例談?dòng)脛?dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)解決多過程問題及備考建議

肖貴臏 代偉 段晨靚 湯廷 李青

功能關(guān)系和能量守恒定律是高考物理的必考內(nèi)容，多對(duì)象、多過程問題一直都是高考的重難點(diǎn)和熱點(diǎn)，具有非常強(qiáng)的綜合性，題目類型以計(jì)算題為主，大部分試題都與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)及電磁學(xué)知識(shí)相聯(lián)系，試題過程復(fù)雜、靈活性強(qiáng)、難度較大.本文通過對(duì)下面的一個(gè)典例分析將動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)解決多過程問題程序化、具體化，并結(jié)合高考命題的指導(dǎo)思想與原則：“注重能力考查，體現(xiàn)課改理念，力求平穩(wěn)推進(jìn)，有利于科學(xué)選拔人才”提出了幾點(diǎn)相關(guān)建議，望能提高此類題復(fù)習(xí)備考的效率.

1 典例分析

例題 如圖1所示，質(zhì)量為m=1 kg的可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊輕輕放在水平勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上的P點(diǎn)，隨傳送帶運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)后水平拋出，小物塊恰好無(wú)碰撞的沿圓弧切線從B點(diǎn)進(jìn)入豎直光滑圓弧軌道下滑，圓弧軌道與質(zhì)量為M=2 kg的足夠長(zhǎng)的小車左端在最低點(diǎn)O點(diǎn)相切，并在O點(diǎn)滑上小車，水平地面光滑，當(dāng)物塊運(yùn)動(dòng)到障礙物Q處時(shí)與Q發(fā)生無(wú)機(jī)械能損失的碰撞.碰撞前物塊和小車已經(jīng)相對(duì)靜止，而小車可繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)（物塊始終在小車上），小車運(yùn)動(dòng)過程中和圓弧無(wú)相互作用.已知圓弧半徑R=1.0 m，圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角θ為53°，A點(diǎn)距水平面的高度h=0.8 m， 物塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.1，重力加速度g=10 m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6.試求：

（1）小物塊離開A點(diǎn)的水平初速度 ；

（2）小物塊經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力；

（3）第一次碰撞后直至靜止，物塊相對(duì)小車的位移和小車做勻減速運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間.

審題和解題流程如下：

第一步：審題干，抓關(guān)鍵信息

關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息

①小物塊平拋運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的速度方向恰好沿圓弧軌道在B點(diǎn)的切線方向

②小物塊與Q碰撞后以碰前的速度大小被彈回

第二步：審設(shè)問，找問題的突破口

要求物塊相對(duì)小車的位移→求物塊相對(duì)小車滑動(dòng)過程產(chǎn)生的內(nèi)能→物塊和小車的最終狀態(tài)為靜止?fàn)顟B(tài)→內(nèi)能為第一次碰后物塊和小車的總動(dòng)能（突破口）.

第三步：三定位，將解題過程步驟化

一定研究對(duì)象：①做平拋運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)的小物塊為研究對(duì)象；②相對(duì)滑行的物塊和小車的系統(tǒng)為研究對(duì)象.二定過程分析：①小物塊從A點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動(dòng)，從B點(diǎn)到O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)；②第一次碰撞后物塊和小車相對(duì)滑行，最終都處于靜止?fàn)顟B(tài)，小車分階段向右做勻減速運(yùn)動(dòng).三定運(yùn)動(dòng)規(guī)律：①小物塊平拋至B點(diǎn)的速度在水平方向的分速度為v1，由B→O過程中機(jī)械能守恒，可求小物塊在O點(diǎn)的速度v0，再運(yùn)用牛頓第二定律可求小物塊對(duì)O點(diǎn)的壓力；②系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦熱為小物塊與Q相碰時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)能，小車向右減速的加速度是恒定的.

