高中物理教學提升學生能力

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1．物理模型———小球壓輕彈簧

例1如圖1所示，一輕質彈簧豎直放在水平地面上，小球A由彈簧正上方某高度自由落下，與彈簧接觸后，開始壓縮彈簧，設此過程中彈簧始終服從胡克定律，那么小球在壓縮彈簧的過程中，以下說法中正確的是()．A．小球加速度方向始終向上B．小球加速度方向始終向下C．小球加速度方向先向下后向上D．小球加速度方向先向上后向下本題將彈簧模型和變速直線運動相結合，分析各段小球的受力和彈簧形變的大小，由胡克定律可得彈力大小的變化，從而可知合力大小的變化，根據牛頓第二定律可以判斷加速度大小和方向的變化．如圖2所示，設B點為小球與彈簧的接觸點，C點為重力與彈力平衡位置，D點是運動的最低位置，對運動過程進行分析:從A－B:自由落體;從B－C過程:小球和彈簧接觸后，小球受到重力和彈力，在這個過程中FN＜G，合力方向向下，加速度方向向下G－FN=ma，由于FN不斷增大，所以小球做向下做加速度逐漸減小的加速運動;到達C點時，FN=G時，a=0，速度達到最大值;從C－D過程:由于慣性，繼續向下運動，此過程小球仍受到重力和彈力，但此過程由受力分析可得FN＞G，合力方向向上，加速度方向向上，FN－G=ma，隨著FN的不斷增大，小球做加速度不斷增大的減速運動一直至速度為0，到達最低點D點，加速度達到向上的最大值;所以正確答案選C．2．原始物理問題———蹦極運動例2“蹦極”是一項刺激的極限運動，運動員將一端固定的長彈性繩綁在踝關節處，從幾十米高處跳下．在某次蹦極中，彈性繩彈力F的大小隨時間t的變化圖象如圖3所示，其中t2、t4時刻圖線的斜率最大．將蹦極過程近似為在豎直方向的運動，彈性繩中彈力與伸長量的關系遵循胡克定律，空氣阻力不計．下列說法正確的是()．A．t1～t2時間內運動員處于超重狀態B．t2～t4時間內運動員的機械能先減少后增大C．t3時刻運動員的加速度為零D．t2時刻運動員具有向下的最大速度本題是將蹦極模型和超重失重相結合，根據F－t圖和運動特點，在t1～t2過程中加速度方向向下不斷減小，處失重狀態．速度卻不斷增大，彈性繩形變量增大得越來越快，所以彈力F隨時間增大越來越快，當彈力等于重力時，速度達到最大值，F增大的最快，此時刻圖線的斜率最大．之后由于做減速運動，所以F增大的越來越慢．在t2～t4時間內只有重力和彈力做功，所以運動員的機械能守恒．排除A、C、D，所以選D．上述兩個物理問題，雖然從形式上看不一樣，但是物理模型的本質是相通的，運動的受力特點和解題的方法可以進行相互遷移．形異質同的運動模型在不同的情境當中經常出現，這就需要透過現象看本質，抓住本質的受力特點和運動特點，這樣就可以舉一反三，不再受題型變幻的制約了．二、注重作圖———抓解決問題的方法作圖是分析物理問題的重要抓手，它能將復雜、抽象的思維過程轉化為簡單、直觀的形象過程，縮短解題時間，達到事半功倍的解題效果．我們在物理教學過程中應注重引導學生作圖．1．示意圖———讓答案躍然于紙上例3兩個物塊A、B疊放在水平面上如圖4所示，現一水平拉力F作用于A，已知A、B沒有相對滑動，一起向右勻速運動．試分析地面對A的摩擦力大小和方向，A對B的摩擦力大小和方向?分析對于這個問題，地面對A的摩擦力，學生運用整體法和平衡很快可以得出正確的答案，地面對A的摩擦力大小Ff=F，方向水平向左．但是對于A、B之間摩擦力的判斷，許多學生憑感覺想當然很容易出現錯誤，那怎么辦呢?筆者認為可以要求學生將自己認為正確的受力圖畫出來，如圖5、圖6所示，從受力圖出發學生很容易發現問題，兩種情況B都會加速運動與題意勻速運動相矛盾，所以A對B的摩擦力為0，這樣問題自然解決．例4如圖7所示，一人(質量m1=60kg)，站在一個磅秤上，現在他用一輕繩跨過定滑輪提一重物(質量m2=5kg)，已知，該重物在拉力作用下以大小為2m/s2的加速度勻加速上升，忽略一切摩擦，試計算此時磅秤的讀數(g=10m/s2)．評析這是一道“牛頓運動定律”習題，要求是磅秤的讀數?這個讀數為人對磅秤的壓力，對磅秤進行受力分析的話，顯然缺少太多的未知量而無法求解，怎么辦呢?從牛頓第三定律出發，“人對磅秤的壓力”與“磅秤對人的支持力”是作用力和反作用力，因此可以將研究對象進行轉化，取人m1作為研究對象進行受力分析，受力分析如圖8甲所示，得到平衡式N+F=m1g，從未知量分析，要想得到支持力N，必須求繩子的拉力F，很自然地過渡到對m2的分析，受力分析圖如圖8乙所示，列出牛頓第二定律方程F－m2g=m2a，兩式聯立就可以完成求解．本題答案磅秤的讀數為540N．在力學問題尤其是受力和運動過程的分析時，作示意圖能夠讓過程、答案清晰地呈現．

