用實(shí)驗(yàn)有效分析物理習(xí)題

陳明霞

[摘 要]物理習(xí)題教學(xué)除了使用講授法外，是否還可以用其他方法幫助學(xué)生弄清疑點(diǎn)、突破難點(diǎn)？其實(shí)在教學(xué)中，教師要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，而不是只關(guān)注他們獲得的結(jié)論。在課堂教學(xué)中教師如何設(shè)計(jì)一些教學(xué)情境，讓學(xué)生參與某些活動(dòng)，這對(duì)提高學(xué)生的能力至關(guān)重要。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐探討用實(shí)驗(yàn)來有效分析物理習(xí)題。

[關(guān)鍵詞]物理課堂；有效教學(xué)；物理習(xí)題；習(xí)題教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）14-0062-02

習(xí)題所依托的物理情境如果能在課堂上設(shè)計(jì)再現(xiàn)出來，就能幫助學(xué)生理解習(xí)題中描述的物理情境及物理過程，則能幫助學(xué)生突破思維難點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和開拓思維能力，讓學(xué)生養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)事求是的科學(xué)素養(yǎng)。因此我們嘗試在習(xí)題課中融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)分析物理習(xí)題，以提高習(xí)題教學(xué)效率。那么怎樣用實(shí)驗(yàn)分析物理習(xí)題呢？

一、用實(shí)驗(yàn)剖析物理概念

學(xué)生在解答有關(guān)物理概念類習(xí)題時(shí)錯(cuò)誤率很高，根本原因是沒有準(zhǔn)確理解物理概念。不少學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)受日常生活影響，沒能準(zhǔn)確理解物理概念。物理概念的正確理解，有賴于學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，為此，需要通過實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生糾正錯(cuò)誤的前概念，建立正確的物理概念。

【例1】 物體靜止于水平桌面上，下列說法正確的是（ ）。

A.桌面受到的壓力就是物體的重力

B.桌面受到的彈力是由于它本身發(fā)生了微小形變而產(chǎn)生的，方向豎直向上

C.桌面由于發(fā)生微小形變而對(duì)物體產(chǎn)生垂直于桌面的彈力，方向豎直向上

D.物體受到的彈力是由于它本身發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的，方向豎直向下

分析：這是一道關(guān)于彈力概念的習(xí)題，其中的B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤率最高，學(xué)生存在錯(cuò)誤的前概念，認(rèn)為物體受到的彈力是自身形變產(chǎn)生的，對(duì)別的物體的作用力的方向認(rèn)為是彈力的方向。學(xué)生對(duì)彈力的概念理解不清，我們可以通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)這個(gè)作用力以及它的方向。

實(shí)驗(yàn)：找一根橡皮筋，把它拉長，做出彈某同學(xué)手的姿勢，這個(gè)同學(xué)手會(huì)有后退的反應(yīng)，為什么會(huì)有這種反應(yīng)？因?yàn)榇蛳氯?huì)疼。說明發(fā)生彈性形變的物體，如果要恢復(fù)原狀，跟它接觸的物體就會(huì)受到力的作用，這個(gè)力就叫作彈力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先糾正了錯(cuò)誤的前概念——不是手形變才受到彈力，而是橡皮筋形變才產(chǎn)生彈力。下面再通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)來分析彈力是怎么產(chǎn)生的，以及它的方向是如何的。把刻度尺架空，用水球代表物體，刻度尺代表桌面。把水球放到刻度尺上面，可觀察到什么現(xiàn)象呢？尺子往下彎了，水球也發(fā)生了形變，朝上形變，如圖1?？潭瘸呦蛳掳?，為了恢復(fù)原狀，就要向上彈，對(duì)與它接觸的球就產(chǎn)生了一個(gè)向上的支持力。同理，球向上形變，它要恢復(fù)原狀，也對(duì)與它接觸的尺子產(chǎn)生了向下的壓力。

二、用實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)物理過程

由于生活實(shí)際中的一些物理過程過于短暫，造成學(xué)生對(duì)物理過程不甚了解，因此在解題時(shí)陷入了一片茫然。習(xí)題所依托的物理過程，如能在課堂上設(shè)計(jì)再現(xiàn)出來，讓學(xué)生身臨其境，動(dòng)腦動(dòng)手，那么教學(xué)效果就會(huì)事半功倍。

【例2】 某同學(xué)站在體重計(jì)上，做下蹲、起立動(dòng)作，探究超重和失重現(xiàn)象，下列說法正確的是（ ）。

A.下蹲過程中，人處于失重狀態(tài)

B.起立過程中，人處于超重狀態(tài)

C.下蹲過程中，人先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)

D.起立過程中，人先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)

分析：關(guān)于超重和失重的概念，學(xué)生是理解的，但是這里的下蹲或起立運(yùn)動(dòng)過程的分析卻是學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生在求解時(shí)往往認(rèn)為下蹲就是向下加速，起立就是向上加速。

實(shí)驗(yàn)：為了正確認(rèn)識(shí)這個(gè)過程，拿一個(gè)體重計(jì)來，讓學(xué)生站在上面做下蹲、起立動(dòng)作，如圖2。投影體重計(jì)在這個(gè)過程中指針示數(shù)的變化情況，讓學(xué)生認(rèn)真觀察。這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程雖然短暫，但是學(xué)生看過之后會(huì)留下深刻的印象，然后再用理論知識(shí)解釋這個(gè)過程，就順利得多。