第四步：求規(guī)范，步驟嚴(yán)謹(jǐn)不失分

教學(xué)啟示：功能關(guān)系是分析、解決物理學(xué)問題的重要方法，歷年高考試卷中的綜合問題均與功和能的相關(guān)知識(shí)有關(guān)，試題區(qū)分度明顯，體現(xiàn)高考的選拔功能，如2015年全國(guó)課標(biāo)卷Ⅱ理綜卷第25題考查了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是典型的動(dòng)力學(xué)多過程問題，要求考生有較高的用相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力.涉及此類多過程問題時(shí)，重要是像典例分析中一樣先從題干獲取信息、整合信息、應(yīng)用信息、弄清時(shí)空關(guān)系，再利用程序示意圖將頭腦中形成的物理圖景記錄下來(lái)，把復(fù)雜的過程簡(jiǎn)單化，把解題思路程序化.

2 相關(guān)備考建議

2.1 注重基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力和綜合能力

從近幾年的全國(guó)各地高考物理試題來(lái)看，較好地體現(xiàn)了教育部提倡的加強(qiáng)對(duì)“教材知識(shí)”的理解，杜絕題型式學(xué)習(xí)的新課程教學(xué)理念，注重對(duì)物理知識(shí)理解的深刻程度和對(duì)知識(shí)與題目的“再加工”，如2011年安徽高考理綜卷第17題是根據(jù)新課標(biāo)人教版高中物理教材必修2第24頁(yè)內(nèi)容改編的多過程問題，能較好地對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)、向心加速度等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考查，再如2014年四川理綜物理卷第3題情景來(lái)源于日常生活，考查考生對(duì)折射率、全反射等基本概念、基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解，試題在考查基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，更注重考查考生分析綜合的能力.這種考查思想將會(huì)在以后的高考中進(jìn)一步得到落實(shí)，并且將深遠(yuǎn)的影響以后的高考. 高考試題與我們平時(shí)所做傳統(tǒng)試題主要存在客觀性（背景來(lái)源于真實(shí)的問題情景）、隱蔽性（試題提供的信息少，問題與條件的聯(lián)系不明確）、挑戰(zhàn)性（條件與目標(biāo)距離較大）、不適應(yīng)性（學(xué)生對(duì)該類試題感到不適應(yīng)，特別是抽象、概括、歸納、建模的能力低，導(dǎo)致試題得分率一般較低）等不同點(diǎn).所以在高考備考過程中，要加深對(duì)基本概念、基本規(guī)律、基本知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，注重知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間的靈活運(yùn)用，盡量避免去刷某類題型，或者尋求某類題型的萬(wàn)能解法. 教師在進(jìn)行高三總復(fù)習(xí)編選習(xí)題時(shí)應(yīng)該遵循題目的科學(xué)性、目的性、典型性、拓展性等原則，命題要正確導(dǎo)向、應(yīng)全面診斷、能發(fā)現(xiàn)問題、會(huì)堅(jiān)定信心， 爭(zhēng)取立足基礎(chǔ)、吃透經(jīng)典、夯實(shí)重點(diǎn)、穩(wěn)扎穩(wěn)打.此外，教師要多培養(yǎng)學(xué)生理解問題、分析問題的能力，能將抽象的問題實(shí)體化、具體化，才能在高考中應(yīng)對(duì)各種的迷惑性題型.

2.2 建立物理模型，注重典型物理問題的分析和解決過程

隨著新課改的不斷深入，高考越來(lái)越注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本模型的考查.師生在備考時(shí)都要注重知識(shí)的生成過程，不回避陳題，避免對(duì)模型理解的死板化、結(jié)論化，不刻意追求知識(shí)與模型的綜合，題目要簡(jiǎn)潔、清爽，重視經(jīng)典物理模型和情景的再加工.例如傳送帶模型是高中物理中比較典型的模型，涉及知識(shí)點(diǎn)和過程都較多，一直以來(lái)都是高考知識(shí)考查中的一個(gè)熱門考點(diǎn)，一般設(shè)問的角度有兩個(gè)：一是動(dòng)力學(xué)角度，求物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對(duì)傳送帶滑過的位移等，運(yùn)用牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解；二是能量的角度，求傳送帶對(duì)物體所做的功、物體和傳送帶由于相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動(dòng)機(jī)多消耗的電能等. 在解決此類涉及多對(duì)象、多過程問題時(shí)要善于在分析物理過程的同時(shí)正確地作出情境示意圖，并借助情境圖來(lái)找出時(shí)間和空間上的量與量之間的關(guān)系，從能量的角度出發(fā)，分析其運(yùn)動(dòng)過程，就顯得脈絡(luò)特別清晰.