2．函數圖象———理順物理量之間的聯系

物理學中通常會利用數學的函數圖象來表達物理的規律，這樣既省去了大量的文字描述，又直觀、簡潔．如果學生不能將物理表達式和圖象相結合，解題時不知所以然，會出現很大的麻煩．例5小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖9所示，P為圖線上一點，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中正確的是()．A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對應P點，小燈泡的電阻為R=U1I2C．對應P點，小燈泡的電阻為R=U1I2－I1D．對應P點，小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積分析線性元件對應的伏安特性曲線是斜直線，直線的斜率K=I/U，物理意義是電阻的倒數．對于非線性元件來說，伏安特性曲線是曲線，任意一點對應坐標的比值K=I/U，是割線的斜率，而物理意義也是電阻的倒數．不是過該點切線的斜率，兩者有區別．但任意一點對應坐標的乘積P=UI的物理意義是元件的實際功率，這個結論對兩種元件都適用．本題坐標的比值等于電阻的倒數，隨著電壓的增加割線的斜率越來越小，電阻逐漸增大，所以A選項正確，B選項正確．因為是非線性元件，歐姆定律不在適用，所以切線的斜率不等于電阻的倒數，C選項錯誤．坐標的乘積代表實際功率D正確．本題正確答案是ABD點評本題即為伏安特性曲線的數形結合考查，根據R=U1I2，得出圖象上點的坐標比值為電阻倒數，根據P=UI得出圖象上點的坐標的乘積為實際功率．除了分析函數圖象外，我們在教學過程中還可以引導學生自己通過做圖象來分析物理問題，實現解題能力的提升．例6一個物體做勻變速直線運動，已知在時間t內通過的位移為s，它在中間位置處的速度為v1，在中間時刻時的速度為v2，則v1和v2的關系為()．A．當物體作勻加速直線運動時，v1＞v2B．當物體作勻減速直線運動時，v1＞v2C．當物體作勻加速直線運動時，v1＜v2D．當物體作勻減速直線運動時，v1＜v2如果學生用公式法進行解析，要進行綜合分析，由勻變速直線運動的規律列關系式，再用數學知識求解，耗時長，而且容易出錯，如果引導學生從勻變速直線運動的速度時間圖象出發，給學生以思維的提示、思路的暗示、幫助學生有效的確定解題的方向．提示學生分別做出勻加速、勻減速的v－t圖象，如圖10所示，答案一目了然．本題正確選項應為AB．應用圖象解題有效鞏固了勻變速直線運動的規律，在提高學生解題能力的同時也增強了學生思維的縝密性．

作者：李宏圖單位：寧夏銀川一中