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在教学中培养学生分析问题的思维****惯
宝鸡市教研室
赵金明
2021/8/11星期三
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一:目前存在问题
没有养成对具体问题具体分析的****惯,生搬硬套,盲目动手,套用自己在听课、练****作业中做过题目的模式,缺乏严密的分析过程。
对高中阶段所学的公式、定理和定律理解不深刻,缺乏对规律的得出过程、适用条件、适用范围、适用场合以及解决问题的角度等缺乏总结归类。
在解题过程中缺乏对物理学研究方法的应用意识。
教师在复****过程重知识讲授、轻问题分析,以教师自身为主体,把学生复****提高课变成教师表演课。教师受教学任务的束缚,总是一讲到底,学生缺乏分析问题的训练和****惯的养成。
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二:在教学中有效培养学生分析问题的****惯
1、有意识地培养学生分析研究对象在各个阶段的运动情况。
力学问题是贯穿于高中物理的整个物理教学过程中,包括电磁学在内最终都要落脚到力学知识上,而解决这些问题的关键是弄清每个问题情境中力和运动的关系。因为每个公式、定律都有各自的适用范围和解决问题的角度,只有在动笔之前搞清研究对象在各个阶段的运动情况,才能正确选用公式进行求解,如果运动过程分析错误或不到位,公式就会用错,或者出现分析结果与题目描述情况不一致,导致无法进行运算。
例1:如图所示,两平行金属板A、B长l=8cm,两板间距离d=8cm,A板比B板电势高300V,即UAB=300V。一带正电的粒子电量q=10-10C,质量m=10-20kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度v0=2×106m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在中心线上的O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响)。已知两界面MN、PS相距为L=12cm,粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏EF上。(静电力常数k=9×109N·m2/C2)
求(1)粒子穿过界面PS时偏离中心线RO的距离多远?
(2)点电荷的电量。
分析:粒子在整个运动过程共经历了三个阶段,包括类平抛运动、匀速直线运动以及匀速圆周运动。这些运动形式的出现都是由粒子的受力情况决定的。
(1)设粒子从电场中飞出时的侧向位移为h,穿过界面PS时偏离中心线OR的距离为y,则:
代入数据,解得:h==3cm
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带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识得:
代入数据,解得:y==12cm
(2)设粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为,则:
所以粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为:
设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,则:
因为粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏上,所以该带电粒子在穿过界面PS后将绕点电荷Q作匀速圆周运动,其半径与速度方向垂直。匀速圆周运动的半
径:由:得Q=×10-8C
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注意过程分析,培养思维能力
1、重视对基本物理过程的分析
在高中物理中,力学部分涉及的过程有匀速直线运动,匀变速直线运动,平抛运动、圆周运动,机械振动等。除了这些之外还有两类重要的运动过程,一类是碰撞过程,另一类是先变加速最终匀速过程(如恒定功率汽车的启动问题)。这些基本过程都非常重要,在平时的教学中都必须进行认真的演示与分析,掌握每个过程的特点和遵循的基本规律。对物体运动情况进行分析,从另一个角度看,就是要思考清楚题目给定的运动形式发生的本质原因。
2、用“慢镜头”方式分析物理过程
在辅导学生过程中,发现有许多学生分析较快的物理过程时,常采用“简化‘的方法,从而导致错误,学生之所以采用”简化’策略,主要原因为:学生对较快的运动过程不能仔细观察,没有形成清晰的视觉表象;教师上课对运动过程的分析速度远快于学生对运动过程的构思与想象速度。因此在教学中应采用“慢镜头”式的过程分析进行示范。通过对于复杂运动过程的“慢镜头”式分析后,常常需要把整个运动过程“肢解”为几个常见的小的运动形式,以便应用熟悉的规律进行处理,变一个复杂问题为几个简单问题。
