对高中物理速度“反弹”概念的一点思考

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  摘要:速度是高中物理中引入的较难理解的矢量。学生在理解矢量方向时面临较大困难,导致在练习以及考试甚至高考中频频出错。速度反弹指的是在碰撞中速度的方向发生了180°的变化,从矢量角度出发,矢量发生了正负之变。本文引用例题说明物理概念学习中遇到的困难。
  关键词:速度;反弹;碰撞
  高中物理在“速度”概念的引入有“相同位移比时间”和“相同时间比位移”两种思路,两种思路与学生而言后者更易接受。究其原因“相同时间”的情况下更能直观地反映生活中的“快”“慢”。这样导致了学生学习速度的时候对其“矢量性”的忽略,导致在后面的学习时会遇到一些困难。
  一、 高一新课教学中遇到的速度反弹及其思考
  《必修一》第一章第三节“运动快慢的描述——速度”这节内容本身有关速度的方向书上的描述是“速度是矢量,它既有大小,又有方向。速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小,速度的方向就是物体运动的方向。”本节内容不多,学生刚开始处理问题比较容易,但是高一、高二回头复习本题时,却困难重重,如下例题。
  例题1如图所示,皮球以速度8m/s向右运动,与墙相撞后以速度4m/s反弹回来,设皮球与墙相撞时间为0.1s,求皮球撞墙过程中的加速度。
  高一的学生第一次接触这类题目时,求解的正确率能达到80%,但是分科后的文科班第一次接触这类题目的正确率只有50%,错误的同学都不由自主的v1-v2=4m/s-8m/s。
  速度矢量性是高中物理的难点,学生能理解速度的“矢量性”,因为在速度的定义式中v=ΔxΔt,其中位移的变化量是矢量,所以速度的方向学生能考虑得到,可是“根深蒂固”的“快、慢”思想一直存在于学生的思维中,以至于遇到“反弹”之类的题目时,不由自主地会忽略掉“方向”,导致求解错误。
  同样的把“反弹”问题放到综合性的题目中时,学生也会先错几次,而后反应过来这个“坑”,以后才会小心翼翼的越过去。
  二、 高三复习课中遇到的速度反弹问题对比及其思考
  分析与综合是思维的基本过程,简单地说,分析就是从整体到部分的思维过程,综合就是从部分到整体的思维过程。分析与综合思维能力是学生的关键能力,也是高校招生考试区分考生综合素质和潜能的重要方面。在高三复习到速度时,遇到速度反弹问题时,不同类型的题目学生的处理结果也不一样。
  下题中没有涉及速度“反弹”,学生的求解相当的漂亮,正确率能达到90%以上。
  例题2(2017-2018苏锡常镇高三四市物理二模)一质量为m的蹦极运动员身系弹性蹦极绳,由水面上方的高台自由下落,从开始下落到绳对人刚产生作用力前,人下落的高度为h,此后经历时间t蹦极绳达到最大伸长量,人到水面还有数米距离,在此过程中蹦极绳对人的作用力始终竖直向上,重力加速度为g,不计空气阻力,求该段时间内蹦极绳对人的平均作用力大小。
  本题考点是动量定理的应用求解,学生求解时会写:
  动量定理:F合Δt=mΔv
  速度的变化量:Δv=v2-v1
  末速度:v2=0
  初速度:v21=2ghv1=2gh
  所以:F-mg=0-2gh
  结果:F=mg 2gh
  这题的考点与上一题考点差不多,都是动量定理F合Δt=mΔv的应用求解。可是对于学生这题的正确率能达到90%,而上一题的正确率只有50%,大部分学生的错误是“速度的反弹”没有考虑到,导致Δv的求解有问题。
  这题的考点、题目内容几乎差不多,可是在稍微改变速度的变化量的基础上,学生的正确率却差这么多,这值得每一位老师的思考。
  三、 总结
  通过以上有关“反弹”速度中的一些问题,总结如下:
  第一,“运动快慢的描述——速度”这节内容中速度方向所占篇幅,稍微少一点,教师在教授新内容时适当的让学生来探究速度的方向,同时提出有关方向的一些问题,引导学生的思考。例如天气预报中的“风”是怎么播报的;上学和回家中的“上”和“回”代表什么;口语中经常出现的“走过去”和“走过来”一样吗……
  学生学习“速度的概念”时,教师要在学生的心中埋下一颗“方向的种子”,在以后的学习中,让这颗种子发芽,通过训练促使这颗种子长大,最后求解速度时学生首先考虑速度的方向,例如“汽车刹车时”会让学生第一反应“车几秒停下”。
  第二,知识结构上,刚学习“位移”这个矢量,速度之后有“加速度”这个矢量,所以从学习的连贯性出发,学生思考“速度”的方向是很自然的。在刚学速度时遇到“反弹”问题,很多学生会很自然的考虑到速度方向怎么变,从而求解的正确率很高。但是学习了一段时间后,“动能”“机械能”等这些内容是标量,学生容易遗忘“速度方向”,導致复习中求解偏差。所以复习时注重帮助学生理顺思路。
  第三,物理思维的建立和完善。学习物理需要提高思维,通过理解,才能把有些概念掌握;通过运用,才能把这些概念吸收,消化;通过不断的错误,才能不断地总结提高;通过物理知识点的不断整合,才能不断地完善自己的物理思维。
  四、 结束语
  物理规律根源于物理现象,起源于物理概念。物理规律是建立在物理现象和物理概念基础上的,速度是物理学中最基础的概念之一,因此,学生学好速度,具有非常重要的意义,同样也有利于后面内容的学习和整合。希望每位教师和学生都能深入探讨速度的反弹问题。
  参考文献:
  [1]郑录永.新课程改革下的高中物理概念教学研究[J].学周刊,2016(14).
  [2]岳燕宁.分析与综合[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2015:76.
  作者简介:吕娟,江苏省南京市,南京市溧水区第二高级中学。
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