探究如何培養(yǎng)學(xué)生分析物理過(guò)程的能力

陳梅芳

摘? ?要：解決復(fù)雜物理問(wèn)題，要先進(jìn)行物理過(guò)程分析，培養(yǎng)學(xué)生分析物理過(guò)程的能力是教師的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文淺析在教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生分析物理過(guò)程的能力。

關(guān)鍵詞：培養(yǎng);分析;物理過(guò)程

學(xué)生分析物理過(guò)程的能力，是物理核心素養(yǎng)的一個(gè)重要組成部分。分析物理過(guò)程的能力是學(xué)生解題必須具備的一種能力，在面對(duì)物理題目的時(shí)候，分析思路清晰的學(xué)生很快就能把問(wèn)題解出來(lái)，而不會(huì)分析的學(xué)生則一臉茫然，無(wú)從下手。因而，在教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生正確分析物理過(guò)程的能力就顯得尤為重要。筆者總結(jié)平常的教學(xué)體會(huì)，歸納以下幾點(diǎn)，供大家參考。

1? 引導(dǎo)學(xué)生深度理解物理規(guī)律

學(xué)生頭腦中具備嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確的物理觀念是分析物理過(guò)程的基礎(chǔ)。物理觀念是物理規(guī)律在大腦中的提煉和升華，學(xué)習(xí)物理規(guī)律離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示把人們發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過(guò)程高度濃縮地展示給學(xué)生，讓他們?cè)谟^察中思考，從而對(duì)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過(guò)程有完整的認(rèn)識(shí)。另外，通過(guò)讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為他們切身體驗(yàn)物理過(guò)程創(chuàng)造了條件，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，獲得分析物理過(guò)程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

如“動(dòng)能的改變”一節(jié)中探究動(dòng)能定理時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中親身體驗(yàn)怎樣平衡研究對(duì)象受到的摩擦力，探究并判斷平衡的依據(jù)是什么，不平衡摩擦力怎樣探究，怎樣得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有了數(shù)據(jù)如何驗(yàn)證，還可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

物理規(guī)律是壓縮的知識(shí)鏈，在教學(xué)過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生積極參與物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和推理，使他們?cè)诮?jīng)歷必要的認(rèn)知過(guò)程之后，熟練掌握物理規(guī)律的內(nèi)涵和外延[ 1 ]。只有深刻理解了物理規(guī)律，把握其實(shí)質(zhì)含義，學(xué)生才能準(zhǔn)確地選用物理規(guī)律進(jìn)行必要的計(jì)算，從而對(duì)物理過(guò)程做出正確的分析。

2? 幫助學(xué)生建立物理模型

物理模型是教學(xué)的載體，建立模型要抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，分清什么是主要的，什么是次要的，化繁為簡(jiǎn)，突出主要的因素。模型要通過(guò)比較、分析、概括、抽象建立起來(lái)，如圖1圓周運(yùn)動(dòng)中“繩子的模型”和“桿的模型”，教師可以從日常現(xiàn)象引入，通過(guò)實(shí)物模型，創(chuàng)造條件演示小球在不同情境下做圓周運(yùn)動(dòng)，由現(xiàn)象產(chǎn)生的原因去分析模型的差異以及運(yùn)動(dòng)所滿(mǎn)足的不同條件，使學(xué)生對(duì)“繩子的模型”和“桿的模型”由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。當(dāng)學(xué)生初步建立模型后，再用習(xí)題進(jìn)行訓(xùn)練鞏固。

“繩子的模型”建立以后，用于分析類(lèi)似的問(wèn)題，如光滑斜面上繩子末端的小球做圓周運(yùn)動(dòng)，粗糙圓盤(pán)上的物塊做圓周運(yùn)動(dòng)（圖2）。平拋運(yùn)動(dòng)模型建立后，分析類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)等等。

教學(xué)中，教師通過(guò)對(duì)物理問(wèn)題的分析，建立物理模型，實(shí)際上也是對(duì)物理過(guò)程分析的示范。模型建立后，學(xué)生在對(duì)模型理解的基礎(chǔ)上通過(guò)比對(duì)應(yīng)用，使復(fù)雜的物理過(guò)程變得清晰。在很大程度上降低了分析問(wèn)題的難度，也為分析題目節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。

3? 引導(dǎo)學(xué)生分解題目、簡(jiǎn)化題目

有些題目篇幅冗長(zhǎng)，物理過(guò)程復(fù)雜，問(wèn)題不明了，遇到這種題目教師可以引導(dǎo)學(xué)生先拆分題目，把大題變成小題，把事件或問(wèn)題點(diǎn)一一羅列，找出各個(gè)事件之間聯(lián)系的量，再把各個(gè)事件過(guò)程與相應(yīng)的物理規(guī)律對(duì)接起來(lái)。通過(guò)這樣的分段研究，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，極大地增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，可以更好地調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)分析物理過(guò)程的積極性。

【例題1】如圖3所示，水平傳送帶AB長(zhǎng)L=5m，以v=5m/s的速率順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，左端是一光滑平臺(tái)，平臺(tái)上有一被小物塊壓縮而處于靜止?fàn)顟B(tài)的彈簧，小物塊質(zhì)量m=1kg，彈簧左端固定于豎直墻上，彈簧右端與物塊不栓接，彈簧的自然長(zhǎng)度小于光滑平臺(tái)的長(zhǎng)度。傳送帶右端相鄰的粗糙水平面BC長(zhǎng)s=1.5m，物塊與傳送帶、水平面BC的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ1=0.2，μ2=0.3，水平面BC與一半徑為R的光滑豎直圓弧平滑連接，CEF所對(duì)圓心角120°，F(xiàn)處有一固定擋板，小物塊與擋板碰后以原速率反彈。當(dāng)彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能Ep=18J全部釋放時(shí)，小物塊恰能滑到與圓心等高的E點(diǎn)，（不考慮物塊滑上和滑下傳送帶的機(jī)械能損失）求：

