在受力分析中应注重科学思维意识的渗透

2019-06-24 15:28王万林
物理教学探讨 2019年4期
关键词:受力分析科学思维渗透

王万林

摘   要:受力分析是挡在学生解决物理问题前的一条鸿沟,多年的一线教学发现,如果在受力分析中注重科学思维意识的渗透,强化学生科学思维习惯的培养,不但可以有效地帮助学生跨越这条鸿沟,而且有助于培养学生的物理学科核心素养。

关键词:受力分析;科学思维;意识;渗透

中图分类号:G633.7 文献标识码:A     文章编号:1003-6148(2019)4-0060-3

受力分析贯穿整个物理课程的学习,其重要性不言而喻。教学过程中普遍采取顺序法进行讲授,但是由于力的种类繁多、概念抽象、变幻莫测,教学效果并不显著,学生往往“谈力色变”。实践教学研究发现,在受力分析中应注重科学思维意识的渗透,帮助学生形成科学思维习惯,增强科学探究能力和解决实际问题的能力,最终提高学生的物理学科核心素养。

1    应注重研究对象意识的渗透

学生在高中物理学习初期阶段就接触受力分析了,明确研究对象意识在解题中是首要的。但在实际教学中发现,由于学生初期接触到的多为单一物理模型,导致这一至关重要的科学思维意识仅仅停留在口头上,很少被学生重视。在实际教学中如果没有渗透、强调对象意识,学生自然而然对寻找研究对象这一思维意识很淡薄,到了高中物理学习后期阶段遇到多个物体时就束手无策了。

例如,2017年江苏卷第14题:如图1所示,两个半圆柱A、B紧靠着静置于水平地面上,其上有一光滑圆柱C,三者半径均为R。C的质量为m,A、B的质量都为m/2,与地面的动摩擦因数均为μ。现用水平向右的力拉A,使A缓慢移动,直至C恰好降到地面,整个过程中B保持静止,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求动摩擦因数的最小值μmin。

分析 由于涉及到μ,则必定涉及到A(B)与地面间的弹力。如果在平时的训练中,对研究对象意识不重视,没有深入地思考整体法和隔离法的使用原则,学生易草率地选择A或B进行研究,这样就误入歧途,很难找到正确答案。其实,整体法与隔离法都是无条件的,即不受物体的运动状态限制。本题中三个物体运动状态从表面上看并不相同,但是运动实质是相同的。B静止、A和C缓慢运动都可以视为加速度为零,即平衡状态,则整体合力为零,那么B与地面之间的弹力为mg,结合对C受力分析易得

在处理受力分析问题时,先要确定研究对象及研究过程。这一意识对学生解决问题至关重要,在受力分析教学中若能强化这个意识,不仅有利于学生解题,而且更能培养学生的目标意识。

2    应注重信息加工意识的渗透

实际教学中一直存在学生课上听得懂课后不会做的情形,主要是因为学生缺乏信息加工的能力,即将文字语言转化为“物理语言”的能力。其实,解题的过程就是信息加工的过程,要引导学生怎样去寻找题目中的解题信息,而不是告诉学生如何解决题中的解题信息,寻找问题比解决问题更重要。

例如,2015年山东卷第16题:如图2所示,滑块A置于水平地面上,滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直),此时A恰好不滑动,B刚好不下滑,已知A与B、地面间的动摩擦因数分别为μ1、μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求A与B的质量之比。

分析 其中,“B恰好不下滑”有两层意思,一是B与A间表现为最大静摩擦力;二是B依旧处于静止状态,即合力为零。易得以下约束条件:F=FN1,f1=mBg,f1=μ1FN1(其中,F表示外力,FN1表示A对B的弹力,f1表示A对B的最大静摩擦力)。

“A恰好不滑動”有两层意思,一是A与地面间表现为最大静摩擦力;二是A依旧处于静止状态。对A受力分析易得:FN2=f1+mAg,f2=FN1,f2=μ2FN2(其中,FN2表示地面对A的弹力,f2表示地面对A的最大静摩擦力)。联立以上几个方程易得: 。其实,不仅对滑块A受力分析可以涉及到A与地面间的摩擦力,对整体受力分析也可以涉及到f2,并且会使各个物理量间的关系变得简单。

