例談用動力學和能量觀點解決多過程問題及備考建議

肖貴臏 代偉 段晨靚 湯廷 李青

功能關(guān)系和能量守恒定律是高考物理的必考內(nèi)容，多對象、多過程問題一直都是高考的重難點和熱點，具有非常強的綜合性，題目類型以計算題為主，大部分試題都與牛頓運動定律、圓周運動、平拋運動知識及電磁學知識相聯(lián)系，試題過程復(fù)雜、靈活性強、難度較大.本文通過對下面的一個典例分析將動力學和能量觀點解決多過程問題程序化、具體化，并結(jié)合高考命題的指導思想與原則：“注重能力考查，體現(xiàn)課改理念，力求平穩(wěn)推進，有利于科學選拔人才”提出了幾點相關(guān)建議，望能提高此類題復(fù)習備考的效率.

1 典例分析

例題 如圖1所示，質(zhì)量為m=1 kg的可視為質(zhì)點的小物塊輕輕放在水平勻速運動的傳送帶上的P點，隨傳送帶運動到A點后水平拋出，小物塊恰好無碰撞的沿圓弧切線從B點進入豎直光滑圓弧軌道下滑，圓弧軌道與質(zhì)量為M=2 kg的足夠長的小車左端在最低點O點相切，并在O點滑上小車，水平地面光滑，當物塊運動到障礙物Q處時與Q發(fā)生無機械能損失的碰撞.碰撞前物塊和小車已經(jīng)相對靜止，而小車可繼續(xù)向右運動（物塊始終在小車上），小車運動過程中和圓弧無相互作用.已知圓弧半徑R=1.0 m，圓弧對應(yīng)的圓心角θ為53°，A點距水平面的高度h=0.8 m， 物塊與小車間的動摩擦因數(shù)為μ=0.1，重力加速度g=10 m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6.試求：

（1）小物塊離開A點的水平初速度 ；

（2）小物塊經(jīng)過O點時對軌道的壓力；

（3）第一次碰撞后直至靜止，物塊相對小車的位移和小車做勻減速運動的總時間.

審題和解題流程如下：

第一步：審題干，抓關(guān)鍵信息

關(guān)鍵點獲取信息

①小物塊平拋運動到B點的速度方向恰好沿圓弧軌道在B點的切線方向

②小物塊與Q碰撞后以碰前的速度大小被彈回

第二步：審設(shè)問，找問題的突破口

要求物塊相對小車的位移→求物塊相對小車滑動過程產(chǎn)生的內(nèi)能→物塊和小車的最終狀態(tài)為靜止狀態(tài)→內(nèi)能為第一次碰后物塊和小車的總動能（突破口）.

第三步：三定位，將解題過程步驟化

一定研究對象：①做平拋運動和圓周運動的小物塊為研究對象；②相對滑行的物塊和小車的系統(tǒng)為研究對象.二定過程分析：①小物塊從A點開始做平拋運動，從B點到O點做圓周運動；②第一次碰撞后物塊和小車相對滑行，最終都處于靜止狀態(tài)，小車分階段向右做勻減速運動.三定運動規(guī)律：①小物塊平拋至B點的速度在水平方向的分速度為v1，由B→O過程中機械能守恒，可求小物塊在O點的速度v0，再運用牛頓第二定律可求小物塊對O點的壓力；②系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦熱為小物塊與Q相碰時系統(tǒng)的動能，小車向右減速的加速度是恒定的.

第四步：求規(guī)范，步驟嚴謹不失分

教學啟示：功能關(guān)系是分析、解決物理學問題的重要方法，歷年高考試卷中的綜合問題均與功和能的相關(guān)知識有關(guān)，試題區(qū)分度明顯，體現(xiàn)高考的選拔功能，如2015年全國課標卷Ⅱ理綜卷第25題考查了牛頓運動定律和運動學知識的綜合運用，是典型的動力學多過程問題，要求考生有較高的用相關(guān)數(shù)學知識處理物理問題的能力.涉及此類多過程問題時，重要是像典例分析中一樣先從題干獲取信息、整合信息、應(yīng)用信息、弄清時空關(guān)系，再利用程序示意圖將頭腦中形成的物理圖景記錄下來，把復(fù)雜的過程簡單化，把解題思路程序化.

