塊換成質(zhì)量為2m的物塊C(圖中未畫(huà)出),仍將它與A固定在空中且彈簧處于原長(zhǎng),從A距地面的高度為h2處同時(shí)釋放,C壓縮彈簧被反彈后,A也剛好能離地面。已知彈簧的勁度系數(shù)k=100N/m,求h2的大小。

        解析:由于高中物理對(duì)彈性勢(shì)能的表達(dá)式不作要求,解決彈簧類(lèi)問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意兩種模型:①?gòu)椈蓧嚎s和伸長(zhǎng)的形變量相同時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能相等;②彈簧連接兩個(gè)物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)兩物體的相對(duì)速度最大,彈簧的形變量最大時(shí)兩物體的速度相等。

        設(shè)A物塊落地時(shí),B物塊的速度為v1,則有:

        設(shè)A剛好離地時(shí),彈簧的形變量為x,對(duì)于A物塊有:mg=kx

        從A落地后到A剛好離開(kāi)地面的過(guò)程中,對(duì)于A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,則有:

        換成后,設(shè)落地時(shí),的速度為,則有:

        從落地后到剛好離開(kāi)地面的過(guò)程中,對(duì)于、及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,則有:,聯(lián)立解得:h2=0.5m

        點(diǎn)評(píng):縱觀歷年的高考試題,和彈簧有關(guān)的物理試題占有相當(dāng)大的比重。高考命題者常以彈簧為載體設(shè)計(jì)出各類(lèi)試題,這類(lèi)試題幾乎貫穿整個(gè)力學(xué)的知識(shí)體系。對(duì)于彈簧,從受力角度看,彈簧的彈力是變力;從能量角度看,彈簧是個(gè)儲(chǔ)能元件。因此,彈簧問(wèn)題能很好地考查學(xué)生的綜合分析能力,故備受高考命題老師的青睞。而與動(dòng)量、能量相關(guān)的彈簧問(wèn)題在高考試題中出現(xiàn)頻繁,而且常以計(jì)算題出現(xiàn),在解題過(guò)種中考查彈簧彈性勢(shì)能問(wèn)題時(shí)都要建立上述的物理模型。

        三、由題設(shè)中條件分析歸納與條件相符合的物理模型

        例3.如圖3所示,兩根等高的四分之一光滑圓弧軌道,半徑為r、間距為L(zhǎng),圖中oa水平,ob豎直,在軌道頂端連有一阻值為R的電阻,整個(gè)裝置處在一豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B?,F(xiàn)有一根長(zhǎng)度稍大于L、質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的金屬棒。若金屬棒在拉力作用下,從cd開(kāi)始以速度v0向右沿軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則在到達(dá)ab的過(guò)程中拉力做的功為多少?整個(gè)過(guò)程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好,軌道電阻不計(jì)。

        解析:金屬棒在軌道上向右做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,穿過(guò)由金屬棒、導(dǎo)軌和電阻所組成的閉合回路的磁能量的變化規(guī)律與閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交流電的條件相同。

        金屬棒中產(chǎn)生正弦交流電的電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=BLv0,有效值為

        由閉合電路歐姆定律得I=E/R,在四分之一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt且t=2πr/(4v0) ,由功能關(guān)系有:

        解得拉力做的功為

        點(diǎn)評(píng):有些物理題目,閱讀完它的全部?jī)?nèi)容時(shí),發(fā)現(xiàn)研究對(duì)象在整個(gè)過(guò)程中設(shè)立的情景與我們所熟記的物理模型情景完全不同,但如果我們仔細(xì)推敲,會(huì)發(fā)現(xiàn)研究對(duì)象在整個(gè)過(guò)程中的某些條件與我們熟悉的物理模型條件相同,建立相同的模型去解題,問(wèn)題就解決了。

        四、總結(jié)

        學(xué)生分析物理過(guò)程時(shí)的“無(wú)從入手”,主要是對(duì)物理過(guò)程的“難以想象”造成的,學(xué)生需要具備較高的抽象思維能力,我們要努力創(chuàng)造條件,通過(guò)題目某些相同的條件建立起模型,把難以想象的情景運(yùn)用熟悉情景展現(xiàn)出來(lái)。如在探究一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),通過(guò)畫(huà)物體受力圖、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖以及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律圖象,整個(gè)物理過(guò)程情景就能夠象放電影中的“慢動(dòng)作”一樣清晰有序地展現(xiàn)在學(xué)生眼前,所求解的問(wèn)題自然是迎刃而解了。

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