3    应注重力与运动意识的渗透

若将高中物理力学板块比喻为一棵参天大树,那么力与运动的意识犹如树干,它使各个物理知识点紧密地关联在一起。

首先,要让学生知道受力分析的初衷。许多学生对于受力分析仅仅停留在思维定势,对受力分析的目的缺乏深入思考。受力分析主要是求合力,从而根据牛顿运动定律解出加速度,分清运动状态,从而解决实际问题。

其次,由于力与运动相结合在受力分析中体现得尤为明显,所以可以借助受力分析加强学生对该意识的建立。

4    应注重逻辑思维意识的渗透

受力分析过程中涉及到力的种类、数量较多,并且情形变幻莫测,很容易出现漏力、错力现象。尤其对于高一学生来说,受力分析似乎是一个不可逾越的鸿沟,直接阻碍问题的解决。解决学生困惑的最好办法就是在受力分析过程中注重逻辑思维的运用。

首先,强调受力的顺序。科学的分析顺序有利于避免漏力、多力。教学中可以结合力的性质及认识力的时间先后,可按照重力、弹力、摩擦力、电磁场力及外力的顺序进行受力分析(如图3)。显然,仅仅记住这个顺序是远远不够的,主要是在每一步骤中都要严谨地思考。比如,在分析重力环节中,首先强调对象意识,然后再判断重力是否考虑;鉴于弹力、摩擦力都是接触力,所以在分析时,第一件事就是找接触面或点,以防漏力、多力。

其次,强调受力的类别。在分析摩擦力时,先判断摩擦力的种类。若是滑动摩擦力,大小运用专用公式f=μFN,方向与相对运动方向相反。电磁场力又分为电场和磁场,而这两者也可以细分。

再者,强调对“疑难杂症”的处理方式。比如,对于静摩擦力,由于静摩擦力大小没有专用公式,另外相对运动趋势往往也难以辨别。针对这些问题,我们可以采取“搁置争议,稍后再说”的处理方式,即可以等其他力处理完后再讨论。鉴于静摩擦力情况的不确定性,可以结合力与运动的思想,具体问题具体分析。

例如,2014年江苏省高考第15题:如图4所示,有两个相互垂直且等高的水平传送带甲和乙,甲的速度为v0 。小工件离开甲前与甲的速度相同,并平稳地传到乙上,工件与乙之间的动摩擦因数为μ,乙的宽度足够大。试分析当物块刚刚落入传送带乙瞬间的摩擦力情况。

分析 以物块作为研究对象,此时,物块与传送带相对滑动,物块受到传送带的摩擦力为滑动摩擦力。滑动摩擦力方向与其接触的物体(传送带乙)间相对运动方向相反。由于工件相对于传送带乙方向不变,故物块此刻受到的滑动摩擦力方向也不变(如图5所示)。看似对受力分析进行考查,但不在受力繁多方面上考查,而是考查学生对滑动摩擦力方向的理解及严谨的科学思维习惯。此题也体现出高考题简约不简单、新异不诡异的特点。但只要熟练掌握基本的科学思维意识,强化“以理服人”的科学思维习惯,运用科学思维方法,就会见招拆招,实现“想当然—知其然—知其所以然”的科学思维模式,最终“庖丁解牛”。当然,在受力分析中如果仅仅僵化地套用顺序,会导致解题思路模式固定化,所以要注重逻辑思维,自问自答,有理有据。

教学中受力分析不仅要教授学生对各个力的判断,更要注重渗透科学思维意识。在学生思考过程中对学生不断地进行方法指导、科学思维意识强化,找准知识生长点,创设情境,环环相扣,提高课堂有效性,这样良好的教学效果就毋庸置疑了。

参考文献:

[1]江苏省教育考试院.2017年江苏省普通高中学业水平测试(选修学科目)说明[S].南京:江苏教育出版社,2017.

[2]刘炳昇,仲扣庄.中学物理教师专业技能训练[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]廖伯琴.普通高中物理课程标准解读(2017年版)[M].北京:高等教育出版社,2018.

(栏目编辑    罗琬华)

收稿日期:2019-01-12

基金项目:本文为苏州市教育科学“十三五”规划课题 “高中物理模块解题模式的教学实践探究”(16122526)的研究成果。(作者为课题主持人)

作者简介:王万林(1979-),男,高级教师,主要从事物理教学工作,区学科带头人。

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