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        探討高考物理壓軸題中的學(xué)科思想

        2023-04-12 03:49:41王峰
        關(guān)鍵詞:微元法對稱性

        摘?? 要:彈簧連接體問題是近年高考的熱點(diǎn)問題,此類模型多涉及對動量、能量問題的綜合考查,運(yùn)動過程和運(yùn)算過程都比較復(fù)雜.本文通過轉(zhuǎn)化參考系,研究微過程,結(jié)合圖像和過程的對稱性,研究了2022年全國乙卷25題,給出了本題的幾種快速解法.在此基礎(chǔ)上,本文強(qiáng)調(diào)復(fù)習(xí)過程中應(yīng)注意物理學(xué)科思想的滲透,從而有效地發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

        關(guān)鍵詞:質(zhì)心參考系;微元法;對稱性

        中圖分類號:G632???????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A???????? 文章編號:1008-0333(2023)07-0125-03

        高考真題中蘊(yùn)含著豐富的物理學(xué)科思想,深入研究真題,尤其是壓軸大題,有助于教師準(zhǔn)確把握高考考查方向,改進(jìn)教學(xué)行為,提升課堂教學(xué)實效.2022年高考全國乙卷的25題就是一道學(xué)科思想豐富的好題,值得深入鉆研.本文通過一題多解的形式,展示其背后的物理思想,有利于在課堂上開闊學(xué)生眼界,提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).

        1 題目呈現(xiàn)

        (2022年全國高考乙卷25題) 如圖1(a),一質(zhì)量為m的物塊A與輕質(zhì)彈簧連接,靜止在光滑水平面上;物塊 B向A運(yùn)動,t=0時與彈簧接觸,到t=2t0時與彈簧分離,第一次碰撞結(jié)束,A、B的v-t 圖像如圖1(b)所示.已知從t=0到t=t0時間內(nèi),物塊A運(yùn)動的距離為0.36v0t0.A、B分離后,A滑上粗糙斜面,然后滑下,與一直在水平面上運(yùn)動的 B再次碰撞,之后A再次滑上斜面,達(dá)到的最高點(diǎn)與前一次相同.斜面傾角為θ(sinθ=0.6),與水平面光滑連接.碰撞過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi).求:

        (1)第一次碰撞過程中,彈簧彈性勢能的最大值;

        (2)第一次碰撞過程中,彈簧壓縮量的最大值;

        (3)物塊A與斜面間的動摩擦因數(shù).

        2 試題精析

        本題是常見彈簧碰撞模型,屬于學(xué)習(xí)探索類情境.

        作為甄別最優(yōu)秀學(xué)生的壓軸大題,本題的設(shè)問比較創(chuàng)新,尤其是第(2)問,由于不是常見的運(yùn)動形式,不能直接用運(yùn)動學(xué)公式求解;也不宜用所謂的“平均速度”,含混地表述物體對地位移.筆者認(rèn)為應(yīng)該運(yùn)用守恒定律或?qū)ΨQ性,結(jié)合微元法對微小位移進(jìn)行分析,再累計求和,從而得到對地位移.這一過程的難點(diǎn)在于,對于微小位移的分析容易造成失誤.第(3)問,是對于能量、動量、動能定理等必備知識的綜合考查,計算難度較大,在考場上不易解得.

        下面嘗試采用多種解法,從多個角度分析本題,展示探討題目背后所蘊(yùn)含的學(xué)科思想.

        3 探討本題物理思想及教學(xué)啟示

        高考評價體系明確指出,高考題的核心功能是立德樹人、服務(wù)選材、引導(dǎo)教學(xué).本題中所蘊(yùn)含的物理思想的確值得我們深入思考,從而更好地將其融入到我們的日常教學(xué)之中.

        3.1 守恒思想

        本題每一問都有對守恒思想的重點(diǎn)考查,但角度不同各有側(cè)重.可見,高考對于如能量觀念、守恒思想等基礎(chǔ)性必備知識的考查是不遺余力,我們應(yīng)該在新課教學(xué)和復(fù)習(xí)過程中更加重視基礎(chǔ)知識的生成,以及在各種真實情境下的呈現(xiàn),促進(jìn)物理觀念的立體化生成.

        3.2 微積分思想

        本題第(2)問頗為創(chuàng)新,意料之外但又情理之中.教材關(guān)于微積分思想的滲透是循序漸進(jìn)的,例如在“平均速度和瞬時速度”中初次展現(xiàn)微元思想;又如運(yùn)用微積分思想,結(jié)合v-t圖像推導(dǎo)勻變速運(yùn)動位移公式;再如,結(jié)合F-x圖像,探究彈性勢能的表達(dá)式.在相關(guān)的不同章節(jié)之中反復(fù)使用,我們應(yīng)注重微積分思想培養(yǎng)的連續(xù)性,使學(xué)生由衷地欣賞,自然地接受,全面的掌握,并主動地運(yùn)用這一重要思想.

        3.3 對稱思想

        題(1)-(3)問均可由對稱性,得到簡便解法.題目以圖像的形式給出了條件,從中很容易看出關(guān)于共速速度(即質(zhì)心速度)的對稱性;在彈性碰撞中,由對稱性替代能量守恒,直接從相對運(yùn)動的對稱入手,使問題得到快速地解答.事實上不僅是碰撞問題,在很多問題的教學(xué)中,我們都能從對稱性的角度,為學(xué)生展示更加清晰的物理圖景.

        3.4 等效思想

        本題多次出現(xiàn)利用質(zhì)心的相關(guān)性質(zhì)和定理的解法,是因為這樣能夠?qū)?fù)雜物體運(yùn)動,等效為“質(zhì)心的勻速直線運(yùn)動+相對質(zhì)心的簡諧振動”;另外,質(zhì)心承擔(dān)了系統(tǒng)的總動量,那么相對于質(zhì)心的總動量即為零;再者,由于質(zhì)心勻速運(yùn)動動能不變,那么就只有相對質(zhì)心的能量可供使用(資用能)等,以上都是等效思想很好的應(yīng)用.等效思想作為“化繁為簡”的重要物理思想,出現(xiàn)在物理學(xué)習(xí)的諸多章節(jié),值得我們更多地關(guān)注.

        總之,本題以常見的模型作為壓軸大題,兼具基礎(chǔ)性和創(chuàng)新性.其熟悉的情境符合學(xué)生的學(xué)習(xí)實際,設(shè)問上的創(chuàng)新能有效增加試題的區(qū)分度.在日常教學(xué)中,作為教師不僅要明白知識、規(guī)律的來龍去脈,更應(yīng)該引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注題目所蘊(yùn)含重要的物理思想.因此,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)模型的研究,拓展知識的內(nèi)涵外延,重視其中物理學(xué)科思想的培養(yǎng),應(yīng)是一條提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)的有效途徑.

        參考文獻(xiàn):

        [1] 趙凱華,羅蔚茵.新概念物理教程·力學(xué)(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2004.

        [2] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[M].北京:高等教育出版社,2017.

        [責(zé)任編輯:李?? 璟]

        收稿日期:2022-12-05

        作者簡介:王峰(1987-),男,河南省商丘人,研究生,中學(xué)一級教師,從事高中物理教學(xué)研究.

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