固化 強(qiáng)化 淡化 活化

李志科

【摘 要】 本文根據(jù)高三教學(xué)的實(shí)踐以及新高考對核心素養(yǎng)考查的要求，提出了高三力學(xué)復(fù)習(xí)的思路與策略，即固化基礎(chǔ)知識的理解與熟化，形成正確的物理觀念;淡化二級結(jié)論的記憶與應(yīng)用， 掌握基本的分析方法;強(qiáng)化物理模型的建構(gòu)與遷移，形成科學(xué)的思維習(xí)慣;活化物理實(shí)驗(yàn)的方法與原理，培養(yǎng)靈活的探究能力.

【關(guān)鍵詞】 核心素養(yǎng);力學(xué)復(fù)習(xí);復(fù)習(xí)思路

隨著新高考改革的不斷深入，尤其是新的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》首次提出了物理學(xué)科素養(yǎng)包含的4個(gè)要素的概念與內(nèi)涵，指出了物理學(xué)科的課程性質(zhì)，落實(shí)“立德樹人”的根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).提出了相對應(yīng)的課程目標(biāo)的4個(gè)方面[1].2019年年底教育部考試中心頒布了《中國高考評價(jià)體系》以及《中國高考評價(jià)體系說明》.在兩篇重要的指導(dǎo)文件中回答了“為什么考、考什么、怎么考”的問題[2].2021年的高考物理試題無論是全國的理綜試卷以及各省的自主命題，盡管在試卷的結(jié)構(gòu)、試題考查的內(nèi)容等都發(fā)生了較大的變化，但有一定是相同的，即都力求體現(xiàn)對物理學(xué)科素養(yǎng)的考查.如何在高三的教學(xué)中，落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，防止出現(xiàn)“穿新鞋、走老路”，實(shí)現(xiàn)高三物理復(fù)習(xí)與高考的考查要求“合拍”，是每個(gè)高三物理老師思考與探索的主題，經(jīng)過兩年多的高三物理復(fù)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為需要做好“固化、強(qiáng)化、淡化、活化”四個(gè)方面的工作.

1 固化基礎(chǔ)知識的理解與熟化 形成正確的物理觀念

在基礎(chǔ)年級的物理教學(xué)中，鑒于基礎(chǔ)年級的學(xué)生在物理基礎(chǔ)、認(rèn)知水平、教學(xué)要求等限制，學(xué)生對物理概念的理解不需要也不可能一步到位.進(jìn)入高三年級，學(xué)生具有一定的高中物理的基礎(chǔ)知識，同時(shí)，學(xué)習(xí)能力也有較大的提高.具備了將物理概念的內(nèi)涵與外延進(jìn)行系統(tǒng)的歸類復(fù)習(xí)，打通不同知識章節(jié)間的壁壘，以加深對概念的理解.形成正確的物理觀念.

例如 以加速度這一概念的復(fù)習(xí)為例.加速度反映了運(yùn)動物體速度變化的快慢.在復(fù)習(xí)時(shí)可以按照定義——計(jì)算——作用的邏輯順序進(jìn)行.加速度的定義式a=ΔυΔt，適用于一切機(jī)械運(yùn)動.無論是直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動.在速度的變化中，可以僅僅是速度大小的變化，也可能僅僅是速度方向的變化，還可能是速度的大小和方向都發(fā)生變化.具體來說，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做勻變速直線運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動物體的速度隨時(shí)間是均勻變化的，其v-t圖象是一條傾斜的直線，直線的斜率反映了速度的變化率.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做勻變速曲線運(yùn)動時(shí)，由于物體的初速度與加速度不在一條直線上，將初速度沿著垂直于加速度方向和沿著加速度方向進(jìn)行分解，在垂直加速度方向，物體的速度不變，物體做勻速直線運(yùn)動，加速度為零;做勻速圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，在相同的時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程相同，質(zhì)點(diǎn)的速率不變，由a=ΔυΔt可知，速度的變化率來自于速度方向隨時(shí)間的變化率，加速度的方向始終與速度方向垂直，改變速度的方向.我們形象的稱之為向心加速度;當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做變速圓周運(yùn)動時(shí)，速度的方向時(shí)刻沿著圓的切線方向，在不斷變化，同時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的路程也不同.此時(shí)a=ΔυΔt中，包含了兩個(gè)方面：加速度沿著切線方向的分量，改變了質(zhì)點(diǎn)線速度的大小，在指向圓心方向，加速度改變了速度的方向.在計(jì)算加速度時(shí)，要結(jié)合質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況和受力情況，若質(zhì)點(diǎn)做勻變速直線運(yùn)動，在速度、位移、時(shí)間等描述運(yùn)動特征的物理量已知的情況下，可以結(jié)合a=υ-υ0t、a=2（x-υ0t）t2、a=υ2-υ022x等來計(jì)算加速度，對于勻速圓周運(yùn)動可以根據(jù)向心加速度的計(jì)算公式計(jì)算加速度.但是無論是直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動，在已知合外力的情況下都可以根據(jù)牛頓第二定律計(jì)算加速度.

