高中物理教学提升学生能力

1．物理模型———小球压轻弹簧

例1如图1所示，一轻质弹簧竖直放在水平地面上，小球A由弹簧正上方某高度自由落下，与弹簧接触后，开始压缩弹簧，设此过程中弹簧始终服从胡克定律，那么小球在压缩弹簧的过程中，以下说法中正确的是()．A．小球加速度方向始终向上B．小球加速度方向始终向下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题将弹簧模型和变速直线运动相结合，分析各段小球的受力和弹簧形变的大小，由胡克定律可得弹力大小的变化，从而可知合力大小的变化，根据牛顿第二定律可以判断加速度大小和方向的变化．如图2所示，设B点为小球与弹簧的接触点，C点为重力与弹力平衡位置，D点是运动的最低位置，对运动过程进行分析:从A－B:自由落体;从B－C过程:小球和弹簧接触后，小球受到重力和弹力，在这个过程中FN＜G，合力方向向下，加速度方向向下G－FN=ma，由于FN不断增大，所以小球做向下做加速度逐渐减小的加速运动;到达C点时，FN=G时，a=0，速度达到最大值;从C－D过程:由于惯性，继续向下运动，此过程小球仍受到重力和弹力，但此过程由受力分析可得FN＞G，合力方向向上，加速度方向向上，FN－G=ma，随着FN的不断增大，小球做加速度不断增大的减速运动一直至速度为0，到达最低点D点，加速度达到向上的最大值;所以正确答案选C．2．原始物理问题———蹦极运动例2“蹦极”是一项刺激的极限运动，运动员将一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从几十米高处跳下．在某次蹦极中，弹性绳弹力F的大小随时间t的变化图象如图3所示，其中t2、t4时刻图线的斜率最大．将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，弹性绳中弹力与伸长量的关系遵循胡克定律，空气阻力不计．下列说法正确的是()．A．t1～t2时间内运动员处于超重状态B．t2～t4时间内运动员的机械能先减少后增大C．t3时刻运动员的加速度为零D．t2时刻运动员具有向下的最大速度本题是将蹦极模型和超重失重相结合，根据F－t图和运动特点，在t1～t2过程中加速度方向向下不断减小，处失重状态．速度却不断增大，弹性绳形变量增大得越来越快，所以弹力F随时间增大越来越快，当弹力等于重力时，速度达到最大值，F增大的最快，此时刻图线的斜率最大．之后由于做减速运动，所以F增大的越来越慢．在t2～t4时间内只有重力和弹力做功，所以运动员的机械能守恒．排除A、C、D，所以选D．上述两个物理问题，虽然从形式上看不一样，但是物理模型的本质是相通的，运动的受力特点和解题的方法可以进行相互迁移．形异质同的运动模型在不同的情境当中经常出现，这就需要透过现象看本质，抓住本质的受力特点和运动特点，这样就可以举一反三，不再受题型变幻的制约了．二、注重作图———抓解决问题的方法作图是分析物理问题的重要抓手，它能将复杂、抽象的思维过程转化为简单、直观的形象过程，缩短解题时间，达到事半功倍的解题效果．我们在物理教学过程中应注重引导学生作图．1．示意图———让答案跃然于纸上例3两个物块A、B叠放在水平面上如图4所示，现一水平拉力F作用于A，已知A、B没有相对滑动，一起向右匀速运动．试分析地面对A的摩擦力大小和方向，A对B的摩擦力大小和方向?分析对于这个问题，地面对A的摩擦力，学生运用整体法和平衡很快可以得出正确的答案，地面对A的摩擦力大小Ff=F，方向水平向左．但是对于A、B之间摩擦力的判断，许多学生凭感觉想当然很容易出现错误，那怎么办呢?笔者认为可以要求学生将自己认为正确的受力图画出来，如图5、图6所示，从受力图出发学生很容易发现问题，两种情况B都会加速运动与题意匀速运动相矛盾，所以A对B的摩擦力为0，这样问题自然解决．例4如图7所示，一人(质量m1=60kg)，站在一个磅秤上，现在他用一轻绳跨过定滑轮提一重物(质量m2=5kg)，已知，该重物在拉力作用下以大小为2m/s2的加速度匀加速上升，忽略一切摩擦，试计算此时磅秤的读数(g=10m/s2)．评析这是一道“牛顿运动定律”习题，要求是磅秤的读数?这个读数为人对磅秤的压力，对磅秤进行受力分析的话，显然缺少太多的未知量而无法求解，怎么办呢?从牛顿第三定律出发，“人对磅秤的压力”与“磅秤对人的支持力”是作用力和反作用力，因此可以将研究对象进行转化，取人m1作为研究对象进行受力分析，受力分析如图8甲所示，得到平衡式N+F=m1g，从未知量分析，要想得到支持力N，必须求绳子的拉力F，很自然地过渡到对m2的分析，受力分析图如图8乙所示，列出牛顿第二定律方程F－m2g=m2a，两式联立就可以完成求解．本题答案磅秤的读数为540N．在力学问题尤其是受力和运动过程的分析时，作示意图能够让过程、答案清晰地呈现．

2．函数图象———理顺物理量之间的联系

物理学中通常会利用数学的函数图象来表达物理的规律，这样既省去了大量的文字描述，又直观、简洁．如果学生不能将物理表达式和图象相结合，解题时不知所以然，会出现很大的麻烦．例5小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图9所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中正确的是()．A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大B．对应P点，小灯泡的电阻为R=U1I2C．对应P点，小灯泡的电阻为R=U1I2－I1D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积分析线性元件对应的伏安特性曲线是斜直线，直线的斜率K=I/U，物理意义是电阻的倒数．对于非线性元件来说，伏安特性曲线是曲线，任意一点对应坐标的比值K=I/U，是割线的斜率，而物理意义也是电阻的倒数．不是过该点切线的斜率，两者有区别．但任意一点对应坐标的乘积P=UI的物理意义是元件的实际功率，这个结论对两种元件都适用．本题坐标的比值等于电阻的倒数，随着电压的增加割线的斜率越来越小，电阻逐渐增大，所以A选项正确，B选项正确．因为是非线性元件，欧姆定律不在适用，所以切线的斜率不等于电阻的倒数，C选项错误．坐标的乘积代表实际功率D正确．本题正确答案是ABD点评本题即为伏安特性曲线的数形结合考查，根据R=U1I2，得出图象上点的坐标比值为电阻倒数，根据P=UI得出图象上点的坐标的乘积为实际功率．除了分析函数图象外，我们在教学过程中还可以引导学生自己通过做图象来分析物理问题，实现解题能力的提升．例6一个物体做匀变速直线运动，已知在时间t内通过的位移为s，它在中间位置处的速度为v1，在中间时刻时的速度为v2，则v1和v2的关系为()．A．当物体作匀加速直线运动时，v1＞v2B．当物体作匀减速直线运动时，v1＞v2C．当物体作匀加速直线运动时，v1＜v2D．当物体作匀减速直线运动时，v1＜v2如果学生用公式法进行解析，要进行综合分析，由匀变速直线运动的规律列关系式，再用数学知识求解，耗时长，而且容易出错，如果引导学生从匀变速直线运动的速度时间图象出发，给学生以思维的提示、思路的暗示、帮助学生有效的确定解题的方向．提示学生分别做出匀加速、匀减速的v－t图象，如图10所示，答案一目了然．本题正确选项应为AB．应用图象解题有效巩固了匀变速直线运动的规律，在提高学生解题能力的同时也增强了学生思维的缜密性．

作者：李宏图单位：宁夏银川一中