学物理=看电影

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  高中物理很难学,具体到一些学生,甚至会出现看不懂题意、不知从哪儿入手的现象。出现这样的问题,都与对问题的物理情景建立、理解有关。很多难题“难”就难在物理情景不清,因此无法运用物理规律解题。如果学生能把题目中和日常生活中的场景像电影镜头一样一幕一幕展现在眼前,能全景展现变化过程,能对关键镜头进行定格,能找到镜头变化遵循的物理规律,就很容易看懂题意、解决问题、学好物理。下面结合本人在教学中的实践,浅谈一下“看电影法”。
  所谓“看电影法”,是将物理情景通过观察、画图、分析、对比、想象等方法,转化成学生头脑中清晰的电影画面,先全景展示、浏览全程,再精彩回放、细看特点,接着定格特写、发现关键,最后综合对比、解决问题。这些画面有的来源于课本上的原理图、照片等图片,有的来源于生活中的场景,有的来自影视和头脑的想象。现行高考物理考试说明中关于能力层次的要求中指出:能够独立地对所遇到的问题进行具体分析,清楚其物理状态、物理过程的物理情景。“看电影法”体现了这种能力对物理学习的重要性。具体训练方法分三步。
  一、初学时,对照课本、联系生活场景,现场看电影,身临其境
  课本中的插图是从实物结构中抽象出来的,首先让学生根据原理图还原成实物图,明确实际情形后再讲物理原理,并区分原理图与实物图的区别与联系。在学生大脑中形成具体包含物理规律的情景,以后遇到类似问题,就会触景生情,诱发解题思路,顺利实现由感性认识向理性认识的过渡。下面就平抛物体的运动规律举例说明。
  先看课本上对平抛运动的场景展示:以一定的速度将物体抛出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体只受重力作用,它的运动叫抛体运动,如果抛体运动的初速度是沿水平方向的,这个运动叫平抛运动。课本上用图片的形式展示了投掷和水柱场景,并用坐标图对其规律进行了详细说明。而实际生活中的情景怎样呢?组织学生进行讨论、对比,发现现实生活中的运动是受到空氣阻力作用的,只有当物体密度大、无风时才接近课本上的规律。这样在学生头脑中形成的平抛运动的场景才更清晰。在研究平抛运动规律时,举了这样的例子:小明第一次从二楼地板用力将乒乓球水平扔出落到地面,落地时用时t,落地点距与小明水平距离为x;第二次以同样的速度将玻璃球水平扔出落到地面,落地时用时t′,落地点距与小明水平距离为x′;第三次从五楼地板以同样的速度将玻璃球水平扔出落到地面,落地时用时t″,落地点距与小明水平距离为x″,要求学生画出示意图进行分析。
  分析结果:第一次不是平抛运动,第二次、第三次高度之比为1:4,应用课本上的规律可求出,第二次、第三次时间之比为t′: t″=1:2,距离之比为x′:x″=1:2。
  二、初做题,借助图示构出全景图,找出关键词显示特写镜头,对比物理规律解决问题
  可以用图示表现物理过程情景。有一些物理问题要研究物理过程,用物理图示描述物理过程,一是可以画出轨迹图,二是通过两个或多个状态反映物理过程,并在图上标上反映物理过程的物理量如位移等。物理中的运动、做功等都属于此类问题。也可以用图示表现物理状态情景。如果所研究的问题只与物体的运动状态有关时,只画出物体的某一状态或某几个状态的物理图示即可表现问题的物理情景。还可以用图示表现矢量关系、几何关系、物理模型等。
  例1 某同学在实验室里探索小物块与木板间的动摩擦因数,设计了如下方案:让小物块以一定的初速度沿倾角可在0°至90°之间任意调整的木板上向上滑动。他发现当木板倾角为30°和90°时,物块在木板上移动的最大位移都是S=1.8m,取g=10 m/s2,求:
  ⑴物块与木板间的动摩擦因数;
  ⑵物块的初速度的大小?
  解析:本题涉及的物理场景如下图:
  特写镜头:关键词130°:物块沿倾角为30°的斜面上滑时,加速度a=g(sinθ+μcosθ) ;关键词290°:沿90°向上运动时,实际上是竖直上抛运动,a′=g;关键词3S=1.8m可知,物块沿倾角为30°的斜面上滑时,竖直高度为0.9m,沿沿倾角为90o向上运动时,竖直高度为1.8m.
  对比:两次均属于匀减速直线运动。可想到规律v2=2ax, x均为1.8m,初速度v相同,则v2/2g=v2/2a, sin30°+μcos30°=1,可解得μ的值,由S=1.8m可以求出初速度v的值。
  三、勤对比,将电影镜头与物理模型结合起来,做到灵活运用
  例2: 如下图所示,质量为m可看做质点的小球从静止开始沿光滑斜面由A点滑到B点后,进入与斜面光滑连接的?竖直圆弧管道BC,管道出口为C,圆弧半径R=15cm,AB的竖直高度差h=35cm.在紧靠出口C处,有一水平放置且绕其水平轴线匀速旋转的圆筒(不计筒皮厚度),筒上开有小孔D,筒旋转时,小孔D恰好能经过出口C处。若小球射出C口时,恰好能接着穿过D孔,并且还能再从D孔向上穿出圆筒,小球返回后又先后两次向下穿过D孔而未发生碰撞。不计摩擦和空气阻力,取g=10m/s2,问:
  ⑴小球到达C点的速度v为多少?
  ⑵圆筒转动的最大周期T?
  ⑶在圆筒以最大周期T转动的情况下,要完成上述运动圆筒的半径R′必须为多少?
  分析:全景展示:小球从斜面AB滑下,接着沿BC弧滑出C,又从C向上经D进入圆筒,继续向上经D冲出圆筒,至最高处自由下落,又经D进入圆筒,继续向下,经D回到圆弧轨道BC.如下图1所示:
  
  特写镜头:关键词1,光滑:小球从斜面AB滑下到沿BC弧滑出C过程中机械能守恒;关键词2,恰好:如图2、3、4、5所示,由图2到图3过程中,圆筒要转过(n+1/2)圈(n=0,1,2,3….),由图3到图4过程中,圆筒要转过(n′+1)圈(n′=0,1,2,3….),由图4到图5过程中,圆筒要转过(n+ 1/2)圈,(n=0,1,2,3….)
  规律:从A到C,小球机械能守恒,在C点的动能与势能的和等于在A处的势能,即mgh=mgR+1/2m v2,可求出第一问;当圆筒T最大时,n= n′=0,即可求出最大周期T, 可求出第二问;小球在圆筒内上升阶段的位移为2R′时间为t=1/2T,由位移公式2R′= vt-1/2gt2即可求出第三问。
  总之,“看电影法”是物理学习中的一个重要方法,通过创设丰富、生动的物理情景,使学生提高学习兴趣、展现物理过程、理解物理规律,提高物理思维能力和考试成绩。
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