2 相關(guān)備考建議

2.1 注重基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生對知識的遷移能力和綜合能力

從近幾年的全國各地高考物理試題來看，較好地體現(xiàn)了教育部提倡的加強對“教材知識”的理解，杜絕題型式學習的新課程教學理念，注重對物理知識理解的深刻程度和對知識與題目的“再加工”，如2011年安徽高考理綜卷第17題是根據(jù)新課標人教版高中物理教材必修2第24頁內(nèi)容改編的多過程問題，能較好地對曲線運動、向心加速度等知識點進行考查，再如2014年四川理綜物理卷第3題情景來源于日常生活，考查考生對折射率、全反射等基本概念、基本規(guī)律的認識和理解，試題在考查基礎(chǔ)知識的同時，更注重考查考生分析綜合的能力.這種考查思想將會在以后的高考中進一步得到落實，并且將深遠的影響以后的高考. 高考試題與我們平時所做傳統(tǒng)試題主要存在客觀性（背景來源于真實的問題情景）、隱蔽性（試題提供的信息少，問題與條件的聯(lián)系不明確）、挑戰(zhàn)性（條件與目標距離較大）、不適應(yīng)性（學生對該類試題感到不適應(yīng)，特別是抽象、概括、歸納、建模的能力低，導致試題得分率一般較低）等不同點.所以在高考備考過程中，要加深對基本概念、基本規(guī)律、基本知識的認識和理解，注重知識點與知識點之間的靈活運用，盡量避免去刷某類題型，或者尋求某類題型的萬能解法. 教師在進行高三總復(fù)習編選習題時應(yīng)該遵循題目的科學性、目的性、典型性、拓展性等原則，命題要正確導向、應(yīng)全面診斷、能發(fā)現(xiàn)問題、會堅定信心， 爭取立足基礎(chǔ)、吃透經(jīng)典、夯實重點、穩(wěn)扎穩(wěn)打.此外，教師要多培養(yǎng)學生理解問題、分析問題的能力，能將抽象的問題實體化、具體化，才能在高考中應(yīng)對各種的迷惑性題型.

2.2 建立物理模型，注重典型物理問題的分析和解決過程

隨著新課改的不斷深入，高考越來越注重對基礎(chǔ)知識、基本模型的考查.師生在備考時都要注重知識的生成過程，不回避陳題，避免對模型理解的死板化、結(jié)論化，不刻意追求知識與模型的綜合，題目要簡潔、清爽，重視經(jīng)典物理模型和情景的再加工.例如傳送帶模型是高中物理中比較典型的模型，涉及知識點和過程都較多，一直以來都是高考知識考查中的一個熱門考點，一般設(shè)問的角度有兩個：一是動力學角度，求物體在傳送帶上運動的時間、物體在傳送帶上能達到的速度、物體相對傳送帶滑過的位移等，運用牛頓第二定律結(jié)合運動學規(guī)律求解；二是能量的角度，求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對滑動而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動機多消耗的電能等. 在解決此類涉及多對象、多過程問題時要善于在分析物理過程的同時正確地作出情境示意圖，并借助情境圖來找出時間和空間上的量與量之間的關(guān)系，從能量的角度出發(fā)，分析其運動過程，就顯得脈絡(luò)特別清晰.

2.3 梳理主干，強化重點，增強能力，提高技巧

高考在考查知識的同時注重考查能力，并把對能力的考查放在首要位置.主要包括理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用相關(guān)數(shù)學知識處理物理問題的能力、實驗與探究能力等五大能力的考查.這五個方面的能力要求不是孤立的，著重對某一種能力進行考查的同時，在不同程度上也考查了與之相關(guān)的能力.高考試題力求推陳出新，如2015年全國課標卷Ⅱ理綜卷第21題是涉及機械能守恒、連接體、關(guān)聯(lián)速度、臨界問題等主干知識點的陳題巧問，較好地考查了考生的分析綜合能力.教師在進行高三總復(fù)習時要對教材的知識、技能、方法、考題進行分析提煉，以專題為載體，以能力為目標，以綜合訓練為主，幫助學生進一步構(gòu)建主干知識結(jié)構(gòu)，結(jié)合考綱進一步整合重點知識和知識結(jié)構(gòu)，總結(jié)解題思路，優(yōu)化解題方法，以期達到“鞏固、完善、綜合、提高”的效果.如在進行高三第二輪專題復(fù)習時，專題設(shè)計要依據(jù)高考信息和學情，一是不求全但求聯(lián)（不求面面俱到、不求樣樣深入，求主線明確、環(huán)環(huán)相扣，求網(wǎng)絡(luò)清晰、節(jié)點突出），二是在復(fù)習順序安排上注意輕重緩急（重點考查的優(yōu)先、學生薄弱的優(yōu)先），可以構(gòu)建力與運動、功和能、電場與磁場、電路和電磁感應(yīng)、實驗技能與創(chuàng)新、振動波與光學、物理圖象問題七個知識專題，在這幾個專題中，尤其要對三種基本運動（包括勻變速直線運動規(guī)律及應(yīng)用、拋體運動、圓周運動）的求解、動能定理應(yīng)用、帶電粒子在復(fù)合場中的運動、電磁感應(yīng)規(guī)律及應(yīng)用、圖象中圖象的基本應(yīng)用五個問題的重點復(fù)習與落實，做到主要內(nèi)容全面覆蓋，重點知識重點考查，同時加強一題多變的訓練，對典型問題（包括經(jīng)典模型和重要題型、重要思維方法和常規(guī)解法），能做到舉一反三、觸類旁通，達到真正提高學生分析問題和解決問題能力的目的.

總之，高考物理試題考查的知識點大多數(shù)都是中學物理核心內(nèi)容，且在力學部分特別注重對牛頓第二定律、機械能、力和運動、曲線運動等主干知識考查，側(cè)重點大都放在了“對過程的理解和分析”方面，動力學和能量觀點是解決此類問題的常用方法，非常具有代表性.教師在復(fù)習時要以相關(guān)題型訓練、針對訓練為載體，抓好查漏補缺，注重答題規(guī)范訓練，讓學生達到做一題會一類的效果，同時使學生的解題速度和解題能力保持穩(wěn)定，以便在高考中發(fā)揮良好水平.