高中物理模型的建構(gòu)及教學方法

何爾松

(福建省福清融城中學 350300)

高中物理設(shè)計很多的模型，主要有彈簧模型、輕桿、管道模型、傳送帶模型、碰撞模型、磁偏轉(zhuǎn)模型等.實踐中應做好這些模型的建構(gòu)，使學生牢固掌握物理模型的推導過程，更好地理解相關(guān)物理模型本質(zhì)以及不同物理模型適用的題型，使其在以后的解題中少走彎路，有效地切入.

1 高中物理模型的建構(gòu)

1.1 彈簧模型

彈簧是高中物理中非常常見的對象.為更好地解答有關(guān)彈簧類的物理問題，構(gòu)建彈簧模型尤為重要.構(gòu)建彈簧模型主要從受力以及能量兩個方面考慮.其中在受力方面，彈簧既能產(chǎn)生拉的作用，也能產(chǎn)生彈力的作用.需要注意的是由胡克定律可知F=kΔx，彈簧拉伸長度以及壓縮長度相同時產(chǎn)生力的作用大小相等，方向相反.如圖1所示，平面光滑，O為彈簧原長且OM=ON，則在M、N兩點物塊受到彈簧彈力的大小相等.另外，彈簧形變變化需要一定時間，因此，彈簧的力不能突變.從能量角度來看，彈簧是一種儲存能量的裝置，即，當物體壓縮彈簧，彈簧儲存能量.當彈簧恢復的過程中能量被逐漸釋放.如不考慮摩擦力作用，彈簧可在保持物體能量不變的情況下改變物體運動方向.如圖2所示，平面光滑物塊以速度v向左壓縮彈簧，彈簧恢復原長后物塊以速度大小v向右運動.

圖1 圖2

1.2 輕桿、管道模型

1.3 傳送帶模型

傳送帶模型是高中物理難度較大的一類模型，包括水平傳送帶，傾斜傳送帶兩種情境.為更好地解決傳送帶問題，構(gòu)建如圖3所示的傳送帶模型：

圖3

另外，究竟物體何時與傳動帶共速以及共速后還能運行多長時間，需要結(jié)合物體和傳送帶的運動速度運用勻加速運動規(guī)律計算確定.

1.4 碰撞模型

1.5 磁偏轉(zhuǎn)模型

帶電粒子在磁場中運動因受到洛倫茲力的影響而做圓周運動.其中粒子做圓周運動的半徑以及周期分別為R=mv/qB，T=2πm/qB.磁偏轉(zhuǎn)模型中確定粒子運動軌跡的圓心是解題的關(guān)鍵.確定圓心后結(jié)合幾何便可求出其運動的半徑，其他參數(shù)便不難計算出來.

2 高中物理模型教學方法

2.1 注重模型構(gòu)建過程中的互動

高中物理模型建構(gòu)是一個較為復雜的過程，學生分析問題的能力要求較高.實踐中為增強學生學習積極性，應做好合理的教學規(guī)劃，尤其在模型建構(gòu)過程中應注重靈活運用相關(guān)的工具，并做好與學生的互動，激活高中物理課堂，使學生全身心地投入到模型學習中.一方面，圍繞要講解的模型制作動態(tài)的多媒體課件.增加其學習的趣味性，降低其理解難度.另一方面，構(gòu)建模型的過程中應注重引導學生參與其中，圍繞模型情境設(shè)計相關(guān)問題，把握模型細節(jié)，提高其在解題中應用的正確率.

2.2 給予模型學習過程中的引導

高中物理模型較多，僅僅靠死記硬背相關(guān)的模型結(jié)論是不行的，因此實踐中應注重給予學生模型學習過程中的引導，使其真正地學會學習，將學習到的模型理論轉(zhuǎn)化為解題技能.一方面，與學生一起完成物理模型構(gòu)建后要求其做好物理模型的整理，分析相關(guān)結(jié)論成立的條件，分享對物理模型的認識，及時糾正理解上的誤區(qū).另一方面，提高學生運用物理模型分析、解答物理問題的意識，尤其注重總結(jié)不同物理模型解題的相關(guān)細節(jié).

2.3 做好課堂例題的優(yōu)選與精講

高中物理教學中提高學生運用物理模型解答習題的意識與能力尤為關(guān)鍵.一方面，注重篩選綜合性較強的物理題目.另一方面，講解例題時先給學生預留時間，要求其根據(jù)自身理解進行解答，而后與學生一起剖析解題過程，詳細地展示解題過程，尤其要求學生多問為什么，認真揣摩列出的物理方程，真正的吃透與理解.

例如，如圖4所示，A、B是光滑足夠長的水平軌道，右側(cè)和足夠長的傳送帶平滑相連(物體經(jīng)過此處無機械能損失)，傳送帶的傾角θ=37°.左側(cè)和半徑R=0.05m豎直光滑半圓軌道相連.使用輕繩連接可視為質(zhì)點的甲、乙兩物體，質(zhì)量分別為m1=2kg，m2=1kg，中間夾一被壓縮的彈簧，彈簧和兩物體不連接.起初兩物體均靜止在水平面上.傳送帶和乙物體的動摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度為10m/s2.

圖4

(1)固定甲物體，傳送帶靜止，燒斷細線，乙物體在傳送帶上滑動的最遠距離s=0.3m，求彈簧壓縮時彈性勢能大小.

(2)固定乙物體，松開甲物體，燒斷細線，甲物體進入半圓軌道，求物體甲運動至D點時對軌道的壓力大小.

(3)傳送帶順時針運動速度v=1m/s，甲、乙兩物體均不固定，燒斷細線后乙物體沿傳動帶運動至最高點的過程中摩擦產(chǎn)生的熱量.

2.4 組織學生開展專題訓練活動

高中物理模型建構(gòu)教學中為使學生能夠融會貫通，舉一反三，靈活地運用物理模型解答各種物理問題，應注重積極組織學生開展專題訓練活動，使學生在訓練的過程中體會犯錯、糾錯過程，逐漸地澄清對相關(guān)物理模型的深入理解，積累運用物理模型解題的技巧，促進物理解題能力的有效提升.

高中物理模型建構(gòu)教學中為確保教學目標的順利達成應做好充分的教學準備，做好物理模型的匯總，結(jié)合具體教學進度與學生一起完成物理模型的建構(gòu)，使學生真正地理解與掌握，而非死記硬背相關(guān)結(jié)論.同時，圍繞經(jīng)典例題展示物理模型的應用過程，并積極組織學生開展針對性的訓練活動，趁熱打鐵，提高學生應用意識，使其積累豐富的應用經(jīng)驗.