高中物理模型的建構(gòu)及教學(xué)方法

何爾松

(福建省福清融城中學(xué) 350300)

高中物理設(shè)計很多的模型，主要有彈簧模型、輕桿、管道模型、傳送帶模型、碰撞模型、磁偏轉(zhuǎn)模型等.實踐中應(yīng)做好這些模型的建構(gòu)，使學(xué)生牢固掌握物理模型的推導(dǎo)過程，更好地理解相關(guān)物理模型本質(zhì)以及不同物理模型適用的題型，使其在以后的解題中少走彎路，有效地切入.

1 高中物理模型的建構(gòu)

1.1 彈簧模型

彈簧是高中物理中非常常見的對象.為更好地解答有關(guān)彈簧類的物理問題，構(gòu)建彈簧模型尤為重要.構(gòu)建彈簧模型主要從受力以及能量兩個方面考慮.其中在受力方面，彈簧既能產(chǎn)生拉的作用，也能產(chǎn)生彈力的作用.需要注意的是由胡克定律可知F=kΔx，彈簧拉伸長度以及壓縮長度相同時產(chǎn)生力的作用大小相等，方向相反.如圖1所示，平面光滑，O為彈簧原長且OM=ON，則在M、N兩點物塊受到彈簧彈力的大小相等.另外，彈簧形變變化需要一定時間，因此，彈簧的力不能突變.從能量角度來看，彈簧是一種儲存能量的裝置，即，當(dāng)物體壓縮彈簧，彈簧儲存能量.當(dāng)彈簧恢復(fù)的過程中能量被逐漸釋放.如不考慮摩擦力作用，彈簧可在保持物體能量不變的情況下改變物體運動方向.如圖2所示，平面光滑物塊以速度v向左壓縮彈簧，彈簧恢復(fù)原長后物塊以速度大小v向右運動.

圖1 圖2

1.2 輕桿、管道模型

1.3 傳送帶模型

傳送帶模型是高中物理難度較大的一類模型，包括水平傳送帶，傾斜傳送帶兩種情境.為更好地解決傳送帶問題，構(gòu)建如圖3所示的傳送帶模型：

圖3

另外，究竟物體何時與傳動帶共速以及共速后還能運行多長時間，需要結(jié)合物體和傳送帶的運動速度運用勻加速運動規(guī)律計算確定.

1.4 碰撞模型

1.5 磁偏轉(zhuǎn)模型

帶電粒子在磁場中運動因受到洛倫茲力的影響而做圓周運動.其中粒子做圓周運動的半徑以及周期分別為R=mv/qB，T=2πm/qB.磁偏轉(zhuǎn)模型中確定粒子運動軌跡的圓心是解題的關(guān)鍵.確定圓心后結(jié)合幾何便可求出其運動的半徑，其他參數(shù)便不難計算出來.

2 高中物理模型教學(xué)方法

2.1 注重模型構(gòu)建過程中的互動

高中物理模型建構(gòu)是一個較為復(fù)雜的過程，學(xué)生分析問題的能力要求較高.實踐中為增強學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，應(yīng)做好合理的教學(xué)規(guī)劃，尤其在模型建構(gòu)過程中應(yīng)注重靈活運用相關(guān)的工具，并做好與學(xué)生的互動，激活高中物理課堂，使學(xué)生全身心地投入到模型學(xué)習(xí)中.一方面，圍繞要講解的模型制作動態(tài)的多媒體課件.增加其學(xué)習(xí)的趣味性，降低其理解難度.另一方面，構(gòu)建模型的過程中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生參與其中，圍繞模型情境設(shè)計相關(guān)問題，把握模型細節(jié)，提高其在解題中應(yīng)用的正確率.

2.2 給予模型學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)

高中物理模型較多，僅僅靠死記硬背相關(guān)的模型結(jié)論是不行的，因此實踐中應(yīng)注重給予學(xué)生模型學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)，使其真正地學(xué)會學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)到的模型理論轉(zhuǎn)化為解題技能.一方面，與學(xué)生一起完成物理模型構(gòu)建后要求其做好物理模型的整理，分析相關(guān)結(jié)論成立的條件，分享對物理模型的認識，及時糾正理解上的誤區(qū).另一方面，提高學(xué)生運用物理模型分析、解答物理問題的意識，尤其注重總結(jié)不同物理模型解題的相關(guān)細節(jié).

2.3 做好課堂例題的優(yōu)選與精講

高中物理教學(xué)中提高學(xué)生運用物理模型解答習(xí)題的意識與能力尤為關(guān)鍵.一方面，注重篩選綜合性較強的物理題目.另一方面，講解例題時先給學(xué)生預(yù)留時間，要求其根據(jù)自身理解進行解答，而后與學(xué)生一起剖析解題過程，詳細地展示解題過程，尤其要求學(xué)生多問為什么，認真揣摩列出的物理方程，真正的吃透與理解.

例如，如圖4所示，A、B是光滑足夠長的水平軌道，右側(cè)和足夠長的傳送帶平滑相連(物體經(jīng)過此處無機械能損失)，傳送帶的傾角θ=37°.左側(cè)和半徑R=0.05m豎直光滑半圓軌道相連.使用輕繩連接可視為質(zhì)點的甲、乙兩物體，質(zhì)量分別為m1=2kg，m2=1kg，中間夾一被壓縮的彈簧，彈簧和兩物體不連接.起初兩物體均靜止在水平面上.傳送帶和乙物體的動摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度為10m/s2.

圖4

(1)固定甲物體，傳送帶靜止，燒斷細線，乙物體在傳送帶上滑動的最遠距離s=0.3m，求彈簧壓縮時彈性勢能大小.

(2)固定乙物體，松開甲物體，燒斷細線，甲物體進入半圓軌道，求物體甲運動至D點時對軌道的壓力大小.

(3)傳送帶順時針運動速度v=1m/s，甲、乙兩物體均不固定，燒斷細線后乙物體沿傳動帶運動至最高點的過程中摩擦產(chǎn)生的熱量.

2.4 組織學(xué)生開展專題訓(xùn)練活動

高中物理模型建構(gòu)教學(xué)中為使學(xué)生能夠融會貫通，舉一反三，靈活地運用物理模型解答各種物理問題，應(yīng)注重積極組織學(xué)生開展專題訓(xùn)練活動，使學(xué)生在訓(xùn)練的過程中體會犯錯、糾錯過程，逐漸地澄清對相關(guān)物理模型的深入理解，積累運用物理模型解題的技巧，促進物理解題能力的有效提升.

高中物理模型建構(gòu)教學(xué)中為確保教學(xué)目標的順利達成應(yīng)做好充分的教學(xué)準備，做好物理模型的匯總，結(jié)合具體教學(xué)進度與學(xué)生一起完成物理模型的建構(gòu)，使學(xué)生真正地理解與掌握，而非死記硬背相關(guān)結(jié)論.同時，圍繞經(jīng)典例題展示物理模型的應(yīng)用過程，并積極組織學(xué)生開展針對性的訓(xùn)練活動，趁熱打鐵，提高學(xué)生應(yīng)用意識，使其積累豐富的應(yīng)用經(jīng)驗.