多角度解決典型問題，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)

◇ 山東 陳 強(qiáng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵成分.物理課堂有不同的類型，不同課型需通過學(xué)習(xí)體驗(yàn)積淀的學(xué)科素養(yǎng)也不盡相同.長期實(shí)踐表明：在習(xí)題課中積極引導(dǎo)學(xué)生多角度、多方位思考問題，采取構(gòu)建物理模型、一題多解、多解歸一的方式，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究的物理學(xué)科核心素養(yǎng)有著不可替代的作用.下面筆者根據(jù)板塊模型中一道典型例題的多種解法加以說明.

圖1

解法1動(dòng)力學(xué)法

分別選取A、B 為研究對象進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律對小物體A 有Ff＝maA，對木板B 有Ff＝MaB.因?yàn)閙＜M，所以aA＞aB，且A 剛好沒有滑離B 板，所以木板B 向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，小物體A先向左做勻減速運(yùn)動(dòng)至速度為零，再向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，最終經(jīng)時(shí)間t 與B 共速.規(guī)定水平向右為正方向，設(shè)二者共同速度為vB，對小物體A 有

對木板B 有

聯(lián)立以上兩式，解得

此過程小物體A 向左運(yùn)動(dòng)的距離為

木板B 向右運(yùn)動(dòng)的距離為

因此小物體A 最終相對于木板B 靜止時(shí)與木板B 右端的距離

解法1(動(dòng)力學(xué)方法)是處理物理問題的基本方法，也是學(xué)生最容易想到的方法.但對于此題，由于小物體A 運(yùn)動(dòng)(先向左勻做減速直線運(yùn)動(dòng)，再向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng))的復(fù)雜性，加之學(xué)生對矢量運(yùn)算掌握不到位，筆者發(fā)現(xiàn)只有部分同學(xué)能夠完整利用此方法完成這道題.因此在給出解法1后筆者又引導(dǎo)學(xué)生作進(jìn)一步思考：能否避開繁雜的中間過程，利用整體法處理該問題.很快，學(xué)生給出了以下兩種比較典型的解法.

解法2功能關(guān)系法

因?yàn)樾∥矬wA 和木板B 組成的系統(tǒng)不受外力，所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)二者最終達(dá)到的共同速度為vB，規(guī)定水平向右為正方向，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有

再對小物體A 應(yīng)用動(dòng)能定理有

同理對木板B 用動(dòng)能定理有

聯(lián)立以上各式，可得小物體A 最終相對于木板B靜止時(shí)與木板B 右端的距離

解法3圖象法

規(guī)定水平向右為正方向，分別作出木板和小物體A 運(yùn)動(dòng)的v-t 圖象，如圖2所示，由圖象可知，陰影部分的面積大小即為二者的相對位移，即

根據(jù)動(dòng)量守恒定律有

對木板B 由動(dòng)量定理有

聯(lián)立各式，解得

圖2

可以看出，同一物理過程，應(yīng)用不同的物理規(guī)律，解題過程繁簡程度不同，思維過程也不同.在解法2中，將A 的兩個(gè)小過程整體考慮利用動(dòng)量和能量觀點(diǎn)求解，使得解題過程和思維過程大大簡化.通過解法1、2的對比，可以幫助學(xué)生建立對于多過程、多對象問題，若不考查中間過程，優(yōu)先考慮動(dòng)量和能量觀點(diǎn)處理的科學(xué)思維.解法3數(shù)形結(jié)合，將抽象的物理過程形象化，也是物理中常用的解題思路.通過對比解法3與1、2，可以看出圖象法對于解答多過程物理題目具有一定的優(yōu)越性，但圖象的繪制是教學(xué)難點(diǎn).

上述三種解法是我們解決物理問題常用的方法，思維清晰嚴(yán)謹(jǐn).其實(shí)對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，還可以引導(dǎo)他們利用相對運(yùn)動(dòng)將兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，得到解法4.

解法4相對運(yùn)動(dòng)法

以木板B 為參考系研究物體A，取向左為正方向，則物體A 初速度為vA0＝2v0，加速度為

物體A 相對于木板B 向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，直到末速度減為零，根據(jù)0－＝2aAxA，解得

筆者認(rèn)為解法4雖然思維起點(diǎn)比較高，但更加巧妙而且富有物理韻味，不僅體現(xiàn)物理的思想，更能讓學(xué)生深刻理解動(dòng)力學(xué)方法中涉及的變速直線運(yùn)動(dòng)公式、牛頓第二定律的深刻內(nèi)涵，而且學(xué)生也能從不同的解題思路和方法中體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣.總之，我們在教學(xué)中要針對一些典型問題故意設(shè)置一些情境，引導(dǎo)學(xué)生多角度、多方位思考，這是提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑.