物理概念的理解與高考綜合分析能力的提高

陳志勝

（泉州市第五中學(xué) 福建 泉州 362000）

高考中物理學(xué)科考試以能力測試為主導(dǎo)，注重對考生物理科學(xué)素養(yǎng)的考查.《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)）》概括的5種主要能力中，綜合分析能力是體現(xiàn)考生學(xué)科能力和素養(yǎng)的核心能力.對考生綜合分析能力的影響最大的因素就是物理概念的理解、掌握與運(yùn)用，下面以近幾年高考中出現(xiàn)的優(yōu)秀試題為例說明概念理解在物理問題綜合分析中的重要意義.

1 理解概念的確切含義是提高綜合分析的清晰程度和簡捷程度的要求

【例1】（2011年高考江蘇卷第9題）如圖1所示，傾角為α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足夠長的輕質(zhì)綢帶跨過斜面的頂端鋪放在斜面的兩側(cè)，綢帶與斜面間無摩擦.現(xiàn)將質(zhì)量分別為M 和m（M＞m）的小物塊同時(shí)輕放在斜面兩側(cè)的綢帶上.兩物塊與綢帶間的動摩擦因數(shù)相等，且最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等.在α角取不同值的情況下，下列說法正確的有

A.兩物塊所受摩擦力的大小總是相等

B.兩物塊不可能同時(shí)相對綢帶靜止

C.M 不可能相對綢帶發(fā)生滑動

D.m不可能相對斜面向上滑動

圖1

分析與說明：本題是選擇題的壓軸題，重點(diǎn)考查牛頓第二定律、摩擦力和最大靜摩擦力臨界條件的應(yīng)用，為雙斜面情景中的兩個(gè)物體問題.要求考生有很強(qiáng)的綜合分析能力.正確選項(xiàng)：A，C.本題應(yīng)該最先確定的是選項(xiàng)A，這正是對學(xué)生概念理解準(zhǔn)確性要求最高的點(diǎn)，學(xué)生能否快速、準(zhǔn)確地把握理想模型“輕質(zhì)綢帶”的概念直接決定其后續(xù)分析的清晰程度和簡捷程度.

“輕質(zhì)”是高中物理力學(xué)問題中最常見的物理概念，意思是不考慮物體的質(zhì)量，即視為m＝0.常見有“輕質(zhì)繩”“輕質(zhì)桿”“輕質(zhì)彈簧”，這3種模型有共同的特點(diǎn)，當(dāng)它們受兩個(gè)相反方向的力F1和F2作用時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)1－F2＝ma，由于m＝0，因此總有F1＝F2.由此可見本題由“輕質(zhì)綢帶”可快速確定選項(xiàng)A正確；再注意到M＞m且最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等，則隨著α角的增大，m先達(dá)到臨界狀態(tài)先與綢帶發(fā)生相對滑動，而兩者發(fā)生相對滑動后，物體與綢帶的間摩擦力就保持不變，始終等于m與綢帶的滑動摩擦力，不可能增大到M的臨界狀態(tài)，因此選項(xiàng)C正確.

2 理解相關(guān)概念的區(qū)別和聯(lián)系是進(jìn)行正確分析及判斷的重要保證

【例2】（2013年高考上海卷第20題）圖2為在平靜海面上，兩艘拖船A和B拖著駁船C運(yùn)動的示意圖.A和B的速度分別沿著纜繩CA和CB方向，A，B，C不在一條直線上.由于纜繩不可伸長，因此C的速度在CA，CB方向的投影分別與A，B的速度相等，由此可知C的

A.速度大小可以介于A，B的速度大小之間

B.速度大小一定不小于A，B的速度大小

C.速度方向可能在CA和CB的夾角范圍外

D.速度方向一定在CA和CB的夾角范圍內(nèi)

圖2

分析與說明：本題是選擇題的壓軸題，重點(diǎn)考查力、運(yùn)動的合成與分解的知識，正確選項(xiàng)：B，C.由于結(jié)合了力與運(yùn)動關(guān)系的知識，考試中失分率非常高，雖然大部分考生能區(qū)分“運(yùn)動的合成與分解”和“力的合成與分解”，但是對選項(xiàng)C仍然無法清晰理解和解釋，其中的關(guān)鍵在于對題中的隱含的“力與運(yùn)動關(guān)系”概念理解不到位，因而建立不起準(zhǔn)確的物理聯(lián)系而受阻.圖示為“兩艘拖船A和B拖著駁船C運(yùn)動的示意圖”，包含“運(yùn)動”和“受力”兩個(gè)概念，根據(jù)運(yùn)動的分解很容易得知選項(xiàng)B正確；如果注意到力是改變運(yùn)動的原因，也就是力的方向與運(yùn)動方向沒有簡單確定的關(guān)系（可能成任意夾角），而題中并未說明駁船的運(yùn)動狀態(tài)，可見如果駁船在做曲線運(yùn)動，則拉力方向（即CA和CB的方向）就必須指向曲線圓弧內(nèi)側(cè)，即速度方向指向CA和CB的夾角范圍外，因此選項(xiàng)C正確.

