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在高中物理教学中,教师通常借助研究物理模型引导学生分析认识物理问题,从而达到解决问题的目的,但是学生在实际操作中思维还是比较混乱,往往找不到现有问题与已学过的众多模型的对应关系,其主要原因还是对物理模型的特点认识不到位造成的,所以,我认为在教学过程中应引导学生建立“求同存异”的思想。
通过引导学生对比分析,找共性之处,运用“同中求异”的比较教学方法,从分析共性问题产生的原因入手,结合现有问题自身特点,找到其存在的差别,并以此为突破口,使学生对问题的理解走向深入,从而有效的解决物理问题,达到提升学生推理能力、分析综合能力的目的。
示例1.如图所示,水平桌面上的轻质弹簧一端固定,另一端与小物块相连。弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出)。物块的质量为m,AB =α,物块与桌面间的动摩擦因数为μ。现用水平向右的力将物块从O点拉至A点,拉力做的功为W。撤去拉力后物块由静止向左运动,经O点到达B点时速度为零。重力加速度为g。则上述过程中
A.物块在A点时,弹簧的弹性势能等于
B.物块在B点时,弹簧的弹性势能小于
C.经O点时,物块的动能小于
D.物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能
这道题的难度比较大,学生在学习弹簧振子模型的时候水平面是光滑的,A与B点关于弹簧原长处O点是对称的;而本题物块与水平桌面间存在着摩擦,该装置不能看成是弹簧振子,则A、B不关于O点对称。确定原长处O点的位置也就成了解决本题的关键所在。
实际上在研究机械振动时,除了研究水平弹簧振子模型,一般也会研究坚直弹簧振动模型,如图所示:
小球在竖直方向从A先经过平衡位置再经过弹簧原长位置O到达B的过程,由弹簧对小球的弹力与小球的重力的合力来提供回复力,A与B位置分别为简谐运动的最大位移处并以平衡位置点对称,原长位置O点位于平衡位置与振幅B点之间。
通过对比本题物块在水平方向的受力与竖直弹簧振动模型的受力,如下图所示:
重力G与摩擦力虽然性质不同,但都是恒力;弹簧都是先伸长后压缩,弹力先减小后增大;不同的是一个竖直方向运动,一个是水平方向运动。二者的受力特点及从A到B的运动规律是一致的,故本题中平衡位置也应在A点与B点的中间位置,原长O点在平衡位置与B点之间,如下图所示:
可以得到:OA>,再结合功能关系对本题进行相应的判断。
示例2.如图所示,质量为m的小车静止在光滑水平面上,小车上表面左半部分为光滑水平面,右半部分为光滑的四分之一圆弧,圆弧的最低点刚好与水平面相切。一质量为1.5m的小球以一定的水平速度冲上小车,小球滑上圆弧面后再返回,并最终从小车的左端脱离小车,以下说法正确的是()
A.
B.脱离小车后,小球做平抛运动,其初速度水平向右
C.脱离小车后,小球做平抛运动,其初速度水平向左
D.脱离小车后,小球做自由落体运动
F.整个运动过程中的任意时刻,小球和小车组成的系统总动量不变
这一道题从表面上考查的是动量守恒定律,实则内含能的问题,光从动量守恒的角度去分析是无法解决本题的,对于同学们来说难度较大,那么如何能引导同学们在遇到此类问题能联想从动量及能量两方面结合去解决问题呢?我们需要众多相似模型中,去比较,去对比,通过分析同异,进而达到触类旁通的效果。思维引导过程如下:
思维引导(一):弹性碰撞(一动碰一静)
一个质量为的小球以速度向右运动,与一个静止的质量为的小球发生弹性正碰,碰撞后小球的速度为,小球的速度为。由于碰撞时间短,相互作用内力大,远远大于外力,故系统动量守恒,所以;
由于是弹性正碰,所以碰撞无能量损失,有;
由①②可得:
可以得出结论:
(1)当时,,说明碰撞后两球速度均与方向相同;
(2)当时,,说明碰撞后质量为的小球速度变为0,质量为的小球速度与大小相等方向相同,即两球速度发生了交换;
(3)当时,,说明碰撞后质量为的小球速度方向与相反,质量为的小球速度方向与相同。
思维引导(二)
光滑水平地面上,A物体的质量为,B物体的质量为,A以速度向右运动,B原来静止,端有一轻弹簧,如图所示,系统动量守恒,机械能守恒,
