以平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)為“支架” 發(fā)展物理思維能力

徐飛翔

摘 要：平拋運(yùn)動是典型的曲線運(yùn)動，平拋運(yùn)動中的規(guī)律滲透運(yùn)動的合成與分解的思想，體現(xiàn)構(gòu)建運(yùn)動學(xué)方程的思維能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)挖掘平拋運(yùn)動中的重要規(guī)律，滲透物理科學(xué)研究的思想方法，理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，以此培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，分析解決問題的能力，發(fā)展學(xué)生的物理思維，必事半功倍。

關(guān)鍵詞：平拋運(yùn)動；實(shí)驗(yàn)方法；物理思維；能力培養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）10-0013-3

平拋運(yùn)動規(guī)律性強(qiáng)，常與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合，運(yùn)用平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)場景，使學(xué)生對物理事實(shí)獲得具體明確的認(rèn)識[1]。教學(xué)時根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，設(shè)置合理高度的腳手架[2]，通過變式訓(xùn)練，引深討論，總結(jié)思想方法，能很好地促進(jìn)學(xué)生物理思維的發(fā)展。

1 以實(shí)驗(yàn)題型為切入點(diǎn)，循序引入

例題1 如圖1所示，一光滑斜面放在一光滑水平桌面上，下面緊挨著連接一個傾角為θ的斜面，在斜面上，從不同的高度位置釋放小球。若小球離開桌面做平拋運(yùn)動，均落到斜面上。忽略空氣的阻力，設(shè)小球從軌道末端飛出到落到斜面上的時間為t ，設(shè)釋放點(diǎn)到水平拋出點(diǎn)的高度差為h ，如圖2所示，下列關(guān)于h與t的關(guān)系圖像正確的是（ ）

又對小球離開桌面后做平拋運(yùn)動，設(shè)在斜面上的位移為l，由平拋運(yùn)動規(guī)律：

根據(jù)函數(shù)關(guān)系式可知，因θ角為定值，h-t2圖像應(yīng)為拋物線，開口向上。由分析知D正確。

深入分析 此題以實(shí)驗(yàn)及平拋運(yùn)動規(guī)律作為“支架”，引導(dǎo)學(xué)生從物理量的因果聯(lián)系，進(jìn)行深入探討。對于從斜面上某點(diǎn)水平拋出的物體，最終落到斜面上的問題，由上面（5）式可知，θ、g一定的情況下，t的大小取決于v的大小。而又由（2）式知v的大小取決于h。因此，在θ不變的情況下，h與t建立聯(lián)系，由（6）式知道其關(guān)系圖像。理清因果關(guān)系，構(gòu)建方程，使學(xué)生獲得清晰的思維過程。

2 以規(guī)律為引領(lǐng)，展開變式訓(xùn)練

變式訓(xùn)練 若實(shí)驗(yàn)裝置仍如上圖1所示，在斜面上不同高度h釋放小球，設(shè)小球落到斜面上時，速度方向與斜面的夾角為β，則β隨h 的變化情況為（ ）

A. 隨h的增大而增大 B.隨h的增大而減小

C. 隨h的增大而不變 D.無法確定

本題的研究方法為保持θ不變，改變高度h，使v 的大小發(fā)生變化，由v 的變化分析t的變化，或是夾角的變化，結(jié)合平拋運(yùn)動的基本規(guī)律發(fā)展學(xué)生的思維能力。

3 撥開表象迷霧，提煉物理思維方法

在物理實(shí)驗(yàn)及習(xí)題教學(xué)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合已掌握的知識體系，根據(jù)就近發(fā)展策略，變換問題的角度，啟迪思維方法，滲透物理研究思想，使學(xué)生思維向更深層次發(fā)展。下面我們運(yùn)用控制變量法，來改變實(shí)驗(yàn)的條件，分析平拋運(yùn)動的特點(diǎn)。

3.1 控制變量的思想

本題中從同一高度h下落，則控制v0不變，而改變θ的值，則t隨θ而改變。

小結(jié)：v0不變時，對應(yīng)的θ值均有L值與之對應(yīng)，當(dāng)夾角增大時，L也應(yīng)該隨之增大，當(dāng)木板的長度一定時，即長度達(dá)到最大值時，就不能再隨角度的增大而增大，這時小球就不能再落回到斜面上。本質(zhì)是控制v0不變，改變θ值使L值隨之改變。

3.2 逆向思維法

例題3 如圖5所示，在斜面底端A 處安裝一彈射裝置，調(diào)好角度，使小球以速度 v彈射出去，恰好能落在斜面上M 點(diǎn)時到達(dá)最高位置，即速度方向水平，若只改變彈射時發(fā)射速度的大小，不改變發(fā)射角度，問小球上升的最高點(diǎn)還能在斜面上嗎？

分析 本題按逆向思維討論處理，若從斜面上方以水平速度拋出一個小球，落在斜面上時與斜面的夾角為β，落點(diǎn)時的速度為v，逆向處理時相當(dāng)于從落點(diǎn)A處以速度大小v與斜面的夾角為β斜向上拋出一個物體，恰好落到斜面上時，速度方向水平。由前述知，當(dāng)從斜面上以不同速度大小水平拋出物體落到斜面上時，速度方向與斜面的夾角均為定值，反之以不同速度，和原來的夾角相同的角度發(fā)射的物體其最高點(diǎn)必然在斜面上，因發(fā)射的速度不同，故最高點(diǎn)的位置不同。

小結(jié)：由逆向思維方法，靈活運(yùn)用前面的已有結(jié)論，能發(fā)展學(xué)生智力，形成能力，舉一反三，避免題海戰(zhàn)。

3.3 極值法

極值法是物理?？嫉姆椒ㄖ?， 在平拋運(yùn)動中有一類求極值問題，暫且也稱之為極值問題，下面舉例說明。

例題4 如圖6所示，質(zhì)量為m的小球以速度v水平拋出，落到對面的傾角為θ的斜面上，若拋出點(diǎn)到落點(diǎn)有最短位移，求：此運(yùn)動過程的時間及位移的極小值？

分析 由幾何關(guān)系知，物體的位移與斜面垂直時，有最小位移，由圖6知，

總之，結(jié)合平拋運(yùn)動規(guī)律，進(jìn)行物理思維方法教學(xué)，精心選擇習(xí)題，著眼思維訓(xùn)練，體會控制變量法，逆向思維法、極值法等，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，為后續(xù)物理課程學(xué)習(xí)、物理能力發(fā)展打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張安. 高中新課程物理實(shí)驗(yàn)探究能力教學(xué)初探[J]. 物理教學(xué)探討，2010，28（10）：1—3.

[2]王祥東.支架式教學(xué)在概念型新課中的應(yīng)用[J]. 物理教學(xué)探討，2016，34（4）：15—18.（欄目編輯 趙保鋼）