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摘 要:高中物理教学中“轻质弹簧、轻杆、轻绳、轻质绸带等”是理想模型。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新。本文介绍如何建构“轻质模型”,通过科学推理得到结论,并应用结论解决实际问题。通过问题的解决过程,提高学生核心素养。
关键词:科学思维;理想模型;科学推理;科学论证
“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质性、内在规律及相互关系的认识方式;是于经验事实建构物理模型的抽象概括过程。任何物体都是有质量的,确切说习题中的“轻质”物体现实生活中并不存在,但是当某物体的质量对于我们研究的问题影响因素很小时,我们经常忽略物体的质量,即把该物体看成无质量的理想模型。
一、“轻质弹簧”模型
例1.如图1所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:①中弹簧的左端固定在墙上,②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用,③中弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑動,④中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧的质量都为零,以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量,则有( )
A.l2>l1 B.l4>l3 C.l1>l3 D.l2=l4
部分学生错认为四种情况下运动状态不同,弹簧弹力不同,源于不能洞悉“轻质模型”本质。题干中明确提出“若认为弹簧的质量都为零”,以弹簧为研究对象,根据牛顿第二定律“F=ma”可知,弹簧质量为零,弹簧所受合力为零,即弹簧右边受力为F,左边受力一定为F,弹簧受力情况完全相同,与运动状态无关,D选项正确。
二、“轻杆模型”与“轻质弹簧模型”
例2某缓冲装置的理想模型如图2所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f,向右移动不超过l时,装置可安全工作,一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧,将导致轻杆向右移动l/4,轻杆与槽间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦。
(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x;
(2)为这使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm
综合以上题型可以看出,生活中实际的物理情景是很复杂的,忽略次要因素的干扰,抓住事物的主要矛盾,建立物理“理想模型”是解决复杂问题的有效方法。培养学生构建“轻质模型”是提高科学核心素养的必然要求。
参考文献
[1]颜少芬,付丽萍.基于科学思维能力培养的高中物理教学设计——以“安培力的方向”教学片断为例[J].物理教师,2019,40(05):6-9.
[2]朱小青.对高中物理教学中培养学生科学思维素养的反思[J].中学物理教学参考,2018,47(11):4-7.
关键词:科学思维;理想模型;科学推理;科学论证
“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质性、内在规律及相互关系的认识方式;是于经验事实建构物理模型的抽象概括过程。任何物体都是有质量的,确切说习题中的“轻质”物体现实生活中并不存在,但是当某物体的质量对于我们研究的问题影响因素很小时,我们经常忽略物体的质量,即把该物体看成无质量的理想模型。
一、“轻质弹簧”模型
例1.如图1所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:①中弹簧的左端固定在墙上,②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用,③中弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑動,④中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧的质量都为零,以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量,则有( )
A.l2>l1 B.l4>l3 C.l1>l3 D.l2=l4
部分学生错认为四种情况下运动状态不同,弹簧弹力不同,源于不能洞悉“轻质模型”本质。题干中明确提出“若认为弹簧的质量都为零”,以弹簧为研究对象,根据牛顿第二定律“F=ma”可知,弹簧质量为零,弹簧所受合力为零,即弹簧右边受力为F,左边受力一定为F,弹簧受力情况完全相同,与运动状态无关,D选项正确。
二、“轻杆模型”与“轻质弹簧模型”
例2某缓冲装置的理想模型如图2所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f,向右移动不超过l时,装置可安全工作,一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧,将导致轻杆向右移动l/4,轻杆与槽间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦。
(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x;
(2)为这使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm
综合以上题型可以看出,生活中实际的物理情景是很复杂的,忽略次要因素的干扰,抓住事物的主要矛盾,建立物理“理想模型”是解决复杂问题的有效方法。培养学生构建“轻质模型”是提高科学核心素养的必然要求。
参考文献
[1]颜少芬,付丽萍.基于科学思维能力培养的高中物理教学设计——以“安培力的方向”教学片断为例[J].物理教师,2019,40(05):6-9.
[2]朱小青.对高中物理教学中培养学生科学思维素养的反思[J].中学物理教学参考,2018,47(11):4-7.