信息技術支持下的高中物理解題能力的培養

【摘要】高中物理教學中，利用信息技術可以有效地提高學生的解題能力.本文以高中常見問題為例分享信息技術在解題教學中的應用.

【關鍵詞】高中物理；信息技術；解題技巧

1 高中物理信息技術的常見的應用方式

為了提高學生的高中物理成績以及教師實際應用信息技術時的效率，有三種常見信息技術方法：（1）仿真物理實驗.例如，通過模擬彈性碰撞實驗，學生可以直觀地觀察到碰撞過程中的動量守恒.

（2）數學軟件.例如，利用MATLAB軟件可以方便地求解物理問題中的微分方程，并繪制出函數的圖象.

（3）網絡資源.例如，查閱物理學相關的文獻，從而更好地理解物理問題的本質[1].

2 分析簡單過程題型的信息技術應用方法

通過信息技術加強學生對電學知識點的認識，在具體問題所考查的知識點上，使用視頻投影、PPT演示等信息技術針對問題與知識點進行結構性鏈接，使得學生面臨此類問題時思維步驟更加清晰[2].

例1 下圖為某一裝置的俯視圖，PQ，MN為豎直放置的兩塊長且薄的金屬板，兩板之間分布著大小為B、方向豎直向下的勻強磁場，現有一金屬棒AB擱置在兩板上緣，并與兩板垂直接觸，現有一質量為m、帶電量q、不計重力的粒子以初速度v0水平向左射入板間.

（1）金屬棒AB應朝哪個方向移動？其速度達到何值時能使帶電粒子做勻速直線運動？

（2）若金屬棒AB運動突然停止，而帶電粒子在磁場中保持運動狀態，此刻開始位移初次達到mv0/qB時的時間間隔是多少？（磁場區域足夠大）

解析 此題是典型的按圖索驥題，此類題型多為多知識點的復合問題，合理運用信息技術點出考查知識點即可逐項解決：

（1）該問看似僅有兩問，實際采分點卻是四個，屬于簡單題型，首先聚焦于“洛倫茲力”知識點，可知粒子勻速運動時，所受電場力與洛倫茲力相等，方向相反，學生則可迅速判斷出AB棒的高電勢在B端，移動方向為左.再引導學生將AB棒的速度設為v，此時切換“電動勢”知識點，學生立即通過建立公式判斷ε=Bqv、板間場強E=ε/d=Bv，進而通過粒子所受電場力與洛倫茲力平衡的條件，通過電勢能公式Eq=Bqv0得出v=v0的結論，第一小問解決.

（2）這一小問又包含四個采分點，需以合理的基礎知識運用建立4個公式，首先引導學生思考若AB棒停止運動，那么帶電粒子在磁場中的運動狀態是怎樣的？有學生立即反應過來，認為其應保持勻速圓周運動狀態，因此在帶電粒子達到位移mv0/Bq時轉過的角度為θ=π/3，再引導學生將粒子運動時間設為Δt，有Δt/T=π/3/2π，進而計算出Δt=1/6T=πm/3Bq.，至此問題得到解決.

3 分析復雜過程題型的信息技術應用方法

以高中物理最常見的力學問題進行演示，高中物理力學問題是過程相對復雜、影響因素較多、比較具有代表性，也是高考熱門考點之一[3].

例2 有一傾角為θ的斜面，其底端固定一擋板M，另有三個木塊A、B和C，質量分別為mA=mB=m，mC=3m，并且與斜面間的動摩擦因數相同.如圖2所示，木塊A靜止在P點，木塊B在Q點以初速度v0向下運動，P、Q間距離為L，已知木塊B在下滑過程中做勻速直線運動，與木塊A相碰后共同向下運動但不粘連，在彈簧作用下達到最低點后又向上運動，木塊B向上運動恰好能回到Q點，若木塊A靜止于P點，木塊X從Q點開始以初速度2/3v0向下運動，經歷過程與上述過程相同，最后木塊X停在斜面上的R點，求P、R間距離L′的大小.

解析 此題過程極其復雜且僅設有1個問題，要精確判斷好撞擊的每一個步驟.首先播放仿真實驗過程，從木塊B勻速直線運動下滑與木塊A相撞的瞬間按下暫停，此時未相撞前木塊A運動狀態為mgsinθ=μmgcosθ，此時總體動量守恒.

因為mv0=2mv1，所以v1=v0/2.此時以初次撞擊為解題基礎進一步分析，將A，B兩木塊壓縮彈簧長度設為s，再設兩木塊被一起彈回P點的速度為v2，則可進一步得等式μ·2mgcosθ·2s=1/2·2mv21－1/2·2mv22.接著再播放實驗過程，在A，B兩木塊于P點分離時，木塊上滑到Q點的時候，按下暫停鍵，此時引導學生將這段兩木塊運動過程如上述解法建立等式（mgsinθ+umgcosθ）L=1/2mv22.此時學生掌握材料已經較為豐富，則很容易發現木塊C與A碰撞之前仍然處于動量守恒狀態，因為3m·2/3v0=4mv′1，所以v1′=2/4v0.

至此，可針對木塊C與A設它們壓縮彈簧的長度為s′，設它們被彈簧彈回P點的速度為v2′，則可得出4mgsinθ·2s′=1/2·4mv′12－1/2·4mv′22.

播放仿真實驗過程的最后步驟，木塊C與A在P點的分離過程沿用成型經驗，建立木塊C上滑到R點過程中的等式（3mgsinθ·μ3mgcosθ）L′=1/2·3mv′12.

綜上所述，在此種題型內容復雜卻只要求解決一個問題的大題時，一定要在信息技術仿真實驗全過程中，跟蹤每一次重力對木塊做功、摩擦力對木塊做功的情況.在最后一次撞擊中，因為重力、摩擦力對木塊做功相等，所以學生很容易判斷出彈簧被壓縮最大彈性勢能與兩塊木塊壓縮彈簧的總動能相等，再引導學生回憶勢能公式，學生可求出木塊A，B壓縮彈簧初始動能Ek1=1/2×2mv21=1/4×mv20，進而建立木塊A，C壓縮彈簧的初始動能公式Ek2=1/2×2mv′21=1/4×mv20，到了這一步，學生發現了因為Ek1=Ek2，所以s=s′，解題的障礙也不復存在，可求出L′=L－v20/32gsinθ.

4 結語

在利用信息技術提高高中學生物理解題能力的過程中，有一些需要引起教師注意的重要事項，信息技術只是一種輔助工具，要防止學生過分依賴信息技術.除此之外，信息技術在解題時一定要起到畫龍點睛的作用，能夠讓學生直接記憶起關鍵的采分點及相關物理知識，迅速掌握和選定解題工具.

參考文獻：

[1]童攀.信息技術與高中物理教學深度融合的策略探究[J].考試周刊，2021（04）：121-122.

[2]程實.電子信息技術在高中物理學習中的應用研究[J].數字通信世界，2018（11）：156.

[3]仇海軍.淺談信息技術在高中物理教學中的應用[J].中學生數理化（學研版），2014（02）：86.