利用教材資源 激活學(xué)生思維

江蘇 邱愛東

福建 黃軍榮

利用教材資源 激活學(xué)生思維

江蘇 邱愛東

福建 黃軍榮

依據(jù)考綱，利用教材資源是當(dāng)下高考命題中的一大特征，就2016年新課標(biāo)卷三套試卷命題來說，如卷Ⅰ中的質(zhì)譜儀（教材例題）、Ⅱ卷中的法拉第圓盤發(fā)動(dòng)機(jī)（教材中的問題與練習(xí)）、Ⅲ卷中的與安培力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)（教材演示實(shí)驗(yàn)），這種命題的方式年年皆有，所以，高考復(fù)習(xí)中要充分利用教材，激活學(xué)生的思維。

一、利用教材資源中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，激活學(xué)生思維

【例1】伽利略曾利用對接斜面研究“力與運(yùn)動(dòng)”的關(guān)系。如圖1所示，固定在水平地面上的傾角均為θ的兩斜面，以光滑小圓弧相連接，左側(cè)頂端有一小球，與兩斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。小球從左側(cè)頂端滑到最低點(diǎn)的時(shí)間為t1，滑到右側(cè)最高點(diǎn)的時(shí)間為t2。規(guī)定斜面連接處為參考平面，則小球在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度的大小v、加速度的大小a、動(dòng)能Ek及機(jī)械能E隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線正確的是（ ）

圖1

【解析】由牛頓第二定律可知，小球在兩斜面的運(yùn)動(dòng)都是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，兩階段的加速度都恒定不變，小球在左側(cè)斜面下滑時(shí)的加速度較小，因此，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；小球的動(dòng)能與速率的二次方成正比，因此，動(dòng)能與時(shí)間關(guān)系圖象是曲線，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于小球在兩斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小不相等，因此，小球機(jī)械能與時(shí)間的關(guān)系圖象不是連續(xù)曲線，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】B

【檢索】物理學(xué)史及其研究方法是近年新高考命題的熱點(diǎn)，就近5年新課標(biāo)試卷看，五年五考，所以下列問題要回歸教材，熟知理解。

人教版《必修1》P48伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究；P68伽利略的理想斜槽實(shí)驗(yàn)；《必修2》P39月—地檢驗(yàn)；P55追尋守恒量；《選修3—1》P6庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)；P37密立根實(shí)驗(yàn)——電子電荷量的測定；P95陰極射線管研究磁場對電子的作用；P99洛倫茲力演示儀；《選修3—2》P14法拉第的圓盤電動(dòng)機(jī)；《選修3—5》P20α粒子散射實(shí)驗(yàn)；P30光電效應(yīng)；P35康普頓效應(yīng)；P51湯姆孫的測定電子比荷；P65三種射線在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡等。

二、利用教材資源中的典型例題，激活學(xué)生思維

【例2】如圖2所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略，R1＝10Ω，R2＝8Ω，當(dāng)開關(guān)扳到位置1時(shí)，電壓表的讀數(shù)為2．0 V，當(dāng)開關(guān)扳到位置2時(shí)，電壓表的讀數(shù)可能是 （ ）讀數(shù)范圍，根據(jù)題意可得到兩式相比可得

圖2

考慮極端情形：當(dāng)r＝0時(shí)，U2＝U1＝2．0 V

由此可見，U2的取值范圍為1．6 V＜U2＜2．0 V，對照選項(xiàng)可得答案為B、C。

【答案】BC

【點(diǎn)評】由上可見，利用解析法答一道選擇題，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以要另辟他徑利用極值法。另外本題采用的單刀單擲開關(guān)，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常采用這種接法貫穿于替代法中。

教材中的例題數(shù)量不多，但是其規(guī)范的作答以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龆紴槲覀儤淞⒘肆己玫臉?biāo)桿作用，所以利用教材例題結(jié)合平常練習(xí)培養(yǎng)規(guī)范作答是極為有效的得分良策。

三、利用教材資源中的演示實(shí)驗(yàn)，激活學(xué)生思維

【例3】一帶正電的小球A，帶電量為Q，在它右側(cè)用絲線懸掛三個(gè)相同的、帶電量均為＋q的小球，如圖3所示，四個(gè)球的球心排列在同一水平線上。不考慮三個(gè)小球之間的相互作用力，下列說法正確的是 （ ）

圖3

四、利用教材資源中的圖象、圖片，激活學(xué)生思維

【例4】如圖4甲所示的電路，電動(dòng)勢E＝8 V，電阻R與一個(gè)電流傳感器相連，傳感器可以將電路中的電流隨時(shí)間變化的曲線顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，先將S接2給電容器C充電，再將S接1，結(jié)果在計(jì)算機(jī)屏幕上得到如圖4乙所示的曲線，C點(diǎn)為圖象上的一點(diǎn)，將該曲線描繪在坐標(biāo)紙上（坐標(biāo)紙上的小方格圖中未畫出），電流坐標(biāo)軸每小格表示0．1 m A，時(shí)間坐標(biāo)軸每小格表示0．1 s，曲線與AOB所圍成的面積約為80個(gè)小方格。則下列說法正確的是 （ ）

圖4

A．充電電流由a極板穿過電容器內(nèi)部流向b極板

B．C點(diǎn)的坐標(biāo)乘積表示電容器放電過程中流過電流傳感器的電荷量

C．電容器充電完畢時(shí)，所帶電荷約為8×10－4C

D．電容器的電容約為10－4F

【解析】電流逐漸減小，故為電容器放電過程，而充電電流由電源正極流向a極板，而不是由a極板穿過電容器內(nèi)部流向b極板，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；整個(gè)圖象曲線與坐標(biāo)軸所包圍的面積表示電容器放電過程中流過電流傳感器的電荷量，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)圖象的含義，因Q＝It，所以方格的面積表示為電容器放電量，也為充電的總電量，Q＝0．1×10－3×0．1×80 C＝8×10－4C，故C項(xiàng)正確；由C的定義式可得，故D項(xiàng)正確。

【答案】CD

【源頭】圖象中的面積在物理學(xué)中有特殊的含義，如v－t圖象中的“面積”表示位移、a－t圖象中的“面積”表示速度變化量；F－x圖象中的“面積”表示功；F－t圖象中的“面積”表示沖量，解決的策略是看清橫、縱坐標(biāo)并找出它們之間的關(guān)系結(jié)合圖象解答。

【例5】兩個(gè)物體A和B，質(zhì)量分別為m1和m2，互相接觸放在光滑水平面上，如圖5所示，對物體A施以水平的推力F，則物體A對B的作用力等于 （ ）

圖5

【解析】首先確定研究對象，先選整體，求出A、B共同的加速度，再單獨(dú)研究B，B在A施加的彈力作用下加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律列方程求解。

將m1、m2看作一個(gè)整體，其合外力為F，由牛頓第二定律知F＝（m1＋m2）a，再以m2為研究對象，受力分析如圖6所示，由牛頓第二定律可得F12＝m2a，以上兩式聯(lián)立可得，B項(xiàng)正確。

圖6

【答案】B

【總結(jié)】連接體問題中力的“分配”規(guī)律：如圖7所示，一起加速運(yùn)動(dòng)的物體系統(tǒng)，若力是作用于m1上，則m1和m2的相互作用力為。此結(jié)構(gòu)與有無摩擦無關(guān)（有摩擦，兩物體與接觸面的動(dòng)摩擦因數(shù)必須相同），物體系統(tǒng)在平面、斜面、豎直方向上此結(jié)論都成立。兩物體的連接物為彈簧、桿結(jié)論不變。

圖7

五、利用教材資源中的問題練習(xí)，激活學(xué)生思維

【例6】如圖8所示為一輛自行車的局部結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)連接腳踏板的連桿長為L1，由腳踏板帶動(dòng)半徑為r1的大輪盤，通過鏈條與半徑為r的小輪盤（飛輪）連接，小輪盤帶動(dòng)半徑為R的后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使自行車在水平路面上勻速前進(jìn)。

圖8

（1）設(shè)L1＝18 cm，r1＝12 cm，r2＝6 cm，R＝30 cm，為了維持自行車以v＝3 m/s的速度在水平路面上勻速前進(jìn)，人每分鐘要踩踏板幾圈？

（2）假設(shè)自行車受到的阻力與速度成正比，當(dāng)自行車以速度v1＝3 m/s勻速前進(jìn)時(shí)，受到的阻力為f1＝24 N，當(dāng)自行車勻速前進(jìn)的速度為v2＝5 m/s，求人的蹬車功率是多少？

【解析】（1）設(shè)大輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω1，自行車后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω2，人每分鐘要踩腳踏板n圈，則