(1)当A物体与B物体速度相等时,弹簧长度最短,弹性势能最大,
有:
(2)当弹簧再次恢复原长时,
有:
得:
从弹簧的角度分析可以分为三个状态,从原长(状态①)到压缩至最短(状态②)到恢复至原长(状态③),状态①相当于思维引导(一)中的碰撞开始,状态③相当于思维引导(一)中的碰撞结束。
由上述分析可以看出,思维引导(二)相当于思维引导(一)中碰撞过程的放大过程。
再与示例2做比较,示例2过程有水平方向动量守恒,系统的机械能守恒的特点,虽然思维引导(一)和思维引导(二)是动量守恒,而示例2是水平方向动量守恒,但是开始时小球的初速度水平向右,小球脱离小车时小球与小车的速度也是水平的,所以选小球开始滑上与脱离小车两个状态分析也会有:,的关系;小球开始一定的水平速度冲上小车相当于碰撞开始的状态,小球脱离小车时相当于碰撞结束的状态;代入示例2中的数据,则有:
说明小球脱离小车时,小球与小车的速度方向均水平向右。所以小球脱离小车后,小球做平抛运动,其初速度方向水平向右,A选项正确。
还可以继续与思维引导(二)做比较,示例2中当小球与小车速度相等时,小球上升的高度最高,重力势能最大;与思维引导(二)中物体A与物体B速度相等时弹簧最短,弹簧的弹性势能最大有相同的特点。通过比较,同学們就很容易得出:,,进而求出小球所能够升高的最大高度。
总之,在物理教学中,我们要多引导学生通过对比分析,找共性之处,运用“同中求异”的比较教学方法,从分析共性问题产生的原因入手,结合现有问题自身特点,找到其存在的差别,并以此为突破口,使学生对问题的理解走向深入,从而有效的解决物理问题,达到提升学生推理能力、分析综合能力的目的。
(作者单位:文水县第二高级中学)
通过引导学生对比分析,找共性之处,运用“同中求异”的比较教学方法,从分析共性问题产生的原因入手,结合现有问题自身特点,找到其存在的差别,并以此为突破口,使学生对问题的理解走向深入,从而有效的解决物理问题,达到提升学生推理能力、分析综合能力的目的。
示例1.如图所示,水平桌面上的轻质弹簧一端固定,另一端与小物块相连。弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出)。物块的质量为m,AB =α,物块与桌面间的动摩擦因数为μ。现用水平向右的力将物块从O点拉至A点,拉力做的功为W。撤去拉力后物块由静止向左运动,经O点到达B点时速度为零。重力加速度为g。则上述过程中
A.物块在A点时,弹簧的弹性势能等于
B.物块在B点时,弹簧的弹性势能小于
C.经O点时,物块的动能小于
D.物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能
这道题的难度比较大,学生在学习弹簧振子模型的时候水平面是光滑的,A与B点关于弹簧原长处O点是对称的;而本题物块与水平桌面间存在着摩擦,该装置不能看成是弹簧振子,则A、B不关于O点对称。确定原长处O点的位置也就成了解决本题的关键所在。
实际上在研究机械振动时,除了研究水平弹簧振子模型,一般也会研究坚直弹簧振动模型,如图所示:
小球在竖直方向从A先经过平衡位置再经过弹簧原长位置O到达B的过程,由弹簧对小球的弹力与小球的重力的合力来提供回复力,A与B位置分别为简谐运动的最大位移处并以平衡位置点对称,原长位置O点位于平衡位置与振幅B点之间。
通过对比本题物块在水平方向的受力与竖直弹簧振动模型的受力,如下图所示:
重力G与摩擦力虽然性质不同,但都是恒力;弹簧都是先伸长后压缩,弹力先减小后增大;不同的是一个竖直方向运动,一个是水平方向运动。二者的受力特点及从A到B的运动规律是一致的,故本题中平衡位置也应在A点与B点的中间位置,原长O点在平衡位置与B点之间,如下图所示:
可以得到:OA>,再结合功能关系对本题进行相应的判断。
示例2.如图所示,质量为m的小车静止在光滑水平面上,小车上表面左半部分为光滑水平面,右半部分为光滑的四分之一圆弧,圆弧的最低点刚好与水平面相切。一质量为1.5m的小球以一定的水平速度冲上小车,小球滑上圆弧面后再返回,并最终从小车的左端脱离小车,以下说法正确的是()
A.
