“物理难!”几乎是每一个刚刚从初中跨入高中新生的共同认识,由于初中阶段计算量不大,新生在入学初学习匀变速直线运动规律及其应用时,大多感觉上课学习单个公式或规律感觉不复杂,但是遇到具体的问题就感觉力不从心了,感觉到习题藏头缩尾一时无法提取公式,解决问题的思绪也找不到起点.那么,高一伊始时如何提高习题课教学的有效性呢?笔者认为习题课教学是引导学生应用物理知识解决实际问题的过程,初始阶段的教学必须精心选择例题,一道好的例题能够融合多种解决问题的方法,帮助学生有效复习物理概念和方法,达到“窥一斑得全豹”的境界.
一、简单问题情境内化物理概念
选择例题是习题课走向有效的前提,笔者认为应尽可能联系生活实际选择例题,例题的解法要能联系前面几节课的物理概念和物理思想方法.
例1一个汽车在平直公路上匀速行驶,遇到路况突然刹车,刹车后,汽车做匀减速直线运动,已知在整个制动到停止的前一半时间内汽车位移x1=9 m,求汽车刹车后总位移x多大?
这道例题难度不大,整个习题就一个线性的数据x1=9 m,对于学生的思维有一定的要求,当然解决问题的方法有很多,笔者在课堂巡视后,将解法收集上来,通过实物投影和大家一起交流,有效的解法有如下6个.
解法1设汽车刹车时的初速度为v0,刹车后加速度大小为a,汽车匀减速时间t后停止,选择速度关系公式,得0=v0-at ①
选择位移关系得前一半时间的位移
x1=v0t-12a(t2)2 ②
整个刹车过程的位移
x=v0t-12at2 ③
①②③式联立,求得总位移x=12 m.
解法2考虑汽车刹车匀减速运动的逆过程,则题意可以转化为初速度为零,加速度为a的匀加速直线运动,后一半时间t2的位移为x1=9 m,求总位移,整个过程总位移x=12at2 ④
前一半时间的位移x-x1=12a(t2)2 ⑤
由④⑤式联立,求得x=12 m.
解法3设初速度为为v0,运用平均速度关系得,9 m时对应的速度为v02,再结合基本公式,对整过程分析得0-v20=2(-a)x ⑥
前一半时间分析得
0-(v02)2=2(-a)x1 ⑦
由⑥⑦联立,求得x=12 m.
解法4设初速度为为v0,运用平均速度关系,整个过程是匀减速直线运动,则时间中点为平均速度等于初末速度和除以2,即vt2=0+v02=x2 ⑧
前一半时间运用平均速度关系得:
v1=v0+v022=34v0,
x1=v1・t2=38v0t ⑨
由⑧⑨式联立,求得x=12 m.
解法5考虑汽车刹车匀减速运动的逆过程,本题中的情境被分为了相邻的相等的两个时间段,结合初速度为零的匀加速运动的规律,得:
(x-x1)∶x1=1∶3,求出x=12 m.
图1解法6作出如图1所示的v-t图,直观地反应汽车刹车的具体情形,进而运用图象法将问题转化为求OAB的面积,得到x=12 m.
点评本题难度不大,通过收集学生的不同解法,和学生一起回顾公式和解题方法,提高学生思维的发散度,“解法1”和“解法2”是学生用的比较多的解法,涉及到运动学最基本的两个公式v=v0+at、 x=v0t+12at2.
这是运动学规律的本源,将“解法3、4、5”与上述两种解法进行比较,可以看出这3种方法中运用的规律都是由上述两个最基本公式推导出来的,在解题中却表现得更为灵活,在解题上明显具有优越性,提高解决问题的速度,特别是巧妙地运用平均速度关系和初速度为零匀加速运动的比例式,通过这些解法的反思,能够提升学生思维的敏锐度,“解法6”与前5种解法相比,更为直观,能力要求也更高,通过图像将复杂且抽象的物理问题简单的呈现,计算变得更为简捷,达到“化无形为有形”的解题境界.总体而言,通过对这道例题的诸多解法的探讨和反思,学生在回顾和内化知识的同时,在其内心也有一种对解题方法的比较,通过这一比较过程学生的思维能力自然升华,在此基础上,学生遇到稍复杂的问题会优先选择简单的解题方法.
二、综合性问题提升能力
通过例1的探究过程,学生对运动学概念和解决问题的方法有了一定的了解,从这一学情出发,可以设置一个复杂一点问题情境让学生进一步思考.
例2站台有一辆公交车以加速度a=1 m/s2由静止开始启动(可视为匀加速直线运动),启动瞬间,在公交车后方距其Δs=60 m处有一市民边走边喊追赶公交车(设市民做速度为v0的匀速直线运动).已知,只有当市民在与公交车之间的距离小于d=20 m,而且必须能持续2 s喊停车,信息才能传给司机,公交车才会被叫停,求:v0至少要多大,市民才能顺利上车?
这是一道与生活实际联系密切的“追及相遇类”问题,有一定难度,笔者将该题抛出来时,还没有和学生讲解临界问题的处理方法,学生几乎处于摸索阶段进行问题的解答,笔者首先要求学生自己应用所学规律去分析问题情境,想一想这个问题准备怎么做?接着笔者进行课堂巡视,笔者在巡视中发现,学生在思考中不仅仅想着如何搬用运动学公式,而且从例1的解法6获得了一些启发,有很多同学都将自己的分析结果画成了如图2所示的x-t图和如图3所示的v-t图,试图借助图像来寻找突破口.
图2图3然后,笔者在学生中找了两个图形作得比较标准的进行了投影和学生一起进行分析,笔者提出了一个问题:什么时候2者距离最小?从两幅图中如何得到?分析图2,可以较为直观地看出,当车子运动图像的切线与人运动图像平行时,即两者速度相同时距离最小;分析图3也可以看出两者速度相同时距离最小,实现临界点的自主发现.在找到临界点后,问题就有了突破口,选择不同的方法列出不同的方程,最后都能完成解题.笔者在课堂巡视过程中,发现学生中有两种解法.
解法1假设在t秒时人距离公交车为20 m,那么根据恰好叫停的临界可得,t秒时两者速度相等、距离最近.
两者位移之差值满足
v0t-12at2=Δs-d ①
速度关系满足v0=a(t+1)②
得t=8 s, v0=9 m/s.
解法2假设在t秒时人距离公交车为20 m,由图3的对称性可知t+2秒时人距离公交车也为20 m.
根据两者位移之, 差值列出①和
v0(t+2)-12a(t+2)2=Δs-d③
得t=8 s, v0=9 m/s.
点评让学生自主探究和体验,学生自己意识到这类追及类问题并不难,只要细心些,将实际情况逐一地分析,把可能的情况考虑周全,必然能够还原物理情境的全貌,最终得到正确的结果.
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