（1）圓弧的軌道半徑為R;

（2）小物塊最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)與B點(diǎn)的距離;

（3）假設(shè)小物塊與擋板只碰一次，且碰后不脫離軌道，求傳送帶速度的可調(diào)節(jié)范圍。

析題時(shí)首先羅列事件，分解題目，把題目分解成以下事件：

（1）彈簧彈出小物塊，小物塊在光滑平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)

（2）小物塊在AB上運(yùn)動(dòng)（傳送帶沿順時(shí)針勻速率傳動(dòng)）

（3）小物塊向右經(jīng)過(guò)粗糙水平面BC

（4）小物塊沿光滑的圓弧從C向上恰好滑到E

（5）小物塊從E返回經(jīng)過(guò)C到B

（6）小物塊經(jīng)B向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)

（7）小物塊又反向運(yùn)動(dòng)，最后停在BC上。

第一問(wèn)解答：分析（1）—（4）事件，根據(jù)運(yùn)動(dòng)遵循的相應(yīng)規(guī)律求解。

①小物塊被彈簧彈出，在光滑的平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)，不受摩擦力，彈簧和小物塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，EK=EP。

②小物塊在傳送帶上以及在BC段的運(yùn)動(dòng)情況，可以根據(jù)學(xué)生頭腦已建立的物理模型用牛頓第二定律以及運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律分析。

③小物塊在CE段做曲線運(yùn)動(dòng)，可以用動(dòng)能定理求解，又因?yàn)閳A弧是光滑的，還可以用機(jī)械能守恒定律分析求解。

通過(guò)分解物理過(guò)程事件，降低了解決問(wèn)題的難度，使學(xué)生學(xué)會(huì)解決難題的方法，也增強(qiáng)了解題的信心。

第二問(wèn)解答：分析拆分的（5）—（7）事件，小物塊從B運(yùn)動(dòng)到E再回到B，由于能量損失，第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速度一定小于第一次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速度，小物塊過(guò)B后向左先做減速運(yùn)動(dòng)至速度為0，再向右加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性，第三次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速度大小與第二次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速度一樣，根據(jù)摩擦力和重力做功的特點(diǎn)，利用動(dòng)能定理求解第二問(wèn)。

對(duì)于第三問(wèn)，要挖掘隱含的條件，抓住臨界狀態(tài)，小物塊與擋板只碰一次，且碰后不脫離軌道，巧妙選取研究的過(guò)程，運(yùn)用動(dòng)能定理進(jìn)行求解。

通過(guò)化繁為簡(jiǎn)，讓學(xué)生真正體會(huì)學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

4? 充分利用情景示意圖、物理圖象等展示物理過(guò)程

圖形是一種特殊的語(yǔ)言工具，圖形可以是示意圖、向量圖、軌跡圖、圖象等等[ 2 ]。分析物理過(guò)程，若能把文字轉(zhuǎn)換成示意圖、圖象等，可以使抽象的問(wèn)題變得直觀、具體，如在運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)中用v-t、 s-t、a-t、F-t圖象;在力學(xué)問(wèn)題中進(jìn)行受力分析用向量圖可以避免復(fù)雜的計(jì)算;在電磁學(xué)教學(xué)中畫(huà)出軌跡圖分析粒子運(yùn)動(dòng)情況，使問(wèn)題迎刃而解。分析物理過(guò)程用圖形，有事半功倍的效果。

【例題2】如圖4所示，一端固定于P點(diǎn)的彈性繩，另一端通過(guò)細(xì)繩連接兩個(gè)測(cè)力計(jì)，分別用F1與F2拉測(cè)力計(jì)，把這端的結(jié)點(diǎn)移動(dòng)至O點(diǎn)。使F2沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，大小不變，保持結(jié)點(diǎn)仍在O點(diǎn)，則F1的大小以及F1與OP夾角β如何變化？[ 3 ] 。

解析：對(duì)接點(diǎn)O受力分析，結(jié)點(diǎn)仍位于O點(diǎn)，則F1與F2合力不變，從圖5到圖7，可以看出F1大小一直增大，F(xiàn)1與OP夾角β先減小后增大。

利用向量圖展示，F(xiàn)1大小及β角變化情況一目了然，可見(jiàn)作圖對(duì)于物理過(guò)程分析的重要性。

總而言之，對(duì)學(xué)生分析物理過(guò)程能力的培養(yǎng)，不是一朝一夕就能完成的，它不僅需要教師在日常教學(xué)中潛移默化的熏陶，更需要讓學(xué)生融入到具體的題目情景中去親身實(shí)踐、主動(dòng)探索。作為教學(xué)主導(dǎo)的物理教師，任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐立海.試論物理教學(xué)中的“重演知識(shí)發(fā)生過(guò)程”[J].物理教學(xué)，2009（11）.

[2]鄭小林.圖在物理解題中的應(yīng)用[J].物理教師，2009（8）.

[3]郝愛(ài)萍.新課程下高一物理學(xué)困生轉(zhuǎn)化策略[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學(xué)， 2013.