B.脱离小车后,小球做平抛运动,其初速度水平向右
C.脱离小车后,小球做平抛运动,其初速度水平向左
D.脱离小车后,小球做自由落体运动
F.整个运动过程中的任意时刻,小球和小车组成的系统总动量不变
这一道题从表面上考查的是动量守恒定律,实则内含能的问题,光从动量守恒的角度去分析是无法解决本题的,对于同学们来说难度较大,那么如何能引导同学们在遇到此类问题能联想从动量及能量两方面结合去解决问题呢?我们需要众多相似模型中,去比较,去对比,通过分析同异,进而达到触类旁通的效果。思维引导过程如下:
思维引导(一):弹性碰撞(一动碰一静)
一个质量为的小球以速度向右运动,与一个静止的质量为的小球发生弹性正碰,碰撞后小球的速度为,小球的速度为。由于碰撞时间短,相互作用内力大,远远大于外力,故系统动量守恒,所以;
由于是弹性正碰,所以碰撞无能量损失,有;
由①②可得:
可以得出结论:
(1)当时,,说明碰撞后两球速度均与方向相同;
(2)当时,,说明碰撞后质量为的小球速度变为0,质量为的小球速度与大小相等方向相同,即两球速度发生了交换;
(3)当时,,说明碰撞后质量为的小球速度方向与相反,质量为的小球速度方向与相同。
思维引导(二)
光滑水平地面上,A物体的质量为,B物体的质量为,A以速度向右运动,B原来静止,端有一轻弹簧,如图所示,系统动量守恒,机械能守恒,
(1)当A物体与B物体速度相等时,弹簧长度最短,弹性势能最大,
有:
(2)当弹簧再次恢复原长时,
有:
得:
从弹簧的角度分析可以分为三个状态,从原长(状态①)到压缩至最短(状态②)到恢复至原长(状态③),状态①相当于思维引导(一)中的碰撞开始,状态③相当于思维引导(一)中的碰撞结束。
由上述分析可以看出,思维引导(二)相当于思维引导(一)中碰撞过程的放大过程。
再与示例2做比较,示例2过程有水平方向动量守恒,系统的机械能守恒的特点,虽然思维引导(一)和思维引导(二)是动量守恒,而示例2是水平方向动量守恒,但是开始时小球的初速度水平向右,小球脱离小车时小球与小车的速度也是水平的,所以选小球开始滑上与脱离小车两个状态分析也会有:,的关系;小球开始一定的水平速度冲上小车相当于碰撞开始的状态,小球脱离小车时相当于碰撞结束的状态;代入示例2中的数据,则有:
说明小球脱离小车时,小球与小车的速度方向均水平向右。所以小球脱离小车后,小球做平抛运动,其初速度方向水平向右,A选项正确。
还可以继续与思维引导(二)做比较,示例2中当小球与小车速度相等时,小球上升的高度最高,重力势能最大;与思维引导(二)中物体A与物体B速度相等时弹簧最短,弹簧的弹性势能最大有相同的特点。通过比较,同学們就很容易得出:,,进而求出小球所能够升高的最大高度。
总之,在物理教学中,我们要多引导学生通过对比分析,找共性之处,运用“同中求异”的比较教学方法,从分析共性问题产生的原因入手,结合现有问题自身特点,找到其存在的差别,并以此为突破口,使学生对问题的理解走向深入,从而有效的解决物理问题,达到提升学生推理能力、分析综合能力的目的。
(作者单位:文水县第二高级中学)