以培養(yǎng)科學(xué)思維為導(dǎo)向的一輪復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計
——以動能定理的教學(xué)為例

重慶 方全波

1.問題的提出

在高三一輪復(fù)習(xí)階段不僅需要學(xué)生鞏固已有知識，更需要提升學(xué)生解決問題的能力，學(xué)生在面對物理問題時，能夠快速提取有用信息，正確地思考問題，對不同的觀點能提出質(zhì)疑和創(chuàng)造性的見解，形成一套解決問題的方法和策略，這也是中學(xué)物理教學(xué)一直倡導(dǎo)的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

動能定理是物理學(xué)中一條重要的運動規(guī)律，揭示了外力對物體做的總功與物體動能變化之間的關(guān)系。與勻變速運動規(guī)律相比更具廣泛性、優(yōu)越性和靈活性。因此在一輪復(fù)習(xí)階段去提升學(xué)生用動能定理解決物理問題的能力十分重要。下面筆者以動能定理教學(xué)為例來探討一輪復(fù)習(xí)中的科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

2.精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)科學(xué)思維培養(yǎng)過程

在備考階段學(xué)生容易出現(xiàn)的問題是：在復(fù)習(xí)知識的時候忽視概念和規(guī)律的辨析，不去深究物理結(jié)論的意義和成立的條件，不去尋找規(guī)律之間、模型之間及問題之間的差異等；在面對物理問題時，不去思考其中的物理規(guī)律及運用物理學(xué)科的方法去探究行動與結(jié)果之間的特定聯(lián)結(jié)過程，而首先想到的是套公式或者模仿以前做過的題目求解。其后果是找不出相似問題的區(qū)別，抓不住問題的本質(zhì)，越做試題頭腦越混亂，成績越來越差，不符合教學(xué)的發(fā)展要求。一輪復(fù)習(xí)要在短短幾個月內(nèi)把高考內(nèi)容全部復(fù)習(xí)到位，讓學(xué)生提高能力，教師的課堂教學(xué)必須化繁為簡，要句句講到核心上，在教學(xué)中主動引導(dǎo)學(xué)生去思考、去辨析、去總結(jié)，去提升。

2.1 回顧教材，找到規(guī)律的差異性，建立正確的物理模型

學(xué)生在面對諸多運動學(xué)規(guī)律如勻變速直線運動規(guī)律、動能定理及動量定理時，遇到的第一個問題可能就是用什么公式處理什么樣的物理問題。該問題的處理應(yīng)該回到教材上的公式引入上面。

2.2 抓住核心，巧設(shè)問題，培養(yǎng)科學(xué)推理能力

考慮教學(xué)時間以及教學(xué)的生成，教師設(shè)計的物理問題應(yīng)該圍繞教學(xué)目標(biāo)直指教學(xué)的核心。本節(jié)課首先要對物理學(xué)中的幾個運動規(guī)律進(jìn)行區(qū)分，找到規(guī)律的差異性；其次引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注用動能定理解決多運動過程時的易錯點，如：每個力做功的多少和正負(fù)及因主動力的改變或運動的需要導(dǎo)致被動力突變等問題。在復(fù)習(xí)開始的階段，教師可以通過設(shè)計如下的物理問題引入復(fù)習(xí)內(nèi)容。

【例1】如圖1所示，在水平面上，用與水平方向成θ=37°角斜向上方的拉力F=10 N拉著一個質(zhì)量m=1 kg的物體從靜止開始運動，物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5，物體運動s1=12 m時撤去拉力。sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度取g=10 m/s2。求：

圖1

(1)外力撤去瞬間物塊的速度是多少；

(2)物塊運動的總時間是多少；

(3)物塊在水平面上滑行的最大距離。

例題中的(1)重點講解處理勻變速直線運動時利用牛頓第二定律與勻變速直線運動規(guī)律和動能定理的異曲同工之處；(2)重點講解動能定理與動量定理在處理問題上的區(qū)別，在此引導(dǎo)學(xué)生回顧教材，找到規(guī)律之間的區(qū)別和聯(lián)系；(3)重點講解動能定理處理多過程時的易錯點，整個運動過程中因外力的突變導(dǎo)致摩擦力發(fā)生變化，所以在整體處理問題時，摩擦力做功應(yīng)該分段處理。最后規(guī)范解題步驟：第一步受力分析、運動分析；第二步找出每個力作用下的位移，寫出每個力做功的多少以及正負(fù)；第三步找出物體的初、末動能；第四步根據(jù)動能定理左側(cè)為所有力做功，右側(cè)為動能變化列出等式求解。

以八個半綜合征為表現(xiàn)的橋腦出血合并Wernicke腦病1例報告 …………… 袁偉杰，李桂心，鄧德旺 408

2.3 精選例題，形成對比，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與質(zhì)疑能力

通過對例題1(3)問的處理，會發(fā)現(xiàn)多過程處理的重點是一定要找準(zhǔn)每個力做功，該試題易錯的是摩擦力做的功。那就有必要把有關(guān)摩擦力做功的問題單獨談?wù)撘环?/p>