2.3 梳理主干，強(qiáng)化重點(diǎn)，增強(qiáng)能力，提高技巧

高考在考查知識(shí)的同時(shí)注重考查能力，并把對(duì)能力的考查放在首要位置.主要包括理解能力、推理能力、分析綜合能力、應(yīng)用相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力、實(shí)驗(yàn)與探究能力等五大能力的考查.這五個(gè)方面的能力要求不是孤立的，著重對(duì)某一種能力進(jìn)行考查的同時(shí)，在不同程度上也考查了與之相關(guān)的能力.高考試題力求推陳出新，如2015年全國(guó)課標(biāo)卷Ⅱ理綜卷第21題是涉及機(jī)械能守恒、連接體、關(guān)聯(lián)速度、臨界問題等主干知識(shí)點(diǎn)的陳題巧問，較好地考查了考生的分析綜合能力.教師在進(jìn)行高三總復(fù)習(xí)時(shí)要對(duì)教材的知識(shí)、技能、方法、考題進(jìn)行分析提煉，以專題為載體，以能力為目標(biāo)，以綜合訓(xùn)練為主，幫助學(xué)生進(jìn)一步構(gòu)建主干知識(shí)結(jié)構(gòu)，結(jié)合考綱進(jìn)一步整合重點(diǎn)知識(shí)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，總結(jié)解題思路，優(yōu)化解題方法，以期達(dá)到“鞏固、完善、綜合、提高”的效果.如在進(jìn)行高三第二輪專題復(fù)習(xí)時(shí)，專題設(shè)計(jì)要依據(jù)高考信息和學(xué)情，一是不求全但求聯(lián)（不求面面俱到、不求樣樣深入，求主線明確、環(huán)環(huán)相扣，求網(wǎng)絡(luò)清晰、節(jié)點(diǎn)突出），二是在復(fù)習(xí)順序安排上注意輕重緩急（重點(diǎn)考查的優(yōu)先、學(xué)生薄弱的優(yōu)先），可以構(gòu)建力與運(yùn)動(dòng)、功和能、電場(chǎng)與磁場(chǎng)、電路和電磁感應(yīng)、實(shí)驗(yàn)技能與創(chuàng)新、振動(dòng)波與光學(xué)、物理圖象問題七個(gè)知識(shí)專題，在這幾個(gè)專題中，尤其要對(duì)三種基本運(yùn)動(dòng)（包括勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用、拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)）的求解、動(dòng)能定理應(yīng)用、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、電磁感應(yīng)規(guī)律及應(yīng)用、圖象中圖象的基本應(yīng)用五個(gè)問題的重點(diǎn)復(fù)習(xí)與落實(shí)，做到主要內(nèi)容全面覆蓋，重點(diǎn)知識(shí)重點(diǎn)考查，同時(shí)加強(qiáng)一題多變的訓(xùn)練，對(duì)典型問題（包括經(jīng)典模型和重要題型、重要思維方法和常規(guī)解法），能做到舉一反三、觸類旁通，達(dá)到真正提高學(xué)生分析問題和解決問題能力的目的.

總之，高考物理試題考查的知識(shí)點(diǎn)大多數(shù)都是中學(xué)物理核心內(nèi)容，且在力學(xué)部分特別注重對(duì)牛頓第二定律、機(jī)械能、力和運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)等主干知識(shí)考查，側(cè)重點(diǎn)大都放在了“對(duì)過程的理解和分析”方面，動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)是解決此類問題的常用方法，非常具有代表性.教師在復(fù)習(xí)時(shí)要以相關(guān)題型訓(xùn)練、針對(duì)訓(xùn)練為載體，抓好查漏補(bǔ)缺，注重答題規(guī)范訓(xùn)練，讓學(xué)生達(dá)到做一題會(huì)一類的效果，同時(shí)使學(xué)生的解題速度和解題能力保持穩(wěn)定，以便在高考中發(fā)揮良好水平.