帥厚梅

(新華中學(xué)　江蘇 揚(yáng)州　225009)

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以問(wèn)題為臺(tái)階化解難題
——淺談高三物理試題分析的有效策略

帥厚梅

(新華中學(xué)江蘇 揚(yáng)州225009)

本文以高三物理試題分析為例，討論了以問(wèn)題為臺(tái)階化解難題的有效策略.

物理試題分析化解難題策略

考試既是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況的重要手段，也是反饋教師教學(xué)質(zhì)量的有效方式．高三物理復(fù)習(xí)過(guò)程中大大小小的考試必不可少，而每份試卷上的難題又是導(dǎo)致學(xué)生考試失分的一個(gè)重要因素．其實(shí)所謂難題無(wú)非就是題目所給的條件與題目所要的結(jié)論之間的跨度太大，學(xué)生難以跨越．因此在條件與結(jié)果之間鋪設(shè)適當(dāng)?shù)膯?wèn)題臺(tái)階，無(wú)疑是化解難題的一種有效策略．

1　從基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)鋪設(shè)問(wèn)題臺(tái)階

【例1】如圖1所示，將圓柱形強(qiáng)磁鐵吸在干電池負(fù)極，金屬導(dǎo)線折成上端有一支點(diǎn)、下端開(kāi)口的導(dǎo)線框，使導(dǎo)線框的頂端支點(diǎn)和底端分別與電源正極和磁鐵都接觸良好但不固定，這樣整個(gè)線框就可以繞電池軸心旋轉(zhuǎn)起來(lái)．下列判斷中正確的是

A．線框能旋轉(zhuǎn)起來(lái)，是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)

B．俯視觀察，線框沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)

C．電池輸出的電功率大于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率

D．旋轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，線框中電流比剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的大

圖1

這是一道新題，學(xué)生之前沒(méi)遇到過(guò)，感到很陌生，無(wú)從下手．但只要堅(jiān)信本道題所考的知識(shí)肯定是高中所學(xué)范圍而沒(méi)有超綱，仔細(xì)分析本題考查的基本知識(shí)有哪些，如何處理等等，就能慢慢抓住問(wèn)題的本質(zhì)，以不變應(yīng)萬(wàn)變，從而解決問(wèn)題．本道題從題目所給的條件出發(fā)，可以設(shè)如下問(wèn)題：

問(wèn)題1.1：整個(gè)線框繞電池軸心旋轉(zhuǎn)，必然是受到力的作用，那么，你認(rèn)為線框在這里可能受到什么力而旋轉(zhuǎn)？(學(xué)生正確回答這一問(wèn)題，選項(xiàng)A就可以很快排除了)

問(wèn)題1.2：線框的哪部分可能受到力的作用？力的方向如何？(學(xué)生正確回答這一問(wèn)題，選項(xiàng)B就可以判斷其正誤了)

問(wèn)題1.3：你覺(jué)得電池輸出的能量如何分配？(對(duì)應(yīng)選項(xiàng)C)

問(wèn)題1.4：從受力角度來(lái)看，線框什么時(shí)候轉(zhuǎn)速最大？(對(duì)應(yīng)選項(xiàng)D)

對(duì)于物體平動(dòng)問(wèn)題，學(xué)生比較熟悉．物體由靜止到運(yùn)動(dòng)必然要受到力的作用，當(dāng)物體的受力平衡時(shí)，往往物體的速度最大，其實(shí)這里轉(zhuǎn)動(dòng)也類似．這道題中出現(xiàn)了強(qiáng)磁鐵，強(qiáng)磁鐵周圍必然有磁場(chǎng)，于是可以分析到這里所受的力必然是磁場(chǎng)力，力的方向則用左手定則進(jìn)行判斷．對(duì)于C選項(xiàng)屬于能量轉(zhuǎn)化的問(wèn)題，學(xué)生并不陌生．通過(guò)這道題的分析，可以啟發(fā)學(xué)生在遇到陌生題目時(shí)，要注意從題目所給的條件出發(fā)，逐句分析題目中所涉及到的基本知識(shí)，思考這一基礎(chǔ)知識(shí)的一般處理方法等等，“萬(wàn)變不離其宗”，再結(jié)合題目所提的問(wèn)題進(jìn)行綜合思考，逐步化解難題．

2　從基本模型出發(fā)鋪設(shè)問(wèn)題臺(tái)階

【例2】(江蘇省泰州市2015屆高三第二次模擬考試第9題)如圖2所示，水平轉(zhuǎn)臺(tái)上有一個(gè)質(zhì)量為m的物塊，用長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)繩將物塊連接在轉(zhuǎn)軸上，細(xì)線與豎直轉(zhuǎn)軸的夾角為θ角，此時(shí)繩中張力為零，物塊與轉(zhuǎn)臺(tái)間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ(μ

A．至繩中出現(xiàn)拉力時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)物塊做的功為2πμmgLsinθ

圖2

解析：仔細(xì)分析這道題，可以發(fā)現(xiàn)這道題是兩個(gè)基本模型的整合．

模型一是“圓盤模型”，即物塊放在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，沒(méi)有細(xì)繩拉著，僅靠靜摩擦力提供向心力隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示．

圖3

模型二是“圓錐擺模型”，即物體在一根細(xì)線的拉力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖4所示．

圖4

這道題是將這兩種模型進(jìn)行整合，增加了題目的復(fù)雜性，學(xué)生答題的錯(cuò)誤率很高．因此在這里可以從學(xué)生比較熟悉的兩個(gè)基本模型入手引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，從而有效地幫助學(xué)生解決問(wèn)題．可以設(shè)如下問(wèn)題：

問(wèn)題2.1：若沒(méi)有細(xì)繩(即“圓盤模型”)，什么力為物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)提供向心力？物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度是多少？書(shū)寫(xiě)相關(guān)方程．

問(wèn)題2.2：當(dāng)物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為多少時(shí)細(xì)繩上開(kāi)始產(chǎn)生拉力？

問(wèn)題2.3：物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)由靜止開(kāi)始緩慢加速轉(zhuǎn)動(dòng)至繩中出現(xiàn)拉力的過(guò)程中，物塊的動(dòng)能增加，是什么力對(duì)物塊做功？做多少功？

(問(wèn)題2.1至問(wèn)題2.3這3個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)選項(xiàng)A，B)

問(wèn)題2.4：當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)物塊支持力為零時(shí)，物塊受哪些力的作用？什么力為物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)提供向心力？(注意提醒學(xué)生當(dāng)支持力為零時(shí)，物塊已經(jīng)不再受摩擦力的作用．)

問(wèn)題2.5：當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)物塊支持力為零時(shí)，物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是多少？書(shū)寫(xiě)相關(guān)方程．

問(wèn)題2.6：物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)由靜止開(kāi)始至轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)物塊支持力為零的過(guò)程中，什么力對(duì)物塊做功？做多少功？

(問(wèn)題2.4至問(wèn)題2.6這3個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)選項(xiàng)C)

問(wèn)題2.7：當(dāng)物塊的角速度達(dá)到多大時(shí)開(kāi)始離開(kāi)轉(zhuǎn)臺(tái)？

問(wèn)題2.8：物塊離開(kāi)轉(zhuǎn)臺(tái)后(即“圓錐擺模型”)受哪些力的作用？什么力提供向心力？書(shū)寫(xiě)相關(guān)方程．

(問(wèn)題2.7至問(wèn)題2.10這3個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)選項(xiàng)D)

在這里引導(dǎo)學(xué)生從基本模型出發(fā)，找出物體轉(zhuǎn)動(dòng)的幾個(gè)臨界狀態(tài)，即“什么時(shí)候細(xì)繩上出現(xiàn)拉力”、“什么時(shí)候離開(kāi)轉(zhuǎn)臺(tái)”等．引導(dǎo)學(xué)生將基本模型的處理方法遷移到復(fù)雜題，即對(duì)臨界狀態(tài)進(jìn)行受力分析，并書(shū)寫(xiě)相關(guān)方程，這樣有利于求出臨界狀態(tài)下物塊的角速度和物塊的動(dòng)能，繼而可以根據(jù)動(dòng)能定理求出從靜止開(kāi)始到臨界狀態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)物塊所做的功．從學(xué)生熟悉的基本模型出發(fā)，一方面有利于學(xué)生找出解決疑難問(wèn)題的突破口，另一方面讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到所謂難題就是基本知識(shí)、基本模型的綜合，要學(xué)會(huì)將綜合問(wèn)題分解為若干小問(wèn)題進(jìn)行分析，可以有效提高解決問(wèn)題的信心和成功率．

3　從運(yùn)動(dòng)過(guò)程出發(fā)鋪設(shè)問(wèn)題臺(tái)階

(1)求小物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度的最大值，并指出此時(shí)加速度的方向和速度的方向；

(2)設(shè)小物塊第一次返回的最高點(diǎn)為D，求AD的距離l3；

(3)求小物塊在BC間運(yùn)動(dòng)的總路程．

圖5

解析：物體在光滑斜面上的運(yùn)動(dòng)形式比較常見(jiàn)，但這一題在斜面上部分區(qū)域增加了電場(chǎng)，又在部分區(qū)域有摩擦，作為整份試卷的壓軸題，其難度可想而知．此題的過(guò)程比較復(fù)雜，不過(guò)從本質(zhì)上來(lái)看還是屬于力和運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，只是要注意什么時(shí)候有電場(chǎng)力，以及什么時(shí)候有摩擦力等等．既然過(guò)程比較復(fù)雜，不妨將復(fù)雜的過(guò)程進(jìn)行分解，一個(gè)過(guò)程接一個(gè)過(guò)程地進(jìn)行突破，最終成功解決問(wèn)題．可以設(shè)如下問(wèn)題：

問(wèn)題3.1：小物塊在AB段受哪些力的作用？加速度大小是多少？方向如何？做什么運(yùn)動(dòng)？

問(wèn)題3.2：小物塊在BC段受哪些力的作用？加速度大小是多少？方向如何？做什么運(yùn)動(dòng)？

問(wèn)題3.3：若小物塊能滑過(guò)C點(diǎn)，則之后受哪些力的作用？加速度大小是多少？方向如何？做什么運(yùn)動(dòng)？

問(wèn)題3.4：小物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中什么時(shí)候加速度最大，最大值是多少？方向如何？

[問(wèn)題3.1至問(wèn)題3.3的鋪設(shè)，都是在為問(wèn)題4做準(zhǔn)備的，從而解決題目中的第(1)小問(wèn)．]

問(wèn)題3.5：小物塊從A點(diǎn)靜止釋放，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度是多大？

問(wèn)題3.6：第一次下滑過(guò)程中，小物塊能否滑過(guò)C點(diǎn)？

問(wèn)題3.7：設(shè)小物塊第一次返回的最高點(diǎn)為D，則AD間的距離是多少？(問(wèn)題3.7可以利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分段處理，也可以利用動(dòng)能定理整體處理．不過(guò)用動(dòng)能定理進(jìn)行處理比較方便，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分段處理比較繁瑣．)

[問(wèn)題3.5和問(wèn)題3.6的鋪設(shè)，都是在為問(wèn)題

3.7做準(zhǔn)備的，從而解決題目中的第(2)小問(wèn)．]

問(wèn)題3.8：小物塊在下滑、上升來(lái)回過(guò)程中，可能在哪個(gè)過(guò)程中靜止？可能靜止在哪段區(qū)域？

問(wèn)題3.9：小物塊從A點(diǎn)靜止下滑到最終靜止的整個(gè)過(guò)程中，可以建立什么方程？

問(wèn)題3.10：小物塊在BC間運(yùn)動(dòng)的總路程是多少？

[問(wèn)題3.8和問(wèn)題3.9的鋪設(shè)，都是在為問(wèn)題

3.10做準(zhǔn)備的，從而解決題目中的第(3)小問(wèn)．]

此題的過(guò)程比較多，但若將多過(guò)程分解為一個(gè)個(gè)單過(guò)程后，每一段的受力和運(yùn)動(dòng)情況還是比較容易分析的．因此我們要引導(dǎo)學(xué)生在遇到多過(guò)程復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，學(xué)會(huì)將多過(guò)程分解為若干個(gè)小過(guò)程，然后對(duì)每個(gè)小過(guò)程進(jìn)行受力分析以及運(yùn)動(dòng)分析，最后再進(jìn)行綜合．同時(shí)還要提醒學(xué)生，在遇到復(fù)雜的多過(guò)程時(shí)，優(yōu)先選用動(dòng)能定理整段處理，可以避免復(fù)雜的過(guò)程分析．

問(wèn)題是學(xué)科知識(shí)建構(gòu)和發(fā)展學(xué)生能力的載體，是引導(dǎo)課堂教學(xué)有序開(kāi)展的一條主線．課堂上教師不是直接告訴學(xué)生如何解決問(wèn)題，而是通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生積極思考，尋求解決問(wèn)題的方案．在高三物理試題分析課上，教師需要做的工作就是鋪設(shè)好“問(wèn)題”臺(tái)階，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自己的分析、思考，努力“拾級(jí)而上”，從而解決問(wèn)題．教師在鋪設(shè)“問(wèn)題”臺(tái)階的同時(shí)還要注意引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自己 “鋪設(shè)臺(tái)階”，這樣才能真正提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．

2016-03-02)