孫貝貝

(江蘇省徐州安保中等專業(yè)學校 221600)

物理課程是中職課程教學的重要組成部分，物理模型地探討一直是一線物理教師談?wù)摗⒀芯康闹攸c，大量教學實踐表明，模型教學是課程的難點和重點，要求學生具備豐富的物理知識，具備將實際問題轉(zhuǎn)化、抽象出物理模型的能力，具備利用物理模型解決實際問題的的能力.本文以中職物理教學為探究載體，采取典型案例和理論分析相結(jié)合的方式，從“滑塊—木板”模型分析為例，重點剖析典型案例，以期實現(xiàn)教學相長的目的，為一線教育同仁帶來一些借鑒與幫助.

1 “滑塊—木板”模型中木板帶動滑塊的情境分析

案例1在粗糙的水平地面上放置質(zhì)量為M的木板,如圖1所示，在t=0時刻使得木板獲得v0的初速度，同時在木板的最右端以初速度為零的方式，放置可視為質(zhì)點的質(zhì)量為m的滑塊，已知滑塊與木板、木板與地面之間的動摩擦因數(shù)分別為μ1和μ2，木板的長度足夠長，從零時刻開始至滑塊和木板靜止的過程中，試求：(1)滑塊運動的位移；(2)木板運動的位移；(3)滑塊與木板之間的相對位移；(4)整個運動過程中，滑塊與木板之間產(chǎn)生的熱量.

圖1

剖析本題題設(shè)中涉及信息量并不大，關(guān)鍵的難點是滑塊與木板，木板與地面之間均存著摩擦力，而且兩個動摩擦因數(shù)大小關(guān)系未知，這樣題目可能存在分類討論的情況；這里可以借助于v-t圖像進行分析處理，開始階段木板減速、滑塊加速，兩者達到共同速度后一起減速直至停止運動.如圖2所示，這是μ1≥μ2情況下滑塊和木板的速度隨時間變化的圖像.對于μ1<μ2的情況，從零時刻開始，滑塊加速、木板減速，當兩者速度相等后，由于滑塊與木板之間動摩擦因數(shù)較小，所以滑塊的加速度始終小于木板的加速度，其速度—時間圖像如圖3所示，滑塊和木板以不同的加速度減速至靜止.

圖2 圖3

顯然，在解決中職物理“滑塊—木板”模型問題時，v-t圖像能夠直觀、形象地反映滑塊和木板的運動過程，利用圖像解決此類問題變得十分快捷、通俗易懂.

2 “滑塊—木板”模型中滑塊帶動木板的情境分析

案例2質(zhì)量為M的木板靜止水平地面上，如圖4所示，現(xiàn)有質(zhì)量為m的滑塊以初速度v0從左端沖上木板，在摩擦力的作用下帶動木板向右運動，滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ2，最終滑塊和木板均靜止；在此過程中，試求：(1)滑塊、木板運動的位移；(2)滑塊與木板之間因摩擦而產(chǎn)生的熱量.

圖4

辨析根據(jù)題設(shè)信息，滑塊能夠帶動木板運動，說明滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)大于木板與地面之間的動摩擦因數(shù)即μ1>μ2，結(jié)合上述案例可以作出v-t圖像如圖5所示：

圖5

可見，在中職物理教學中，滑塊-木板模型是課程教學中的重點模型，解決此類問題必須明確兩者運動的性質(zhì)特點，利用牛頓運動定律結(jié)合隔離法分別求解滑塊和木板的加速度，靈活運用速度-時間圖像的直觀性求解運動的位移，充分體現(xiàn)數(shù)學知識在物理問題中的有效運用.

3 “滑塊——木板”模型中典型案例的分析與思考

案例3質(zhì)量為4kg的木板靜止于水平地面上，如圖6所示，質(zhì)量分別為1kg和5kg的滑塊A和滑塊B，在t=0時刻開始從木板的左右兩端以3m/s的相向運動，一段時間后當兩滑塊相遇時，滑塊A相對于木板恰好靜止，已知滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為0.5，木板與地面之間的動摩擦因數(shù)為0.1，題中涉及的最大靜摩擦力可以認為等于其滑動摩擦力，g取10m/s2,試求：(1)滑塊B相對于木板靜止時木板的速度.(2)滑塊A和B在t=0時刻兩者之間的距離.

圖6

剖析以向右為正方向，根據(jù)題意可知，A先向左做減速運動后向右做加速運動；B起初向右勻減速運動，木板向右做加速運動，在t1時刻滑塊B與木板達到共同速度v1，然后滑塊B與木板一起向右做勻減速運動，直至與A獲得共同速度v2，其v-t圖像如圖7所示.

圖7 圖8

對于滑塊A：μ1mAg=mAa1即a1=μ1g；

對于滑塊B：μ1mBg=mBa2即a2=μ1g；

對于木板：μ1mBg-μ1mAg-μ2(mA+mB+m)g=ma3，則a1=a2=5m/s2，a3=2.5m/s2.

根據(jù)v-t圖像(如圖7)可知，在0-t1內(nèi)滑塊B和木板：v1=v0-a2t1=0+a3t1，則v1=1m/s，t1=0.4s.

根據(jù)v-t圖像(如圖8)可知，陰影部分的面積表示滑塊A與滑塊B之間的距離.在0-t1過程中，滑塊A和滑塊B相對于地面的位移之和為：

在t1-t2的過程中，

對于滑塊A：v2=-v1+a1(t2-t1)，

對于滑塊B與木板(共速)：

μ2(mA+mB+m)g+μ1mAg=(mB+m)a4，

v2=v1-a4(t2-t1)，

本題是題設(shè)信息相對簡潔，但是運動過程比較復(fù)雜，不少學生難以求解出正確答案，從上述解析中可以看出，利用v-t圖像可以形象直觀地反應(yīng)物體的運動情況，采取數(shù)形結(jié)合的方法解決此類復(fù)雜問題，能夠體現(xiàn)出其解題方法的優(yōu)越性和實效性.

總而言之，在中職物理教學過程中，“滑塊——木板”模型是課程教學的重要組成部分，以此類模型進行命題一直受到命題專家的青睞，從教學實踐來看，此類題型一直是學生犯錯的“重災(zāi)區(qū)”，作為一線的物理教師，在平時的課堂教學過程中，應(yīng)該引導學生利用“速度——時間”圖像進行分析，利用圖像的直觀性結(jié)合數(shù)學知識進行求解相關(guān)問題，不斷提升學生的物理解題能力，進而提升課堂教學的實效性.