構(gòu)建物理模型輔助同構(gòu)問題教學(xué)

胡華愉 楊曉梅

③構(gòu)建物理模型。此追擊相遇問題可構(gòu)建質(zhì)點(diǎn)模型、條件模型和圖表模型等結(jié)合的組合物理模型，由曲線相交滿足同時(shí)同地定性判斷是否相遇。

傳送帶問題? 摩擦力是繼重力、彈力后又一教學(xué)重點(diǎn)，是對力與運(yùn)動(dòng)、功與能等復(fù)雜情景分析的基礎(chǔ)，判斷摩擦力的方向是該部分的教學(xué)難點(diǎn)。在牛頓運(yùn)動(dòng)定律之后，仍有學(xué)生認(rèn)為摩擦力的方向總是與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。為充分掌握摩擦力的有關(guān)內(nèi)容，提出傳送帶同構(gòu)問題，并構(gòu)建對應(yīng)的物理模型。

【例3】如圖3所示，忽略空氣摩擦，光滑水平傳送帶的左端上方有一物塊，傳送帶以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。某一時(shí)刻物塊由靜止下落，若使其向右運(yùn)動(dòng)，應(yīng)施加哪一方向的力，分析物塊受力及運(yùn)動(dòng)情況。

【例4】如圖3所示，忽略空氣摩擦，動(dòng)摩擦因數(shù)為μ的水平傳送帶的左端上方有一物塊，傳送帶以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。某一時(shí)刻物塊由靜止下落，在傳送帶的帶動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)，分析物塊所受摩擦力及運(yùn)動(dòng)情況。

1）同構(gòu)問題教學(xué)分析。先后給出例3、例4，學(xué)生類比例3中下落到光滑傳送帶上的物塊水平方向的運(yùn)動(dòng)情況，可快速判斷例4中物塊所受摩擦力應(yīng)與物體相對運(yùn)動(dòng)相反，驗(yàn)證了“摩擦力的方向總是與物體間相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)趨勢相反”的正確性。通過前期的模型教學(xué)，學(xué)生已具備初步構(gòu)建模型的能力，會主動(dòng)對問題進(jìn)行建模分析。

2）學(xué)生獨(dú)立構(gòu)建模型。

①確定研究對象。研究對象是傳送帶上的物塊，只考慮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可將其看作質(zhì)點(diǎn)，涉及的物理量有速度和力。

②圖解研究對象。忽略空氣摩擦，水平傳送帶上的物塊豎直方向處于平衡狀態(tài)，水平方向上由靜止向右運(yùn)動(dòng)，并在一段時(shí)間內(nèi)傳送帶速度大于物塊速度，則物塊相對于傳送帶向左運(yùn)動(dòng)，應(yīng)受到水平向右的滑動(dòng)摩擦力f，大小為μmg。若傳送帶足夠長，物塊應(yīng)向右一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，直至某時(shí)刻與傳送帶速度相同，兩者無摩擦向右做勻速運(yùn)動(dòng)。

③構(gòu)建物理模型。傳送帶問題可以構(gòu)建成質(zhì)點(diǎn)模型、勻（變）速直線運(yùn)動(dòng)模型等結(jié)合的組合物理模型，本質(zhì)是在力的作用下物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，即牛頓第二定律。

追擊相遇問題和傳送帶問題是高中物理的常見習(xí)題，最終得到的兩個(gè)組合模型也都是由熟悉的模型構(gòu)成，在于考查學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力。因此，在遇到復(fù)雜的物理情景時(shí)，可運(yùn)用模型思想將其拆分成多個(gè)已學(xué)過的簡單模型，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上歸納物理規(guī)律。

3 總結(jié)

同構(gòu)問題教學(xué)融合模型思想能使學(xué)生注重知識的形成過程與應(yīng)用，而不再停留于表面上的“懂了”。教師盡可能多地為學(xué)生創(chuàng)造獨(dú)立思考的機(jī)會，使其通過模型的構(gòu)建總結(jié)規(guī)律，并實(shí)踐檢驗(yàn)規(guī)律的正確性，體會探索物理問題的方法，逐漸深化模型思想，以更好地培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

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