以培養(yǎng)科學(xué)思維為導(dǎo)向的一輪復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)
——以動(dòng)能定理的教學(xué)為例

重慶 方全波

1.問(wèn)題的提出

在高三一輪復(fù)習(xí)階段不僅需要學(xué)生鞏固已有知識(shí)，更需要提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力，學(xué)生在面對(duì)物理問(wèn)題時(shí)，能夠快速提取有用信息，正確地思考問(wèn)題，對(duì)不同的觀點(diǎn)能提出質(zhì)疑和創(chuàng)造性的見(jiàn)解，形成一套解決問(wèn)題的方法和策略，這也是中學(xué)物理教學(xué)一直倡導(dǎo)的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

動(dòng)能定理是物理學(xué)中一條重要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，揭示了外力對(duì)物體做的總功與物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系。與勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律相比更具廣泛性、優(yōu)越性和靈活性。因此在一輪復(fù)習(xí)階段去提升學(xué)生用動(dòng)能定理解決物理問(wèn)題的能力十分重要。下面筆者以動(dòng)能定理教學(xué)為例來(lái)探討一輪復(fù)習(xí)中的科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

2.精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)科學(xué)思維培養(yǎng)過(guò)程

在備考階段學(xué)生容易出現(xiàn)的問(wèn)題是：在復(fù)習(xí)知識(shí)的時(shí)候忽視概念和規(guī)律的辨析，不去深究物理結(jié)論的意義和成立的條件，不去尋找規(guī)律之間、模型之間及問(wèn)題之間的差異等；在面對(duì)物理問(wèn)題時(shí)，不去思考其中的物理規(guī)律及運(yùn)用物理學(xué)科的方法去探究行動(dòng)與結(jié)果之間的特定聯(lián)結(jié)過(guò)程，而首先想到的是套公式或者模仿以前做過(guò)的題目求解。其后果是找不出相似問(wèn)題的區(qū)別，抓不住問(wèn)題的本質(zhì)，越做試題頭腦越混亂，成績(jī)?cè)絹?lái)越差，不符合教學(xué)的發(fā)展要求。一輪復(fù)習(xí)要在短短幾個(gè)月內(nèi)把高考內(nèi)容全部復(fù)習(xí)到位，讓學(xué)生提高能力，教師的課堂教學(xué)必須化繁為簡(jiǎn)，要句句講到核心上，在教學(xué)中主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生去思考、去辨析、去總結(jié)，去提升。

2.1 回顧教材，找到規(guī)律的差異性，建立正確的物理模型

學(xué)生在面對(duì)諸多運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律如勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)能定理及動(dòng)量定理時(shí)，遇到的第一個(gè)問(wèn)題可能就是用什么公式處理什么樣的物理問(wèn)題。該問(wèn)題的處理應(yīng)該回到教材上的公式引入上面。

2.2 抓住核心，巧設(shè)問(wèn)題，培養(yǎng)科學(xué)推理能力

考慮教學(xué)時(shí)間以及教學(xué)的生成，教師設(shè)計(jì)的物理問(wèn)題應(yīng)該圍繞教學(xué)目標(biāo)直指教學(xué)的核心。本節(jié)課首先要對(duì)物理學(xué)中的幾個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行區(qū)分，找到規(guī)律的差異性；其次引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注用動(dòng)能定理解決多運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)的易錯(cuò)點(diǎn)，如：每個(gè)力做功的多少和正負(fù)及因主動(dòng)力的改變或運(yùn)動(dòng)的需要導(dǎo)致被動(dòng)力突變等問(wèn)題。在復(fù)習(xí)開(kāi)始的階段，教師可以通過(guò)設(shè)計(jì)如下的物理問(wèn)題引入復(fù)習(xí)內(nèi)容。

【例1】如圖1所示，在水平面上，用與水平方向成θ=37°角斜向上方的拉力F=10 N拉著一個(gè)質(zhì)量m=1 kg的物體從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，物體運(yùn)動(dòng)s1=12 m時(shí)撤去拉力。sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度取g=10 m/s2。求：

圖1

(1)外力撤去瞬間物塊的速度是多少；

(2)物塊運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間是多少；

(3)物塊在水平面上滑行的最大距離。

例題中的(1)重點(diǎn)講解處理勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)利用牛頓第二定律與勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)能定理的異曲同工之處；(2)重點(diǎn)講解動(dòng)能定理與動(dòng)量定理在處理問(wèn)題上的區(qū)別，在此引導(dǎo)學(xué)生回顧教材，找到規(guī)律之間的區(qū)別和聯(lián)系；(3)重點(diǎn)講解動(dòng)能定理處理多過(guò)程時(shí)的易錯(cuò)點(diǎn)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因外力的突變導(dǎo)致摩擦力發(fā)生變化，所以在整體處理問(wèn)題時(shí)，摩擦力做功應(yīng)該分段處理。最后規(guī)范解題步驟：第一步受力分析、運(yùn)動(dòng)分析；第二步找出每個(gè)力作用下的位移，寫(xiě)出每個(gè)力做功的多少以及正負(fù)；第三步找出物體的初、末動(dòng)能；第四步根據(jù)動(dòng)能定理左側(cè)為所有力做功，右側(cè)為動(dòng)能變化列出等式求解。

以八個(gè)半綜合征為表現(xiàn)的橋腦出血合并Wernicke腦病1例報(bào)告 …………… 袁偉杰，李桂心，鄧德旺 408

2.3 精選例題，形成對(duì)比，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與質(zhì)疑能力