由r2ω2＝r1ω1，得ω1＝5 rad/s，則

（2）設(shè)自行車受到的阻力為f＝kv，勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力F＝f，

則f1＝kv1，f2＝kv2＝40 N，

有P＝Fv2＝f2v2＝40×5 W＝200 W。

【總結(jié)】解決傳動(dòng)問題主要有兩個(gè)基本點(diǎn)，同輪或同軸不同輪上各點(diǎn)的角速度、周期、轉(zhuǎn)速相同；與皮帶相連的或直接接觸的輪子邊緣的線速度大小相同。

【例7】把小球放在豎立的彈簧上，并把球往下按至A位置，如圖9甲所示。迅速松手后，球升高至最高位置C（圖丙），途中經(jīng)過位置B時(shí)彈簧正處于原長（圖乙）。忽略彈簧的質(zhì)量和空氣阻力。則小球從A運(yùn)動(dòng)到C的過程中，下列說法正確的是 （ ）

圖9

A．經(jīng)過位置B時(shí)小球的加速度為0

B．經(jīng)過位置B時(shí)小球的速度最大

C．小球、地球、彈簧所組成系統(tǒng)的機(jī)械能守恒

D．小球、地球、彈簧所組成系統(tǒng)的機(jī)械能先增大后減小

【解析】分析小球從A到B的過程中受力情況，開始時(shí)彈力大于重力，中間某一位置彈力和重力相等，接著彈力小于重力，在B點(diǎn)時(shí)，彈力為零，小球從B到C的過程中，只受重力。根據(jù)牛頓第二定律可以知道小球從A到B過程中，先向上加速再向上減速，所以速度最大位置應(yīng)該是加速度為零的位置，在AB之間某一位置，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；從A到C過程中對于小球、地球、彈簧組成的系統(tǒng)只有重力和彈力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】C

【總結(jié)】彈簧問題過程多變，可以為命題提供更多的空間。理解只要抓住三個(gè)特殊點(diǎn)，即原長、平衡位置和最低點(diǎn)，小球向下運(yùn)動(dòng)時(shí)具體分析如圖10所示。

圖10

六、利用教材資源中的“科學(xué)漫步”，激活學(xué)生思維

【例8】如圖11甲所示是一種速度傳感器的工作原理圖，這個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)不動(dòng)的小盒子B，工作時(shí)小盒子B向被測物體發(fā)出短暫的超聲波脈沖，脈沖被運(yùn)動(dòng)的物體反射后又被B盒接收，從B盒發(fā)射超聲波開始計(jì)時(shí)，經(jīng)時(shí)間Δt0再次發(fā)射超聲波脈沖，圖乙是連續(xù)兩次發(fā)射的超聲波的位移－時(shí)間圖象，則下列說法正確的是 （ ）

圖11

圖12

【答案】AD

七、利用教材資源中的“課題研究”，激活學(xué)生思維

【例9】某海灣共占面積1．0×105m2，漲潮時(shí)平均水深20 m，此時(shí)關(guān)上水壩閘門，可使水位保持20 m不變。退潮時(shí)，壩外水位降至18 m（如圖13所示）。利用此水壩建一座水力發(fā)電站，重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率為10%，每天有兩次漲潮，該電站每天能發(fā)出的電能是（g取10 m/s2）（ ）

A．1×108J B．2×108J

C．4×108J D．8×108J

【解析】漲潮時(shí)蓄水的水位保持20 m不變，退潮時(shí)，壩外水位降至18 m，水壩中共有M＝ρSΔh＝2×108kg的水，重心下降了Δh＝1 m，重力勢能減少ΔE＝MgΔh＝2×109J，重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率為10%，每天兩次漲潮，故該電站每天能發(fā)出的電能是E電＝2ΔE×10%＝4×108J。

【答案】C

【點(diǎn)評】《必修1》中的拱橋（江蘇高考出現(xiàn)）、《選修3—1》中的霍爾效應(yīng)（江蘇高考出現(xiàn)）、《選修3—2》中的變壓器與二極管組合（新課標(biāo)卷Ⅱ出現(xiàn)），諸如此類的皆能說明課題研究的重要性，這也與當(dāng)下全國各校展開的轟轟烈烈的校本課程、課外活動(dòng)匹配，體現(xiàn)了高考良好的導(dǎo)向作用。

（作者單位：江蘇省江陰初級中學(xué) 福建省南平市光澤縣第二中學(xué)）