構(gòu)建物理圖景在解決生活實際問題中的應(yīng)用

彭學(xué)艷

摘要：物理實際生活問題在近年高考中越來越頻繁出現(xiàn)，學(xué)生遇到這種實際問題往往無從下手，其原因主要是學(xué)生構(gòu)建不出實際問題的圖景.而物理圖景是應(yīng)用物理語言形象、直觀的解釋、描述問題后，在學(xué)習(xí)者頭腦中形成的心理印象，易于理解問題的本質(zhì).

關(guān)鍵詞：構(gòu)建;圖景;應(yīng)用

“做一個物理題就是畫一幅圖”，“閉上你的眼睛，想象一下前面的物理圖景”.這是我在課堂上幫助學(xué)生解決高中物理實際生活問題時常說的一句口頭禪.隨著新課程改革的不斷推進，實際生活問題在高考中越來越頻繁出現(xiàn)，而學(xué)生遇到這種實際問題往往無從下手，究其原因，主要是學(xué)生不能構(gòu)建恰當(dāng)?shù)奈锢韴D景，想象不出實際問題的場景.物理圖景教學(xué)能夠為學(xué)生創(chuàng)建更加良好的學(xué)習(xí)氛圍，構(gòu)建更加完善的知識體系，更加符合新課標(biāo)教學(xué)要求，同時也能夠更為理想的開展教學(xué)活動.針對這種現(xiàn)象，本文就如何構(gòu)建物理圖景情景，提高學(xué)生解決實際生活問題的能力舉幾個案例分析.

（一）利用光的反射定律規(guī)律，構(gòu)建運動學(xué)圖景解直線運動問題

例1：天空有近似等高的濃云層，為了測量云層的高度，在水平地面上與觀測者的距離為 處進行一次爆炸，觀測者聽到由空氣直接傳來的爆炸聲和由云層反射來的爆炸聲時間上相差 .試估算云層下表面的高度.（已知空氣中的聲速 ）

分析與構(gòu)建：利用生活中爆炸聲來測量云層的高度，該問題情景來源于我們身邊的物理現(xiàn)象，難點在于“對云層位置”的判斷，將問題情景與光的反射定律進行類比，利用平面鏡成像原理，構(gòu)建起運動學(xué)圖景，可使問題迎刃而解.要求云層的高度需要求出經(jīng)云層反射的聲波傳播的距離 ，t根據(jù)題意可以得出，然后根據(jù)勾股定理即可求出高度 .

解：如圖1所示，A表示爆炸處，O表示反射點，S表示觀測者所在處，h表示云層下表面的高度.用t1表示爆炸聲從A直接傳到S處所經(jīng)時間，則有? ①

， ，用 表示爆炸聲經(jīng)云層反射到達S處所經(jīng)歷時間，因為入射角等于反射角，故有? ②

已知：? ③

由①②③式及題目條件計算得出

本題考查了速度公式的應(yīng)用，畫出聲波傳播的路線圖即可化抽象為直觀，有效降低題目難度.

（二）利用“放慢鏡頭”的方式，構(gòu)建動力學(xué)物理圖景解“板塊”問題

例2：一小圓盤靜止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一邊AB與桌的一邊重合，如圖2所示，已知盤與桌布間的動摩擦因數(shù)為 ，盤與桌面間的動摩擦因數(shù)為 .現(xiàn)服務(wù)員突然以恒定加速度a將桌布抽離桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB邊.若圓盤最后未從桌面掉下，則加速度a滿足的條件是什么？（以 表示重力加速度）

分析與構(gòu)建：該問題情景來源于我們身邊的物理現(xiàn)象，難點在于確定“小圓盤和桌布的位移、桌面邊長之間的關(guān)系”.小圓盤要不能從桌面上掉下，則小圓盤在整個過程中相對桌面的位移不能超過桌面邊長的一半，故需要求出小圓盤兩次相對桌面的位移，第一次小圓盤在桌布的摩擦力作用下加速運動，表示出桌布的位移和小圓盤的加速度、位移和離開桌布時的速度，小圓盤在桌布上運動時相對于桌布的位移為桌面邊長的一半;小圓盤因為慣性在桌面上繼續(xù)做勻減速運動，其加速度由桌面的摩擦力提供，再利用小圓盤離開桌布時的速度表示出小圓盤在桌面上滑行的位移.而這些位移關(guān)系的確定如果通過“放慢鏡頭”的方式展現(xiàn)出來，學(xué)生就能快速找到小圓盤和桌布的位移、桌面邊長之間的關(guān)系，如圖3所示，從而求出桌布的加速度.