通過(guò)對(duì)例題1(3)問(wèn)的處理，會(huì)發(fā)現(xiàn)多過(guò)程處理的重點(diǎn)是一定要找準(zhǔn)每個(gè)力做功，該試題易錯(cuò)的是摩擦力做的功。那就有必要把有關(guān)摩擦力做功的問(wèn)題單獨(dú)談?wù)撘环?/p>

【例2】如圖2所示，AB為可調(diào)節(jié)的斜面，BC為一水平面，AB、BC粗糙程度相同。現(xiàn)有一滑塊由A點(diǎn)靜止釋放，恰好運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)?，F(xiàn)在把斜面改成AB′，滑塊依然從A點(diǎn)靜止釋放，問(wèn)滑塊能否停到C點(diǎn)。(忽略滑塊從斜面運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)的能量損失)

圖2

摩擦力在AB段對(duì)滑塊做功：WfAB=-μmgABcosθ=-μmgA′B，由表達(dá)式看出滑塊由A到B摩擦力做功與滑塊從A′到B摩擦力做功相同；若滑塊由A靜止出發(fā)恰能到達(dá)C點(diǎn)，由動(dòng)能定理知：mgAA′=μmgABcosθ+μmgBC=μmgA′C，若物體沿AB′運(yùn)動(dòng)，情況也相同，所以也恰好到達(dá)C點(diǎn)。

解決該問(wèn)題的核心是找到摩擦力做功的等效，那是不是所有情況下學(xué)生都能把斜面上的摩擦力做功等效到水平面上進(jìn)行處理？如圖3所示，現(xiàn)在把題中的AB斜面改成一個(gè)粗糙程度與AB相同的弧面還能進(jìn)行等效嗎？此時(shí)肯定不行了，因?yàn)榛瑝K在下滑的過(guò)程中，垂直速度方向的合力不再為0，弧面給物體的支持力FN≠μmgcosθ，所以不能進(jìn)行等效。通過(guò)剛才的辨析找到問(wèn)題的根本所在，下滑的過(guò)程中若FN=μmgcosθ時(shí)可以進(jìn)行等效，若不相等則不可以。這樣一來(lái)解決如下問(wèn)題就變得很簡(jiǎn)單了。

圖3

【試題】如圖4，一半徑為R、粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直固定放置，直徑POQ水平。一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)上方高度R處由靜止開(kāi)始下落，恰好從P點(diǎn)進(jìn)入軌道。質(zhì)點(diǎn)滑到軌道最低點(diǎn)N時(shí)，對(duì)軌道的壓力為4mg，重力加速度的大小為g。用W表示質(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功。則

( )

圖4

2.4 一題多變，合理拓展，提升學(xué)生科學(xué)思維的能力

一輪復(fù)習(xí)的課堂不僅要關(guān)注學(xué)困生的基礎(chǔ)問(wèn)題，還要注重學(xué)優(yōu)生的能力提升，所以對(duì)教師設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容提出更高要求，既要有對(duì)學(xué)困生的思維的獨(dú)立性、邏輯性、和廣闊性的培養(yǎng)，又要兼顧著對(duì)學(xué)優(yōu)生的思維深度的提升。在運(yùn)用動(dòng)能定理處理多過(guò)程運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題中，較為困難的應(yīng)該是往復(fù)運(yùn)動(dòng)中規(guī)律的總結(jié)及應(yīng)用。教師可以在這里設(shè)計(jì)一定的問(wèn)題，來(lái)啟發(fā)學(xué)生的深層思考。

【例3】如圖5所示，斜面傾角為θ，質(zhì)量為m的滑塊在距擋板P的距離為S0的A點(diǎn)由靜止開(kāi)始沿斜面下滑，滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。若滑塊每次與擋板相碰，碰后以原速率返回，無(wú)動(dòng)能損失，求：

圖5

(1)滑塊第三次與擋板碰撞后沿斜面上滑的最大距離；

(2)滑塊在斜面上滑過(guò)的總路程。

例題3可以改成如下試題：如圖6所示，粗糙程度相同的斜面AB、CD與光滑的水平面BC的夾角都為θ，現(xiàn)將質(zhì)量為m的滑塊從離B點(diǎn)S0的距離由靜止開(kāi)始沿斜面下滑，滑塊與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。忽略物體經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)角處能量的損失。很容易發(fā)現(xiàn)滑塊每次經(jīng)過(guò)在斜面AB、CD滑動(dòng)的最大距離之間滿足等比數(shù)列關(guān)系，和例題3相似。最后滑塊會(huì)停在B點(diǎn)或C點(diǎn)。

圖6

若斜面AB、CD是光滑的，水平面BC是粗糙的，物體與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，水平面BC的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。會(huì)發(fā)現(xiàn)每次滑塊上升的最高點(diǎn)的下降高度是相同的Δh=μL，滑塊每次在斜面AB、CD滑動(dòng)的最大距離之間滿足等差數(shù)列關(guān)系。最后停在水平面BC上的某點(diǎn)上，可以根據(jù)等差數(shù)列關(guān)系求解，也可以根據(jù)整體法動(dòng)能定理求解。

3.結(jié)束語(yǔ)

高三一輪復(fù)習(xí)是學(xué)生知識(shí)體系建構(gòu)的過(guò)程、學(xué)生能力形成的過(guò)程，所以不能把復(fù)習(xí)課上成知識(shí)的堆積課、試題的堆積課或新課的重復(fù)課。教師應(yīng)該把培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)放到首位，以“低起點(diǎn)、快節(jié)奏、大容量、重思維、嚴(yán)落實(shí)”為標(biāo)準(zhǔn)，讓不同層次的學(xué)生都有收獲，讓一輪復(fù)習(xí)的每一節(jié)課都容量滿滿而不臃腫，讓一輪復(fù)習(xí)的每一節(jié)課都能引起學(xué)生深度思考。