構(gòu)建物理圖景在解決生活實(shí)際問題中的應(yīng)用

彭學(xué)艷

摘要：物理實(shí)際生活問題在近年高考中越來越頻繁出現(xiàn)，學(xué)生遇到這種實(shí)際問題往往無從下手，其原因主要是學(xué)生構(gòu)建不出實(shí)際問題的圖景.而物理圖景是應(yīng)用物理語言形象、直觀的解釋、描述問題后，在學(xué)習(xí)者頭腦中形成的心理印象，易于理解問題的本質(zhì).

關(guān)鍵詞：構(gòu)建;圖景;應(yīng)用

“做一個(gè)物理題就是畫一幅圖”，“閉上你的眼睛，想象一下前面的物理圖景”.這是我在課堂上幫助學(xué)生解決高中物理實(shí)際生活問題時(shí)常說的一句口頭禪.隨著新課程改革的不斷推進(jìn)，實(shí)際生活問題在高考中越來越頻繁出現(xiàn)，而學(xué)生遇到這種實(shí)際問題往往無從下手，究其原因，主要是學(xué)生不能構(gòu)建恰當(dāng)?shù)奈锢韴D景，想象不出實(shí)際問題的場景.物理圖景教學(xué)能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)建更加良好的學(xué)習(xí)氛圍，構(gòu)建更加完善的知識體系，更加符合新課標(biāo)教學(xué)要求，同時(shí)也能夠更為理想的開展教學(xué)活動(dòng).針對這種現(xiàn)象，本文就如何構(gòu)建物理圖景情景，提高學(xué)生解決實(shí)際生活問題的能力舉幾個(gè)案例分析.

（一）利用光的反射定律規(guī)律，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)學(xué)圖景解直線運(yùn)動(dòng)問題

例1：天空有近似等高的濃云層，為了測量云層的高度，在水平地面上與觀測者的距離為 處進(jìn)行一次爆炸，觀測者聽到由空氣直接傳來的爆炸聲和由云層反射來的爆炸聲時(shí)間上相差 .試估算云層下表面的高度.（已知空氣中的聲速 ）

分析與構(gòu)建：利用生活中爆炸聲來測量云層的高度，該問題情景來源于我們身邊的物理現(xiàn)象，難點(diǎn)在于“對云層位置”的判斷，將問題情景與光的反射定律進(jìn)行類比，利用平面鏡成像原理，構(gòu)建起運(yùn)動(dòng)學(xué)圖景，可使問題迎刃而解.要求云層的高度需要求出經(jīng)云層反射的聲波傳播的距離 ，t根據(jù)題意可以得出，然后根據(jù)勾股定理即可求出高度 .

解：如圖1所示，A表示爆炸處，O表示反射點(diǎn)，S表示觀測者所在處，h表示云層下表面的高度.用t1表示爆炸聲從A直接傳到S處所經(jīng)時(shí)間，則有? ①

， ，用 表示爆炸聲經(jīng)云層反射到達(dá)S處所經(jīng)歷時(shí)間，因?yàn)槿肷浣堑扔诜瓷浣牵视? ②

已知：? ③

由①②③式及題目條件計(jì)算得出

本題考查了速度公式的應(yīng)用，畫出聲波傳播的路線圖即可化抽象為直觀，有效降低題目難度.

（二）利用“放慢鏡頭”的方式，構(gòu)建動(dòng)力學(xué)物理圖景解“板塊”問題

例2：一小圓盤靜止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一邊AB與桌的一邊重合，如圖2所示，已知盤與桌布間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ，盤與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 .現(xiàn)服務(wù)員突然以恒定加速度a將桌布抽離桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB邊.若圓盤最后未從桌面掉下，則加速度a滿足的條件是什么？（以 表示重力加速度）

分析與構(gòu)建：該問題情景來源于我們身邊的物理現(xiàn)象，難點(diǎn)在于確定“小圓盤和桌布的位移、桌面邊長之間的關(guān)系”.小圓盤要不能從桌面上掉下，則小圓盤在整個(gè)過程中相對桌面的位移不能超過桌面邊長的一半，故需要求出小圓盤兩次相對桌面的位移，第一次小圓盤在桌布的摩擦力作用下加速運(yùn)動(dòng)，表示出桌布的位移和小圓盤的加速度、位移和離開桌布時(shí)的速度，小圓盤在桌布上運(yùn)動(dòng)時(shí)相對于桌布的位移為桌面邊長的一半;小圓盤因?yàn)閼T性在桌面上繼續(xù)做勻減速運(yùn)動(dòng)，其加速度由桌面的摩擦力提供，再利用小圓盤離開桌布時(shí)的速度表示出小圓盤在桌面上滑行的位移.而這些位移關(guān)系的確定如果通過“放慢鏡頭”的方式展現(xiàn)出來，學(xué)生就能快速找到小圓盤和桌布的位移、桌面邊長之間的關(guān)系，如圖3所示，從而求出桌布的加速度.

解：小圓盤在桌布的摩擦力的作用下向前做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其加速度為 ，由牛頓第二定律得? ①故? ②桌布突然以恒定加速度 開始抽動(dòng)至圓盤剛離開桌布這段時(shí)間內(nèi)，桌布做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)所經(jīng)歷時(shí)間為 ，桌布通過的位移為 ，故? ③在這段時(shí)間內(nèi)小圓盤通過的位移為 ，則? ④小圓盤和桌布之間的相對位移為方桌邊長的一半，故有? ⑤設(shè)小圓盤離開桌布時(shí)的速度為 ，則有? ⑥小圓盤離開桌布后在桌面上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)小圓盤的加速度大小為 ，則? ⑦設(shè)小圓盤在桌面上通過的位移大小為 后便停下，將小圓盤的勻減速運(yùn)動(dòng)看做由靜止開始的勻加速運(yùn)動(dòng)，則有? ⑧小圓盤沒有從桌面上掉下，則有? ⑨聯(lián)立以上各式計(jì)算得出： ⑩

即只有桌布抽離桌面的加速度 時(shí)小圓盤才不會(huì)從桌面上掉下.

解決此類問題一定要注意受力分析（特別是摩擦力的分析）和物體運(yùn)動(dòng)過程的分析，在摸清受力情況的同時(shí)，再通過一系列運(yùn)動(dòng)圖景直觀展示出小圓盤和桌布的位移、桌布邊長之間的關(guān)系，才能正確選擇物理規(guī)律進(jìn)行求解.

（三）利用平拋規(guī)律和圓周知識，構(gòu)建幾何圖景解決平拋與圓周相結(jié)合的問題

例3：一把雨傘邊緣的半徑為 ，且高出水平地面 .當(dāng)雨傘以角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)，雨滴自邊緣甩出落在地面上成一個(gè)大圓周，求這個(gè)大圓的半徑.（以 表示重力加速度）

分析與構(gòu)建：雨中轉(zhuǎn)傘問題來自于我們身邊的物理現(xiàn)象，難點(diǎn)在于“物體運(yùn)動(dòng)位置和方向”的準(zhǔn)確判定，要求學(xué)生具有空間想象能力.如果借助物理圖景正確把握物體運(yùn)動(dòng)的空間特征，解題時(shí)多角度、全方位、立體式地發(fā)揮科學(xué)的想象力則可以順利地解決此類問題.

解：物體做平拋運(yùn)動(dòng)，我們可以把平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)來求解，兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同.雨點(diǎn)甩出后做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向有 ，

水平方向初速度為雨傘邊緣的線速度，所以

雨點(diǎn)甩出后水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，

設(shè)大圓圈半徑為 ，如圖4所示，根據(jù)幾何關(guān)系有： ，所以半徑

本題屬于圓周運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的最基本問題，解決本題的關(guān)鍵在于利用圓周知識與平拋規(guī)律，構(gòu)建雨滴的運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何關(guān)系圖景;首先根據(jù) 求出雨滴離開傘時(shí)的初速度，再根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出雨滴的水平位移，最后結(jié)合幾何關(guān)系求出雨滴自傘邊緣甩出后落于地面形成的大圓圈半徑 .

由以上實(shí)例分析可以看出，學(xué)生解決生活實(shí)際問題的關(guān)鍵，是能否將具體問題通過構(gòu)建恰當(dāng)?shù)奈锢韴D景展現(xiàn)出來，這不僅可將抽象問題直觀化，還可以幫助學(xué)生主動(dòng)的構(gòu)建知識，從而達(dá)到真正的理解知識，提高解決實(shí)際問題的能力.

（作者單位：云南省鳳慶縣第一完全中學(xué)）