3、正确选择公式、定律。我们可以把所有公式、定律按照以下三个角度进行分类:力的观点、动量的观点、能量的观点。选择公式的依据除过要考虑已知量、待求量的关系之外,更重要的是要看物体的运动形式以及题设情境是否满足所选公式。而我们把运动形式可以分为两大类:匀变速运动和非匀变速运动。匀变速运动既可以直接或间接采用力的观点(牛顿运动定律结合运动学公式),也可以采用能量的观点进行处理(包括动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律),还可以采用动量的观点来处理。非匀变速运动除过圆周运动有特定的公式之外,一般的非匀变速运动大部分都要采用能量的观点进行处理。当涉及物体间相互作用以及状态变化时采用动量的观点。
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4、定性分析与定量分析相结合分析物理过程
学生有时拿到题,会盲目套用公式;有时又只分析物理过程,不对其进行定量分析。这些都是错误的,我们应该应用合适的数学模型和公式结合起来分析。
总之,在日常教学中,要培养学生在解题中深入、透彻理解物理学中的基本概念和基本规律,抓住物理情景中出现的“状态与过程”,注重对物理过程的分析,按照物理思维程序,一步一步,一个程序一个程序地列出相关的表达式,脑子里要像放电影一样,研究对象运动的过程,过程中受力的情况,清清楚楚,如果能做到这样,物理对学生来说基本上困难就不大了。
例2:如图所示,为某一装置的俯视图,PQ、MN为竖直放置的很长的平行金属板,两板间有匀强磁场,其大小为B,,,带电量大小为q,其重力不计的粒子,以初速v0水平射入两板间,问:
(1)金属棒AB应朝什么方向,以多大速度运动,可以使带电粒子做匀速运动?
(2)若金属棒的运动突然停止,带电粒子在磁场中继续运动,从这刻开始位移第一次达到mv0/qB时的时间间隔是多少?(磁场足够大)
V0
M
B
N
P
Q
A
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
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例3:如图所示,在直角坐标系的第四象限存在垂直纸面向里的有界匀强磁场(磁场图中未画出),其左边界和上边界与坐标轴重合。在第三象限紧靠y轴有一平行金属板PQ,其上板距y轴距离为d,两板间距离也为d,板长为L=,上板带负电,下板带正电,现有一带正电粒子以初速度v0从坐标原点沿x轴正方向射入磁场中,经磁场偏转后沿金属板上板边缘飞入电场中,刚好从两极正中间水平飞出,不计带电粒子重力。求:
①粒子从电场中飞出时的速度v,
②矩形有界磁场的最小面积s,
③求粒子从进入磁场到飞出金属板所用时间t。
分析:①运动情况的分析;
②正确选用公式。
解析:①设带电粒子在进入电场时速度与水平方向的夹角为θ,粒子进入电场时的速度可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀减速直线运动。
求得:
②设带电粒子在匀强磁场中的运动半径为R,,由图可知:
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由以上两式得:
③带电粒子运动由匀速圆周运动、匀速直线运动和匀变速曲线运动三部分组成,运动时间分别是、、,由题意得:
由以上各式联立可得:
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例4:如图所示,在光滑水平面上有一小球A,一带四分之一圆弧轨道的物体B(圆弧轨道光滑,半径为R=,与水平面相切),一高为R的长方体木块C,共三个物体,其中A物体质量为m,B、C两物体质量均为3m。开始时B、C均静止,A物体以某一速度v0=4米/秒向B运动,在A刚滑离B时(见图中虚线部分),B与C恰作完全非弹性碰撞(即碰后两物粘在一起),以后小球A上升到最大高度,又落下并且恰能粘在C物体的最右端。设小球A可看作质点,B、C碰撞时间可忽略。求:
(1)小球A上升到最高时,距C上端的竖直距离?
(2)C物体的长度d。
分析:①A与B相互作用,由A、B组成的系统在水平方向上动量守恒。(典型模型)当A滑离B时,二者有相同的水平速度。
②此后,A做斜上抛运动。
③B和C相撞,二者组成的系统动量守恒。撞后以共同速度向右匀速运动。
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例5:一个身高为h1=,质量为65Kg的同学,身体直立举手摸高h2=,一次该同学从h3=,脚触地后经过时间t=,紧接着他用力F蹬地跳起,摸高为h4=。假定前后两个阶段中该同学与地面的作用力都是恒力,求该同学蹬地的作用力F。
分析:(分段研究法)
①该同学自由下落:
②触地后重心下移,做匀减速运动:
③重心上升做匀加速运动,设其离地速度为v2,则:
④离地后以v2的速度上升,做匀减速运动:
最后由牛顿第二定律得: