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        以平拋運動實驗為“支架” 發(fā)展物理思維能力

        2016-11-25 21:02:21徐飛翔
        物理教學(xué)探討 2016年10期
        關(guān)鍵詞:平拋運動實驗方法物理思維

        徐飛翔

        摘 要:平拋運動是典型的曲線運動,平拋運動中的規(guī)律滲透運動的合成與分解的思想,體現(xiàn)構(gòu)建運動學(xué)方程的思維能力。結(jié)合實驗挖掘平拋運動中的重要規(guī)律,滲透物理科學(xué)研究的思想方法,理論與實驗相結(jié)合,以此培養(yǎng)學(xué)生的動手能力,分析解決問題的能力,發(fā)展學(xué)生的物理思維,必事半功倍。

        關(guān)鍵詞:平拋運動;實驗方法;物理思維;能力培養(yǎng)

        中圖分類號:G633.7 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2016)10-0013-3

        平拋運動規(guī)律性強,常與實驗內(nèi)容相結(jié)合,運用平拋運動的實驗創(chuàng)設(shè)場景,使學(xué)生對物理事實獲得具體明確的認識[1]。教學(xué)時根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論,設(shè)置合理高度的腳手架[2],通過變式訓(xùn)練,引深討論,總結(jié)思想方法,能很好地促進學(xué)生物理思維的發(fā)展。

        1 以實驗題型為切入點,循序引入

        例題1 如圖1所示,一光滑斜面放在一光滑水平桌面上,下面緊挨著連接一個傾角為θ的斜面,在斜面上,從不同的高度位置釋放小球。若小球離開桌面做平拋運動,均落到斜面上。忽略空氣的阻力,設(shè)小球從軌道末端飛出到落到斜面上的時間為t ,設(shè)釋放點到水平拋出點的高度差為h ,如圖2所示,下列關(guān)于h與t的關(guān)系圖像正確的是( )

        又對小球離開桌面后做平拋運動,設(shè)在斜面上的位移為l,由平拋運動規(guī)律:

        根據(jù)函數(shù)關(guān)系式可知,因θ角為定值,h-t2圖像應(yīng)為拋物線,開口向上。由分析知D正確。

        深入分析 此題以實驗及平拋運動規(guī)律作為“支架”,引導(dǎo)學(xué)生從物理量的因果聯(lián)系,進行深入探討。對于從斜面上某點水平拋出的物體,最終落到斜面上的問題,由上面(5)式可知,θ、g一定的情況下,t的大小取決于v的大小。而又由(2)式知v的大小取決于h。因此,在θ不變的情況下,h與t建立聯(lián)系,由(6)式知道其關(guān)系圖像。理清因果關(guān)系,構(gòu)建方程,使學(xué)生獲得清晰的思維過程。

        2 以規(guī)律為引領(lǐng),展開變式訓(xùn)練

        變式訓(xùn)練 若實驗裝置仍如上圖1所示,在斜面上不同高度h釋放小球,設(shè)小球落到斜面上時,速度方向與斜面的夾角為β,則β隨h 的變化情況為( )

        A. 隨h的增大而增大 B.隨h的增大而減小

        C. 隨h的增大而不變 D.無法確定

        本題的研究方法為保持θ不變,改變高度h,使v 的大小發(fā)生變化,由v 的變化分析t的變化,或是夾角的變化,結(jié)合平拋運動的基本規(guī)律發(fā)展學(xué)生的思維能力。

        3 撥開表象迷霧,提煉物理思維方法

        在物理實驗及習(xí)題教學(xué)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,結(jié)合已掌握的知識體系,根據(jù)就近發(fā)展策略,變換問題的角度,啟迪思維方法,滲透物理研究思想,使學(xué)生思維向更深層次發(fā)展。下面我們運用控制變量法,來改變實驗的條件,分析平拋運動的特點。

        3.1 控制變量的思想

        本題中從同一高度h下落,則控制v0不變,而改變θ的值,則t隨θ而改變。

        小結(jié):v0不變時,對應(yīng)的θ值均有L值與之對應(yīng),當(dāng)夾角增大時,L也應(yīng)該隨之增大,當(dāng)木板的長度一定時,即長度達到最大值時,就不能再隨角度的增大而增大,這時小球就不能再落回到斜面上。本質(zhì)是控制v0不變,改變θ值使L值隨之改變。

        3.2 逆向思維法

        例題3 如圖5所示,在斜面底端A 處安裝一彈射裝置,調(diào)好角度,使小球以速度 v彈射出去,恰好能落在斜面上M 點時到達最高位置,即速度方向水平,若只改變彈射時發(fā)射速度的大小,不改變發(fā)射角度,問小球上升的最高點還能在斜面上嗎?

        分析 本題按逆向思維討論處理,若從斜面上方以水平速度拋出一個小球,落在斜面上時與斜面的夾角為β,落點時的速度為v,逆向處理時相當(dāng)于從落點A處以速度大小v與斜面的夾角為β斜向上拋出一個物體,恰好落到斜面上時,速度方向水平。由前述知,當(dāng)從斜面上以不同速度大小水平拋出物體落到斜面上時,速度方向與斜面的夾角均為定值,反之以不同速度,和原來的夾角相同的角度發(fā)射的物體其最高點必然在斜面上,因發(fā)射的速度不同,故最高點的位置不同。

        小結(jié):由逆向思維方法,靈活運用前面的已有結(jié)論,能發(fā)展學(xué)生智力,形成能力,舉一反三,避免題海戰(zhàn)。

        3.3 極值法

        極值法是物理??嫉姆椒ㄖ?, 在平拋運動中有一類求極值問題,暫且也稱之為極值問題,下面舉例說明。

        例題4 如圖6所示,質(zhì)量為m的小球以速度v水平拋出,落到對面的傾角為θ的斜面上,若拋出點到落點有最短位移,求:此運動過程的時間及位移的極小值?

        分析 由幾何關(guān)系知,物體的位移與斜面垂直時,有最小位移,由圖6知,

        總之,結(jié)合平拋運動規(guī)律,進行物理思維方法教學(xué),精心選擇習(xí)題,著眼思維訓(xùn)練,體會控制變量法,逆向思維法、極值法等,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,為后續(xù)物理課程學(xué)習(xí)、物理能力發(fā)展打下基礎(chǔ)。

        參考文獻:

        [1]張安. 高中新課程物理實驗探究能力教學(xué)初探[J]. 物理教學(xué)探討,2010,28(10):1—3.

        [2]王祥東.支架式教學(xué)在概念型新課中的應(yīng)用[J]. 物理教學(xué)探討,2016,34(4):15—18.(欄目編輯 趙保鋼)

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