核心素養導向下的高中物理復習

趙書海 項菲菲

(內蒙古赤峰紅旗中學，內蒙古 赤峰 024005)

隨著時間的推移,物理綜合習題數量、習題類型越來越多,越來越雜,稱浩如煙海也不為過．尤其到了高三備考階段,絕大多數學生是在茫茫題海中掙扎,談不上暢游,更談不上符合新課程理念,談不上學科素養的提高了．而要擺脫題海,在物理復習的教與學過程中做到了習題的適度延伸與拓展,使學生的品格內化在連續問題的情景中,讓學生在問題的持續交互作用中進行理解、提煉、分析,探究解決問題之道,學生體味到了“柳暗花明”之意境．

下面是筆者在教學、學習中的點滴體會．在物理復習中,看到一道上海高考題如下.

圖1

源題:如圖1,A為磁鐵,C為膠木秤盤,A和C(包括支加架)的總重量為M,B為鐵片,質量為m,整個裝置用輕繩懸掛于O點,當電磁鐵通電時,鐵片被吸引上升的過程中,輕繩上的拉力F的大小為

(A)F=mg.

(B)Mg

(C)F=(m+M)g.

(D)F>(M+m)g.

解析： “物理觀念”是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識;是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華．從運動與相互作用的觀點來看,A吸引B上升,越近吸引力越大,B向上的加速度越大,具有向上的加速度是物體處于超重狀態的動力學特征,意指A對B的吸引力大于B的重力mg,又由牛頓第三定律得,B吸引A的力F′>mg,所以繩中拉力F=F′+Mg,即選項(D)為可選．

延伸1:如圖2,上題中裝置改放在天平中,不通電時處于平衡狀態,則通電后磁鐵吸引鐵片上升的過程中

(A) 天平仍保持平衡．

(B) 天平順時針傾斜．

(C) 天平逆時針傾斜．

(D) 上述答案均不正確．

圖2

解析:由源題分析可知,鐵片上升時繩對天平左端的拉力大于平衡時的拉力,故天平左傾,選(C)選項．

延伸2:如圖3,把一小鐵塊浸入盛汞的燒杯中,用細線系于杯底,天平處于平衡,某時刻突然斷開細繩,在鐵塊上升過程中

(A) 天平仍處于平衡．

(B) 天平順時針加速轉動．

(C) 天平逆時針加速轉動．

(D) 以上答案均不正確．

圖3

解析:絕大多數學生沿襲以上的分析,選出誤解答案(C)．根源是鐵塊受到的浮力大于重力,其加速上升,處于超重狀態,自然是逆時針了!

答案不對,問題出現在哪?此時學生激烈討論,甚至又從頭捋順一下思路——請注意,在鐵塊加速上升的同時,同體積的水銀卻在加速下降,一個超重狀態,一個失重狀態,是否該選(D)選項呢?

由牛頓第二定律仔細分析一下“超出的重力m鐵a”和“失去的重力m汞a”誰大?同體積的鐵、汞,汞重,又因為加速度等大反向,自然是“水銀失去的重力”大,所以選(B)選項.

延伸3:如圖4,相當于在延伸2中加上電磁鐵,初始裝置處于靜止狀態,系鐵塊的細線突然斷開,鐵塊在水銀中上升過程中(不計水銀的阻力),天平的狀態是

圖4

解析:結合延伸1、2可速得結論同上．

延伸4:近年綜合能力測試中,限定范圍讓考生自行設計問題頻頻出現,這類題目不但恰如其分地考查了學生的知識層次,也充分展示出學生能力高低．結合上面提到的知識內容,又出一設計題．

圖5

在熱學中,熱量以卡為單位時與功的單位之間的數量關系,相當于單位熱量的功的數量,叫做熱功當量．如圖5,焦耳首先用實驗確定了這種關系．用如下裝置粗略測量熱功當量．兩端封閉的玻璃管內充滿粘性較大的液體,實驗中把玻璃管來回顛倒若干次,由于小鋼珠的運動會使管中液體的溫度升高．已知小鋼珠、液體和玻璃管的比熱分c1,c2,c3,試說明實驗中需要測定的或需查明的物理量,并列出熱功當量的表達式．

解析:本題是利用能量轉化和守恒定律來測量熱功當量的．在學科素養中是能量觀念的把握．焦耳從事熱功當量實驗與研究近40年,為熱和功的相當性提供了可靠的依據,為能量守恒與轉化定律的確立奠定了牢固的實驗基礎．

絕大多數學生能立即想到在顛倒玻璃管過程中,小鋼珠下落對液體做功,從而使之升高溫度,卻忽視了在鋼珠下落的同時,有與其相等體積的液體在上升,亦即小鋼珠的重力勢能轉化為液體、鋼珠、玻璃管的內能和一部分液體的重力勢能．

因此需要測量的量是:鋼珠總質量m1,液體質量m2,玻璃管質量m3,玻璃管高度h,倒置次數n,倒置前后溫度計的示數t1,t2;需查出的量是:液體的密度ρ1,鋼珠的密度ρ2.

(m′為與鋼珠同體積的液體的質量)

Q=(c1m1+c2m2+c3m3)(t2-t1)，

則熱功當量

(如有各測量量的具體數值,也能測算出熱功當量的大約值的)

圖6 機械量熱法裝置示意圖

以上是筆者親歷的,經過如此延伸與拓展,大大增強了學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新的能力,同時學生逐漸形成了對科學和技術應有的正確態度和責任感,即鞏固了方法,延伸了思維,也提升了素養,增強了能力.這正是今后物理課堂中應該有的．物理學是自然科學的基礎學科,融合物理核心素養的教學是培養全面發展、終身學習公民的關鍵途徑,物理教師要做學生學習知識的引路人,做學生創新思維的引路人,使學生擁有終身發展所需的必備品格與關鍵能力．