圖1

例1 一根細(xì)繩一端固定在天花板上的O點(diǎn)，另一端與一小球相連，將細(xì)繩拉到水平方向，使得細(xì)繩剛好拉直，將小球由靜止釋放.重力加速度為g不計(jì)空氣阻力，求細(xì)繩轉(zhuǎn)過θ時(shí)，小球的加速度.

分析與解 當(dāng)細(xì)繩轉(zhuǎn)過θ時(shí)，對小球受力分析，可以根據(jù)動能定理求出小球的速度大小，從而根據(jù)a=υ2l求出沿繩子方向的加速度即向心加速度.將小球重力分解，根據(jù)牛頓第二定律mgcosθ=mat，求出小球沿切線方向的加速度，利用矢量合成求出合加速度的大小和方向.

2 淡化二級結(jié)論的記憶與應(yīng)用 掌握基本的分析方法

在物理學(xué)習(xí)的過程中，在某些特定的物理情景中或者物理問題中，由基本規(guī)律和基本推理得出推論，或者是解決某類習(xí)題的經(jīng)驗(yàn).如果學(xué)生能夠正確理解結(jié)論產(chǎn)生的條件，并記住和正確應(yīng)用這些結(jié)論，在做選擇題或者填空題時(shí)常常比較快捷.因此，不少學(xué)生常常為了解題方便而記住這些結(jié)論.但是，教學(xué)實(shí)踐以及應(yīng)試實(shí)踐表明，學(xué)生在運(yùn)用這些二級結(jié)論，常常會忽視這些二級結(jié)論成立的條件.出現(xiàn)張冠李戴的現(xiàn)象.尤其是面對一些“新情景”時(shí)，學(xué)生會束手無策.

如在天體運(yùn)動中，根據(jù)萬有引力提供向心力會得到衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動時(shí)，根據(jù)GmmR2=mυ2R，得到υ=GMR，從而總結(jié)出“近快遠(yuǎn)慢”的結(jié)論.

圖2

例2 “日地拉格朗日點(diǎn)”位于太陽和地球連線的延長線上，飛行器處在該點(diǎn)時(shí)，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運(yùn)動.比較飛行器與地球繞太陽做圓周運(yùn)動的線速度的大小.

如果學(xué)生不認(rèn)真審題，錯誤的應(yīng)用上述結(jié)論，就會得出地球的速度大于飛行器的速度的結(jié)論.事實(shí)上，飛行器既受到地球的引力也受到太陽的引力，飛行器的周期與地球繞太陽運(yùn)動的周期相同，根據(jù)υ=2πTR，得到飛行器繞太陽運(yùn)動的速度大于地球繞太陽運(yùn)動的速度.

再比如 小球被長為l的繩子牽引著，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動時(shí)，在最高點(diǎn)的速度的最小值υmin=gl，其本質(zhì)是牛頓第二定律的應(yīng)用，在最高點(diǎn)繩子的拉力為零，只有重力提供向心力，離開這個(gè)條件，結(jié)論既然就不成立了，

圖3

例3 質(zhì)量為m的磁性小球沿著豎直平面內(nèi)的半徑為R的鐵質(zhì)圓軌道運(yùn)動，小物體與軌道之間具有吸引力，大小為重力的k（k<1）倍.磁性小球運(yùn)動到軌道最高點(diǎn)時(shí)，速度的最小值是多少？（已知重力加速度為g）

分析 由于小物體與軌道之間具有吸引力，所以，在最高點(diǎn)時(shí)，重力與引力的合力提供向心力，很容易有υmin=（1-k）gR.

為了防止學(xué)生依賴于二級結(jié)論，在高三復(fù)習(xí)時(shí)，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)具體問題具體分析，防止死記硬背，盲目套用二級結(jié)論，在復(fù)習(xí)中要盡量的讓學(xué)生掌握基本的分析問題的方法.

