浅谈物理习题教学中过程的分析艺术和方法-教学论文

平板A长L=5m,质量M=5kg,放在水平桌面上,斑右端与桌边相齐,在A上距其右端s=3m处放一个质量m=2kg的小物体B,已知A与B之间的动摩擦因数μ1=0.1,A与B两物体与桌面间的动摩擦因数μ2=0.2,最初系统静止,现在对板A右端施一水平恒力F后,将A从B下抽出且恰使B停在桌右边缘,求F的大小。g=10m/s2。
分析:研究对象有A和B,在A从B下抽出的过程中,A从静止开始做匀加速直线运动,B在A上从静止开始做匀加速直线运动,A被抽出后B在桌面上做匀减速直线运动而静止,对于B来说,第一个过程的末速度也就是第二个过程的初速度,只要找出这两个子过程相关物理量,利用位移关系就能解答此题。
解答:设B在A上运动时,A、B加速度分别为、,锻历时t,则=1m/s2,,A、B位移分别是、,,,∴,此时B速度,摔下后B的加速度到停下来滑行,,又,∴
二、巧用物理过程分析的艺术
1.重视对基本物理过程的分析
在高中物理中,力学部分涉及的过程有匀速直线运动,匀变速直线运动,平抛运动、圆周运动,机械振动等。除了这些之外还有一类重要的运动过程,是先变加速最终匀速过程(如恒定功率汽车的启动问题)。这些基本过程都非常重要,在平时的教学中都必须进行认真的演示与分析,掌握每个过程的特点和遵循的基本规律。
例:卡车以5m/s的速度在水平公路上匀速行驶,从距地面1.25m高的车厢上落下一物,若物与地面间的动摩擦因素为0.2,则2.5s后此物体与卡车相距多少米?
分析:学生知道物体开始阶段作平抛运动,但都认为物体落地后就静止不动了,学生求解该题的错误率高达80%。错的主要原因是对运动过程的分析不完整。其实,由于物体落地时还有向前的速度,物体落地后还会在地面上滑动,
2.用“慢镜头”方式分析物理过程
在辅导学生过程中,发现有许多学生分析较快的物理过程时,例如比较特殊的“咔嚓”过程(时间极短的过程,如碰撞、爆炸),先加速后匀速运动过程(恒定功率汽车的启动,雨滴的下落过程等)等。常采用“简化‘的方法,从而导致错误,主要原因为:学生对较快的运动过程不能仔细观察,没有形成清晰的视觉表象;教师上课对运动过程的分析速度远快于学生对运动过程的构思与想象速度。因此在教学中应采用“慢镜头”式的过程分析进行示范。教师在教学中必须进行认真的演示和分析,让学生掌握每个过程的特点和每个过程遵循的基本规律。
3.用作图的方法分析物理过程
我们发现用“慢镜头”式的方法想象、分析物理过程时,并不是所有的过程学生都能完整想象,特别是过程比较复杂、涉及多个物体的情况,学生遇到的困难更大。这时要求用作图的方法分析物理过程,作图是一种很好的辅助分析方法,通过作图可以理清人的思路,使各种关系形象、直观地显现出来,为进一步想象提供了基础,形象化是一种重要的思维技巧。
三、关于物理过程分析的技巧:
1.从物理量的变化分析物理过程:
在一些灵活性较高的物理题中,物理量是随物理过程的变化而变化的,分析物理量的变化情况就可以对整个物理过程有一个清晰的了解。
[例1]如图2所示,在磁感应强度为B匀强磁场中,有一足够长的绝缘细棒ON,与水平面成角α,一质量为m,电量为q的圆环A套在ON棒上,环与棒间的摩擦系数为μ,且μ(1)小环A的最大加速度多大?此时的即时速度多大?
(2)环A能达到的最大速度多大?
解析:本题的关键是分析洛仑兹力的变化情况,分两步:①先是洛仑兹力fmgcosα,再分析圆环的加速度与洛仑兹力的关系,从而得出物体的加速度先是逐渐增大,然后逐渐减小,速度一直增大最后匀速运动。物理过程清楚了,问题自然得到解决。
2.从题中挖掘隐含条件来区分物理过程:能否捕捉到关键语句成为能否弄清物理过程的前提。那么,找到关键语句,物理过程是否就一定清楚呢?否!因为多数情况下,关键语句较抽象,并不具体反映物理过程的特点,因此,捕捉到关键语句后,还应将这些“密码”翻译成具体的物理内容。
[例2]如图3所示,两圆柱体A和B,半径都为r=02m,在机械带动下,按相同方向以8.0rad/s的角速度转动,两柱的轴平行且在同一平面上。均匀木块水平放置柱上,板重心开始恰在柱的正上方,从棒开始运动到重心恰在A的正上方所需时间是多少?(板与柱间摩擦系数μ=0.16,柱间距s=1.6m)
本题容易产生以下两种错误;一是以为棒一直做匀速运动,一是以为棒一直做匀加速运动。只要注意挖掘出本题的一个隐含条件:求出棒的速度达到轮的线速度大小所需要的时间及此时间内棒的位移,不难判断棒的运动是先加速后匀速,这就是本题的两个物理过程。
3.通过排除干扰因素分析物理过程;
必须指出,提取本质特征时,应依赖于物理概念和物理规律,不能跟着感觉走,否则就会使对物理过程的判断发生失误。另外,抽象物理过程的本质特征必须从多方面去分析。只有揭示了物理过程的本质特征,才能找到解决问题的突破口。
[例3]以10m/s速度行驶的汽车,司机发现正前方60m处有一以4m/s的速度与汽车同方向匀速行驶的自行车,司机以-0.25m/s的加速度开始杀车,经40s停下,停下前会不会发生车祸?
本题对物理过程的分析要注意排除干扰因素(40s),不要以为两车相遇时汽车速度可以为零,应当求出汽车速度减至4m/s的时间,两车是否会相碰就看这段时间。
综上所述,通过对物理过程分析的训练,能使我们思维的严密性、深刻性、灵活性、概括性、独创性及逻辑推理能力得到发展和提高,因而养成分析物理过程的习惯是培养思维素质,提高解题能力的重要手段和途径,在这方面多下功夫是必要的,可取的,有益的。