3 理解概念的表達(dá)形式以及簡單應(yīng)用是物理學(xué)科能力的一種基本體現(xiàn)

【例3】（2013年高考安徽卷第17題）質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星與地心的距離為r時(shí)，引力勢能可表示為，其中G 為引力常量，M 為地球質(zhì)量.該衛(wèi)星原來的在半徑為R1的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動，由于受到極稀薄空氣的摩擦作用，飛行一段時(shí)間后其圓周運(yùn)動的半徑變?yōu)镽2，此過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為

分析與說明：本題重點(diǎn)考查萬有引力定律和能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的應(yīng)用，要求學(xué)生有較強(qiáng)的理解能力、綜合分析能力，尤其是理解新概念并將所學(xué)物理方法遷移應(yīng)用的能力.因?yàn)轭}目中提供了新概念“引力勢能”及其表達(dá)式，這要求學(xué)生準(zhǔn)確理解動能、勢能、機(jī)械能及功能關(guān)系，先由萬有引力定律、牛頓第二定律，得

求出衛(wèi)星在對應(yīng)軌道的機(jī)械能表達(dá)式

然后根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律可知，此過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量就等于此過程機(jī)械能的損失，即

計(jì)算可得選項(xiàng)C正確.本題不少學(xué)生由于概念模糊，認(rèn)為產(chǎn)生的熱量等于勢能的損失而錯(cuò)選了選項(xiàng)A.

4 理解應(yīng)用概念和規(guī)律的適用條件是提高分析綜合能力的保證 也是物理學(xué)科素養(yǎng)體現(xiàn)

【例4】（2013年高考福建理綜卷第22題）如圖3（a），空間存在－范圍足夠大的垂直于x Oy平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.讓質(zhì)量為m，電荷量為q（q＞0）的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿加x Oy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中.不計(jì)重力和粒子間的影響.

圖3

（1）若粒子以初速度v1沿y軸正向入射，恰好能經(jīng)過x 軸上的A（a，0）點(diǎn)，求v1的大??；

（2）已知一粒子的初速度大小為v（v＞v1）.為使該粒子能經(jīng)過A（a，0）點(diǎn)，其入射角θ（粒子初速度與x軸正向的夾角）有幾個(gè)？并求出對應(yīng)的sinθ值；

（3）如圖3（b），若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強(qiáng)電場，一粒子從O點(diǎn)以初速度v0沿y軸正向發(fā)射.研究表明：粒子在x Oy平面內(nèi)做周期性運(yùn)動，且在任一時(shí)刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標(biāo)成正比，比例系數(shù)與場強(qiáng)大小E無關(guān).求該粒子運(yùn)動過程中的最大速度值vm.

分析與說明：本題作為壓軸題（詳細(xì)解答請查閱2013年福建高考試題、參考答案），重點(diǎn)考查帶電粒子在復(fù)合電磁場中的運(yùn)動問題，難點(diǎn)是第（3）小題中的運(yùn)動情景，帶電粒子周期性運(yùn)動的軌跡是一條比較復(fù)雜的曲線，要求考生能理解并運(yùn)用提供的新結(jié)論進(jìn)行分析并解答.本題在根據(jù)洛倫茲力不做功推出y坐標(biāo)最大時(shí)速度最大后，最關(guān)健的就是對所提供的結(jié)論“粒子在x Oy平面內(nèi)做周期性運(yùn)動，且在任一時(shí)刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標(biāo)成正比，比例系數(shù)與場強(qiáng)大小E無關(guān).”中，所涉及的概念的理解、轉(zhuǎn)化和表達(dá)能力.一是速度大小與空間坐標(biāo)關(guān)系的建立（vm＝kym），二是比例系數(shù)未知的問題.核心點(diǎn)就是“比例系數(shù)與場強(qiáng)大小E無關(guān)”的理解與轉(zhuǎn)化，這需要考生能理解并推理到特殊情況就是：當(dāng)E＝0時(shí)，粒子只受磁場力作用做勻速圓周運(yùn)動而且遵循上述關(guān)系，則可得v0＝kR0，從而解出正確結(jié)果.上述通過推理、轉(zhuǎn)化、巧妙地解決“比例系數(shù)”這一難點(diǎn)的方法，體現(xiàn)了物理學(xué)中從一般到特殊分析問題的基本思想，要求考生具備非常高的物理學(xué)科能力和科學(xué)素養(yǎng).

從上述幾個(gè)實(shí)例可看出物理概念的理解在綜合能力考查中所起的重要作用，這是制約學(xué)生綜合分析能力及至物理學(xué)科能力提升的首要因素，也是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中往往忽視的要點(diǎn)，因此在教學(xué)過程中可參考高考大綱提出具體要求：理解物理概念、物理規(guī)律的確切含義，理解物理規(guī)律的適用條件，以及它們在簡單情況下的應(yīng)用；能夠清楚地認(rèn)識概念和規(guī)律的表達(dá)形式（包括文字表述和數(shù)學(xué)表達(dá)）；能夠鑒別關(guān)于概念和規(guī)律的似是而非的說法；理解相關(guān)知識的區(qū)別和聯(lián)系.通過重視加強(qiáng)物理概念的理解能力培養(yǎng)，提高學(xué)生綜合分析能力，努力實(shí)現(xiàn)既提高物理學(xué)科能力又提高科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo).