轉(zhuǎn)換問題情境，提升思維品質(zhì)

◇ 廣東 陳允怡

近幾年全國高考理科綜合(物理)卷非常注重將情境與知識相聯(lián)系的考查,為突破思維障礙,在解決此類問題時,要注意以下兩個方面.

1 轉(zhuǎn)換物理過程，提升思維深刻性

過程轉(zhuǎn)換就是利用某些物理過程在時間或空間基本規(guī)律和特點的不變性，通過過程的取代或反演來實現(xiàn)問題解決的一種解題模式.高考物理試題在描述問題情境時，有時不完整，需要用物理觀念思考問題，將物理過程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提升思維深刻性．

圖1

A.Q點的電勢比P點高

B. 油滴在Q點的動能比它在P點的大

C. 油滴在Q點的電勢能比它在P點的大

D. 油滴在Q點的加速度大小比它在P點的小

分析本題涉及的知識點有帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動、曲線運(yùn)動中物體受力特點、帶電粒子電場力做功與電勢能的關(guān)系、電勢能變化與電勢變化的關(guān)系．

由于試題只給出了部分情境,電場方向以及油滴的運(yùn)動方向均不清楚,通過情境的模糊給學(xué)生設(shè)置思維障礙．所以,正確解答本題的關(guān)鍵是運(yùn)用曲線運(yùn)動物體的受力特點和帶電物體在電場中的一些性質(zhì),把情境補(bǔ)充完整．

1)勻強(qiáng)電場中的電場力和重力都是恒力,所以,合外力為恒力;

2)根據(jù)力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因,曲線運(yùn)動中物體受力方向指向軌跡的凹面方向,確定該油滴的受力方向豎直向上;

3)重力方向豎直向下,結(jié)合2)可推知電場力方向豎直向上,由于油滴帶負(fù)電,因此,電場方向豎直向下．情境補(bǔ)充如圖2所示．

圖2

有了如圖2所示的完整情境,結(jié)合電場的性質(zhì)及重力的特點,問題就一目了然了．順著電場線方向,電勢逐漸降低,所以Q點的電勢比P點的高;油滴從P點到Q點,電場力和合力均做正功,所以,電勢能減少,動能增加.

圖3

A. 2mgRB. 4mgRC. 5mgRD. 6mgR

分析本題涉及的知識點有動能定理、功能原理、運(yùn)動的合成(包含豎直上拋和水平方向的勻變速直線運(yùn)動)．小球過c點后的運(yùn)動情境是模糊的、不清楚的．軌道最高點與軌跡最高點容易成為學(xué)生的思維陷阱，而確定軌跡最高點對學(xué)生的思維造成不小的障礙．為了讓學(xué)生突破這個思維陷阱和障礙,需要結(jié)合學(xué)過的物理知識進(jìn)行分析并補(bǔ)充完整這個情境,在完整情境下確定最高點、找到最高點與a點的水平距離．所以,把該情境中的一段經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為一個物理探究過程,補(bǔ)充這段過程的情境成了解決本題的關(guān)鍵．調(diào)用已學(xué)過的物理知識,從小球過c點開始研究:

3)把小球過c后的情境補(bǔ)充完整如圖4．有了這個情境圖,小球軌跡在最高點時,與a點的水平距離一目了然，為5R．小球從a點運(yùn)動到軌跡最高點的過程中,除重力以外僅受水平拉力F=mg的作用,根據(jù)功能原理除重力以外的外力對物體所做的功,等于物體機(jī)械能的增量,即ΔE=F·5R=5mgR.

圖4

2 轉(zhuǎn)換圖象情境，提升思維品質(zhì)

物理圖象作為一種特殊且形象的數(shù)學(xué)語言和工具，其優(yōu)點在于恰當(dāng)?shù)乇硎玖擞谜Z言難以說明的內(nèi)涵.因此，圖象法具有解析法不具備的特殊優(yōu)勢，在解題中借助圖象的直觀性往往可以提供效果甚佳的簡便解法.將情境進(jìn)行圖象轉(zhuǎn)換，有助于提升思維的靈活性和邏輯性．

A. 速度較小的球下降相同距離所用的時間較多

B. 速度較小的球在下降相同距離時在豎直方向上的速度較大

C. 速度較大的球通過同一水平距離所用的時間較少

D. 速度較大的球在相同時間間隔內(nèi)下降的距離較大

分析本題是一個真實情境下的真實問題,考查的知識點是平拋運(yùn)動,情境也不復(fù)雜,但情境沒有用形象、直觀的圖象呈現(xiàn),而是用文字描述出來,文字無法把要研究的物理量之間的關(guān)系顯現(xiàn)出來,這給解決和分析問題造成了思維障礙．

結(jié)合生活實際,將題干中的文字描述轉(zhuǎn)化成如圖5、6所示的圖示情境可知,小速度射出的乒乓球落網(wǎng)原因有兩種可能:1)下落相同距離,即下落相同時間內(nèi),速度小的乒乓球通過的水平距離短;2)通過相同水平距離的乒乓球,速度大的下落距離短,也即下落的時間短．通過這個文圖的轉(zhuǎn)化,采用控制變量的方法,很容易就把要研究的物理量關(guān)系弄清楚了．

圖5 圖6

A.1 h B. 4 h C. 8 h D. 16 h

分析本題以地球同步衛(wèi)星間通信為素材,考查衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律、開普勒第三定律的應(yīng)用．由于整個情境是通過文字來描述的,對于地球自轉(zhuǎn)周期變小會引起什么物理量變化,隱藏很深,既不能直觀表現(xiàn)出來,也沒法看出依據(jù)什么推導(dǎo)出來,對學(xué)生來說,這個思維障礙特別大．此時,需要將文字轉(zhuǎn)化為圖象情境來幫助理解和尋求相關(guān)的信息,做出最小周期時的衛(wèi)星空間關(guān)系圖,是正確解答本題的關(guān)鍵．

圖7 圖8

解題過程就是將文字表述轉(zhuǎn)化成自己熟悉的情境(圖象),再通過規(guī)范的方式(函數(shù))表達(dá)出來．解題的關(guān)鍵是運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖象對具體物理問題進(jìn)行分析與表達(dá),即應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題．這個過程涉及幾何、三角、代數(shù)、解析幾何等數(shù)學(xué)工具．在高考備考中,我們要加強(qiáng)對“文字、函數(shù)、圖象”相互轉(zhuǎn)換思想的重視并加強(qiáng)相應(yīng)練習(xí)．