高中物理学生审题习惯的培养

2022-06-06 16:17李粟
教育周报·教研版 2022年16期
关键词:细线小球条件

李粟

在高中教学过程中物理属于较难的学科,对学生的思维能力理解能力要求比较高,物理学科中的知识点具有一定的特定性,并不是简单地看书学习就可以掌握,而是要在掌握了一定的物理基础知识的前提下,进行合理的思考与探究,才能保证学生的学习成果。解题可以由审题、提出解题方法和思路、作答与演算、以及审视答案等四个环节组成,审题是求解物理问题的第一步工作,同时也是决定解题成败的关键。解题中的审题就是通过审阅题文和题图,理解题意,弄清题目中所涉及的物理过程,想象物理图景,明确已知条件与所求问题间的关系等而进行的分析与综合的思维活动。审题能力是一种综合能力,它不但包括阅读、理解、分析、综合等多种能力,而且包含严肃认真细致的态度等非智力因素。因此,培养和提高审题能力是提高思维能力、解决实际问题能力的重要组成部分。

一、审题的三个基本环节

第一环节:把题目的表述转化为物理情景,发掘隐含条件

情境即情景和境地,物理试题往往在一定的情境中立意,它总是以文字或图形、图象的方式将这一情境告诉学生,并且提出需要解决的物理问题。这种情境就是我们通常所说的物理情境,有时也称为物理情景或物理图景。求解物理问题分析情境非常重要,如果对物理情境分析不清,就不可能正确地解答物理问题。中学物理问题中常用的图景分析有:受力图景分析、运动图景分析、能量转化图景分析等;因此,学生必须依据自己的想象能力,去认清题目所描述的物理过程。

(1)从物理概念中挖掘隐含条件。由物理概念的内涵中找出隐蔽条件。物理概念是解题的依据之一,不少物理题的部分条件隐含在相关的概念中,于是可以从分析概念中去挖掘隐含条件,寻求解题方法。

(2)从物理模型的理想化条件中挖掘隐含条件。物理模型的基本形式有“对象模型”和“过程模型”。“对象模型”是实际物体在某种条件下的近似与抽象,如质点、理想气体、理想电表等;“过程模型”是理想化了的物理现象或过程,如匀速直线运动、自由落体运动、竖直上抛运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动等。有些题目所设物理模型是不清晰的,不宜直接处理,但只要抓住问题的主要因素,忽略次要因素,恰当的将复杂的对象或过程向隐含的理想化模型转化,就能使问题得以解决。

(3)从题给的物理现象中挖掘隐含条件。题设的条件中必然反映若干物理现象,这些现象本身就包含了解题所需的已知条件。深刻领会物理现象的含义、产生原因和条件是获取已知条件的关键。如:“宇航员在运行的宇宙飞船中”示意宇航员处于失重状态,“通迅卫星”示意卫星运行角速度或周期与地球的相同,即同步,“导体处于平衡状态”示意物体是等势体,内部场强为零……

(4)从物理过程的分析中挖掘隐含条件。物理过程的分析是解题中的重要一环。物理过程是由多个变化的物理状态相衔接而成的,物理状态的变化过程有简单、有复杂,有单一过程的延伸,又有不同物理过程的交叉。通过物理过程的分析,分析时,要冷静分析、判断各阶段的特点,找出它们之间的联系,可找出问题中物理量之间的内在联系和必备条件,从而找出问题中的隐含条件。

例29   如图,在一匀强电场中的A点,有一点电荷,并用绝缘细线与O点相连,原来细线刚好被水平拉直,而没有伸长。先让点电荷从A点由静止开始运动,试求点电荷经O点正下方时的速率v。已知电荷的质量m=1×10-4kg,电量q = +1.0×10-7C,细线长度L=10cm,电场强度E=1.73×104V/m,g=10m/s2。

解析:许多同学见到此题不加思索地认为小球从A点开始作圆周运动,由动能定理列出方程,mgL+EqL=mv2/2   代入数据解得v=2.3m/s.

实际上本题中Eq= mg,电场力与重力的合力的方向与水平方向的夹角为30°,所以电荷从A点开始沿直线经O点正下方B点处,到达C点后,细线方开始被拉直,如图所示,电荷从A到B,做匀变速直线运动,而不是从一开始就作圆周运动,由动能定理列出方程,mgLsin30°+EqL=mv2/2,解得v=2.1m/s.

第二環节:把物理情景转化为具体的物理条件或要求

例3   如图3所示,两个水平放置的带电平行金属板的匀强电场中,一长为 L 的绝缘细线一端固定在 O 点,另端栓着一个质量为 m ,带有一定电量的小球,小球原来静止,当给小球某一冲量后,它可绕 O 点在竖直平面内作匀速圆周运动。若两板间电压增大为原来的 4 倍时,求:

(1)要使小球从 C 点开始在竖直平面内作圆周运动,开始至少要给小球多大冲量?

(2)在运动过程中细线所受的最大拉力。

【分析】:对本题的物理情景不难想象:一绳系带电小球在两板间原来的电场中作匀速圆周运动。后来两板间电压升高为4倍,小球仍在竖直面内作圆周运动。但这两情况下相应的物理条件是不同的,必须注意正确地把它们转化为具体的物理条件。

【解答】:(1)设原来两极板间电压为U ,间距为 d ,小球电量为 q ,因小球开始能在电场中作匀速圆周运动,故小球所受电场力向上,并且和重力相等,所以小球带正电,且满足 qU/d = mg…………①

当两板间电压增到 4U 时,设需在 C 点给小球的冲量为 I 才能使其在竖直平面内做圆周运动,并且 C 点就是小球做圆周运动的等效最高点,(即临界点)在等效最高点处小球的线速度最小,小球所受新的电场力与重力的合力恰好满足在该处作圆周运动的向心力,此时细线对小球的拉力为零(这是等效最高点的特点),即:

…………②

………③

(2)小球在最高点 D 时就是小球做圆周运动的等效最低点,小球在等效最低点处的线速度最大,所以细线 L 所受拉力最大,设拉力为T ,由牛顿第二定律,有:

…………④

小球C点运动到D点过程中,重力和电场力做功,根据动能定理,有:

……⑤

由②式得小球在等效最低点处的线速度  …………⑥

将⑥式代入④式,得 T = 18 mg

第三环节:把物理条件或要求转化为数学条件或要求从而选择正确的物理规律加以解决。

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