解：小圓盤在桌布的摩擦力的作用下向前做勻加速直線運動，其加速度為 ，由牛頓第二定律得? ①故? ②桌布突然以恒定加速度 開始抽動至圓盤剛離開桌布這段時間內(nèi)，桌布做勻加速直線運動，設(shè)所經(jīng)歷時間為 ，桌布通過的位移為 ，故? ③在這段時間內(nèi)小圓盤通過的位移為 ，則? ④小圓盤和桌布之間的相對位移為方桌邊長的一半，故有? ⑤設(shè)小圓盤離開桌布時的速度為 ，則有? ⑥小圓盤離開桌布后在桌面上做勻減速直線運動，設(shè)小圓盤的加速度大小為 ，則? ⑦設(shè)小圓盤在桌面上通過的位移大小為 后便停下，將小圓盤的勻減速運動看做由靜止開始的勻加速運動，則有? ⑧小圓盤沒有從桌面上掉下，則有? ⑨聯(lián)立以上各式計算得出： ⑩

即只有桌布抽離桌面的加速度 時小圓盤才不會從桌面上掉下.

解決此類問題一定要注意受力分析（特別是摩擦力的分析）和物體運動過程的分析，在摸清受力情況的同時，再通過一系列運動圖景直觀展示出小圓盤和桌布的位移、桌布邊長之間的關(guān)系，才能正確選擇物理規(guī)律進行求解.

（三）利用平拋規(guī)律和圓周知識，構(gòu)建幾何圖景解決平拋與圓周相結(jié)合的問題

例3：一把雨傘邊緣的半徑為 ，且高出水平地面 .當(dāng)雨傘以角速度 旋轉(zhuǎn)時，雨滴自邊緣甩出落在地面上成一個大圓周，求這個大圓的半徑.（以 表示重力加速度）

分析與構(gòu)建：雨中轉(zhuǎn)傘問題來自于我們身邊的物理現(xiàn)象，難點在于“物體運動位置和方向”的準(zhǔn)確判定，要求學(xué)生具有空間想象能力.如果借助物理圖景正確把握物體運動的空間特征，解題時多角度、全方位、立體式地發(fā)揮科學(xué)的想象力則可以順利地解決此類問題.

解：物體做平拋運動，我們可以把平拋運動分解為水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的自由落體運動來求解，兩個方向上運動的時間相同.雨點甩出后做平拋運動，豎直方向有 ，

水平方向初速度為雨傘邊緣的線速度，所以

雨點甩出后水平方向做勻速直線運動，

設(shè)大圓圈半徑為 ，如圖4所示，根據(jù)幾何關(guān)系有： ，所以半徑

本題屬于圓周運動與平拋運動相結(jié)合的最基本問題，解決本題的關(guān)鍵在于利用圓周知識與平拋規(guī)律，構(gòu)建雨滴的運動學(xué)和幾何關(guān)系圖景;首先根據(jù) 求出雨滴離開傘時的初速度，再根據(jù)平拋運動規(guī)律求出雨滴的水平位移，最后結(jié)合幾何關(guān)系求出雨滴自傘邊緣甩出后落于地面形成的大圓圈半徑 .

由以上實例分析可以看出，學(xué)生解決生活實際問題的關(guān)鍵，是能否將具體問題通過構(gòu)建恰當(dāng)?shù)奈锢韴D景展現(xiàn)出來，這不僅可將抽象問題直觀化，還可以幫助學(xué)生主動的構(gòu)建知識，從而達到真正的理解知識，提高解決實際問題的能力.

（作者單位：云南省鳳慶縣第一完全中學(xué)）