3 強(qiáng)化物理模型的建構(gòu)與遷移 形成科學(xué)的思維習(xí)慣

高考評價(jià)體系中的“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求是通過情景與情景活動兩類載體來實(shí)現(xiàn)的[3].高考試題中很多考題都是緊密聯(lián)系日常生活與生產(chǎn)實(shí)踐，聯(lián)系真實(shí)的科學(xué)研究過程或者實(shí)際問題的探索過程.要將具體的實(shí)際的問題轉(zhuǎn)化為物理問題，去粗取精，合理近似的過程就是建立物理模型的過程.在建立力學(xué)物理模型的過程中，要善于將具體的研究對象抽象化，將實(shí)際的物理過程理想化.

圖4

例4 科學(xué)家對銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測，給出1994年到2002年間S2的位置如圖所示.科學(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動軌跡是半長軸約為1000AU（太陽到地球的距離為1AU）的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞.這項(xiàng)研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎.若認(rèn)為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽的質(zhì)量為M，可以推測出該黑洞質(zhì)量約為（? ）

A. 4×104 M??? B. 4×106 M

C. 4×108 M ?D. 4×1010 M

分析 將恒星S2、地球、太陽、黑洞都抽象為質(zhì)點(diǎn)，地球圍繞太陽的運(yùn)動以及恒星S2圍繞黑洞的運(yùn)動都看成是勻速圓周運(yùn)動，從題圖中讀出恒星運(yùn)動的周期為16年，若地球的半徑為r，則恒星運(yùn)動的軌道半徑R=103r，利用萬有引力提供向心力以及地球繞太陽的周期近似為1年求解.

4 活化物理實(shí)驗(yàn)的方法與原理 培養(yǎng)靈活的探究能力

科學(xué)探究能力是學(xué)生終身發(fā)展的基礎(chǔ)能力，高中物理實(shí)驗(yàn)對于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度等方面具有重要的作用，因此物理實(shí)驗(yàn)是高中物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，當(dāng)然也應(yīng)該是高三物理復(fù)習(xí)中必須加以重視的內(nèi)容.根據(jù)新的課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生應(yīng)該掌握的必修內(nèi)容的物理實(shí)驗(yàn)12個(gè)，選擇性必修內(nèi)容的物理實(shí)驗(yàn)9個(gè)[4].在高三復(fù)習(xí)中，既要重視讓學(xué)生正確理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、掌握獲得數(shù)據(jù)的方法以及處理數(shù)據(jù)的手段，能對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行反思.更需要活化物理實(shí)驗(yàn)的方法與原理，以培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用物理探究的方法與能力.

例如 利用圖示的實(shí)驗(yàn)裝置以及光電計(jì)時(shí)器可以完成多個(gè)物理實(shí)驗(yàn).當(dāng)鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的質(zhì)量時(shí)，利用滑塊與光電門的距離x以及遮光條通過光電門的速度v，結(jié)合υ=dt以及勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律可以求出滑塊的加速度a=υ22x=d22xt2.將鉤碼的重力mg作為滑塊受到的合外力，可以完成“探究加速度與力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系”.對整體，根據(jù)牛頓第二定律，物體的加速度與鉤碼質(zhì)量m和小車質(zhì)量M的關(guān)系為a=mgm+M，所以也可改變鉤碼的質(zhì)量m，得到不同的遮光時(shí)間t，根據(jù)t2=d22x×1g+d2M2x×1m，作出t2-1m圖線，利用圖線的斜率和截距測出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭以及小車的質(zhì)量M;如果將鉤碼的重力所做的功作為滑塊受到的合力做的功，還可以完成“探究做功與動能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn);比較mgx與12（m+M）d2t2，完成“驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的”的實(shí)驗(yàn).如果在氣墊導(dǎo)軌上再增加一個(gè)光電門，利用數(shù)字計(jì)時(shí)器測出滑塊通過兩個(gè)光電門的時(shí)間速度t1和t2以及滑塊在光電門1、2之間運(yùn)動的時(shí)間t，將鉤碼的重力作為滑塊受到的合外力，利用I=mgt計(jì)算合力的沖量，根據(jù)Δp=Md（1t2-1t1），計(jì)算滑塊動量的變化，可以完成“探究物體的合外力的沖量與動量變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)等.

圖5

5 結(jié)語

總之，作為一線教師要善于根據(jù)新的育人要求，緊跟形勢的需要，不斷探索“雙減”背景下的教育教學(xué)方式以提高物理教學(xué)與復(fù)習(xí)的質(zhì)量，這既是形勢的要求，也是教師自身專業(yè)發(fā)展形成自己教學(xué)風(fēng)格的必由之路.

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）人民教育出版社 2020年5月

[2]中國高考評價(jià)體系 人民教育出版社 2019年12月

[3]中國高考評價(jià)體系說明 2019年11月

[4]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）人民教育出版社 2020年5月