三、用實(shí)驗(yàn)揭示物理本質(zhì)

學(xué)生在分析題目的過程中，往往會(huì)被有些物理過程或現(xiàn)象所迷惑，很難看到其中的本質(zhì)所在，造成誤解，教師的語言講解也難以讓學(xué)生真正領(lǐng)悟表面現(xiàn)象后的本質(zhì)問題，這就需要教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生安裝一雙慧眼，讓學(xué)生看清楚物理表象后的本質(zhì)。

【例3】 如圖3所示，在長為L的輕桿中點(diǎn)B和端點(diǎn)A各固定一質(zhì)量均為m的小球，桿可繞無摩擦的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，使桿從水平位置無初速釋放擺下。求當(dāng)桿轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)，輕桿對(duì)A、B兩球分別做了多少功？

分析：本題中涉及桿的彈力做功問題，學(xué)生往往被物理過程的表象所迷惑，認(rèn)為兩個(gè)球做圓周運(yùn)動(dòng)，速度方向與桿垂直，所以桿OB、OA段對(duì)小球不做功。本題實(shí)際是一個(gè)復(fù)雜的問題，因?yàn)闂U的彈力不一定沿桿的方向，不能確定其方向，怎么判斷其做什么功呢？雖然從能量角度能巧妙地解決這一問題，但很多學(xué)生仍然不能詳細(xì)解釋，所以如何把無法觀察到的彈力方向直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，值得思考。

實(shí)驗(yàn)：將兩塊相同的橡皮擦分別系在細(xì)繩的中點(diǎn)B和末端A，始端O抓在手上，末端拉至水平，由水平位置靜止釋放，會(huì)明顯觀察到B點(diǎn)的橡皮擦比A點(diǎn)的橡皮擦擺動(dòng)更快，O、B、A不在同一直線上，如圖4。若把細(xì)線換成桿，細(xì)線的方向就表示桿OB段、AB段對(duì)小球的彈力方向。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很好地解釋了該題的本質(zhì)問題：桿的彈力方向。本實(shí)驗(yàn)將無法觀察到的彈力通過細(xì)線直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，可有效突破教學(xué)難點(diǎn)。

四、用實(shí)驗(yàn)構(gòu)建物理模型

建立物理模型是物理學(xué)習(xí)研究的一種重要方法。學(xué)生在分析物體受力時(shí)，特別是物體受力不在同一平面內(nèi)時(shí)，經(jīng)常出錯(cuò)。因?yàn)閷W(xué)生的空間想象能力和立體思維能力較弱，這就需要教師給他們一個(gè)實(shí)物模型，把物體的受力情況一一展示出來，化抽象為具體，幫助學(xué)生建立受力模型。

【例4】 如圖5所示，一直角斜槽（兩槽面間夾角為90°）對(duì)水平面的傾角為θ，一個(gè)橫截面為正方形的物塊，兩相鄰表面與兩槽面接觸，且恰能沿此斜槽勻速下滑。假定兩槽面的材料和槽面的情況相同，求物塊和槽面之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ。

分析：該物體的受力情況較復(fù)雜，物體所受的五個(gè)力不在同一個(gè)平面內(nèi)，重力G在豎直平面內(nèi)，左右槽面作用于物塊的支持力分別為N1、N2，垂直于斜槽的平面，與重力G不在同一平面內(nèi)，對(duì)于這一點(diǎn)許多學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為N1、N2與重力G都在豎直平面內(nèi)。正確的分析應(yīng)該是，N1、N2二力的合力N與重力G在垂直于斜槽方向的分力G2等大反向。

實(shí)驗(yàn)：用兩塊相互垂直的紙板，自制一個(gè)斜槽，用一個(gè)正方體泡沫代表物體，用竹簽代表力，根據(jù)物體的受力情況，在物體上插上竹簽，表示物體受力的立體空間分布，這樣就直觀地將物體的受力情況展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生對(duì)不同的力分布在哪些平面上就能一目了然，如圖6。學(xué)生就知道物體的受力要在垂直于斜槽的平面內(nèi)和平行于斜槽的豎直平面內(nèi)分析。根據(jù)模型分析受力，直觀明了，學(xué)生恍然大悟。

物理實(shí)驗(yàn)以直觀形象為先導(dǎo)，而習(xí)題教學(xué)則是以抽象邏輯為前提。在物理習(xí)題教學(xué)中設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)，將兩者有機(jī)結(jié)合起來，能將抽象思維具體化、形象化，通過實(shí)驗(yàn)情境，剖析物理概念、體驗(yàn)物理過程、揭示物理本質(zhì)、構(gòu)建解題模型。實(shí)踐表明，習(xí)題課中創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)可以提高教學(xué)效率。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 宮建.實(shí)踐探究性課程設(shè)計(jì)：課程改革新課例[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.

[2] 廖博琴，張大昌.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].武漢：湖北教育出版社， 2002.

[3] 廖博琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)物理教科書（必修1，必修2）[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社， 2011.

（責(zé)任編輯 易志毅）