【例2】如圖2所示，AB為可調(diào)節(jié)的斜面，BC為一水平面，AB、BC粗糙程度相同。現(xiàn)有一滑塊由A點靜止釋放，恰好運動到C點。現(xiàn)在把斜面改成AB′，滑塊依然從A點靜止釋放，問滑塊能否停到C點。(忽略滑塊從斜面運動到水平面時的能量損失)

圖2

摩擦力在AB段對滑塊做功：WfAB=-μmgABcosθ=-μmgA′B，由表達(dá)式看出滑塊由A到B摩擦力做功與滑塊從A′到B摩擦力做功相同；若滑塊由A靜止出發(fā)恰能到達(dá)C點，由動能定理知：mgAA′=μmgABcosθ+μmgBC=μmgA′C，若物體沿AB′運動，情況也相同，所以也恰好到達(dá)C點。

解決該問題的核心是找到摩擦力做功的等效，那是不是所有情況下學(xué)生都能把斜面上的摩擦力做功等效到水平面上進(jìn)行處理？如圖3所示，現(xiàn)在把題中的AB斜面改成一個粗糙程度與AB相同的弧面還能進(jìn)行等效嗎？此時肯定不行了，因為滑塊在下滑的過程中，垂直速度方向的合力不再為0，弧面給物體的支持力FN≠μmgcosθ，所以不能進(jìn)行等效。通過剛才的辨析找到問題的根本所在，下滑的過程中若FN=μmgcosθ時可以進(jìn)行等效，若不相等則不可以。這樣一來解決如下問題就變得很簡單了。

圖3

【試題】如圖4，一半徑為R、粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直固定放置，直徑POQ水平。一質(zhì)量為m的質(zhì)點自P點上方高度R處由靜止開始下落，恰好從P點進(jìn)入軌道。質(zhì)點滑到軌道最低點N時，對軌道的壓力為4mg，重力加速度的大小為g。用W表示質(zhì)點從P點運動到N點的過程中克服摩擦力所做的功。則

( )

圖4

2.4 一題多變，合理拓展，提升學(xué)生科學(xué)思維的能力

一輪復(fù)習(xí)的課堂不僅要關(guān)注學(xué)困生的基礎(chǔ)問題，還要注重學(xué)優(yōu)生的能力提升，所以對教師設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容提出更高要求，既要有對學(xué)困生的思維的獨立性、邏輯性、和廣闊性的培養(yǎng)，又要兼顧著對學(xué)優(yōu)生的思維深度的提升。在運用動能定理處理多過程運動的問題中，較為困難的應(yīng)該是往復(fù)運動中規(guī)律的總結(jié)及應(yīng)用。教師可以在這里設(shè)計一定的問題，來啟發(fā)學(xué)生的深層思考。

【例3】如圖5所示，斜面傾角為θ，質(zhì)量為m的滑塊在距擋板P的距離為S0的A點由靜止開始沿斜面下滑，滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ。若滑塊每次與擋板相碰，碰后以原速率返回，無動能損失，求：

圖5

(1)滑塊第三次與擋板碰撞后沿斜面上滑的最大距離；

(2)滑塊在斜面上滑過的總路程。

例題3可以改成如下試題：如圖6所示，粗糙程度相同的斜面AB、CD與光滑的水平面BC的夾角都為θ，現(xiàn)將質(zhì)量為m的滑塊從離B點S0的距離由靜止開始沿斜面下滑，滑塊與斜面的動摩擦因數(shù)為μ。忽略物體經(jīng)過轉(zhuǎn)角處能量的損失。很容易發(fā)現(xiàn)滑塊每次經(jīng)過在斜面AB、CD滑動的最大距離之間滿足等比數(shù)列關(guān)系，和例題3相似。最后滑塊會停在B點或C點。

圖6

若斜面AB、CD是光滑的，水平面BC是粗糙的，物體與水平面的動摩擦因數(shù)為μ，水平面BC的長度為L。會發(fā)現(xiàn)每次滑塊上升的最高點的下降高度是相同的Δh=μL，滑塊每次在斜面AB、CD滑動的最大距離之間滿足等差數(shù)列關(guān)系。最后停在水平面BC上的某點上，可以根據(jù)等差數(shù)列關(guān)系求解，也可以根據(jù)整體法動能定理求解。

3.結(jié)束語

高三一輪復(fù)習(xí)是學(xué)生知識體系建構(gòu)的過程、學(xué)生能力形成的過程，所以不能把復(fù)習(xí)課上成知識的堆積課、試題的堆積課或新課的重復(fù)課。教師應(yīng)該把培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)放到首位，以“低起點、快節(jié)奏、大容量、重思維、嚴(yán)落實”為標(biāo)準(zhǔn)，讓不同層次的學(xué)生都有收獲，讓一輪復(fù)習(xí)的每一節(jié)課都容量滿滿而不臃腫，讓一輪復(fù)習(xí)的每一節(jié)課都能引起學(xué)生深度思考。