求解“輕質(zhì)模型”培養(yǎng)科學(xué)思維

王懷賓

摘 要：高中物理教學(xué)中“輕質(zhì)彈簧、輕桿、輕繩、輕質(zhì)綢帶等”是理想模型?！翱茖W(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新。本文介紹如何建構(gòu)“輕質(zhì)模型”，通過科學(xué)推理得到結(jié)論，并應(yīng)用結(jié)論解決實際問題。通過問題的解決過程，提高學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;理想模型;科學(xué)推理;科學(xué)論證

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式;是于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程。任何物體都是有質(zhì)量的，確切說習(xí)題中的“輕質(zhì)”物體現(xiàn)實生活中并不存在，但是當(dāng)某物體的質(zhì)量對于我們研究的問題影響因素很小時，我們經(jīng)常忽略物體的質(zhì)量，即把該物體看成無質(zhì)量的理想模型。

一、“輕質(zhì)彈簧”模型

例1.如圖1所示，四個完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同：①中彈簧的左端固定在墻上，②中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用，③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動，④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動。若認(rèn)為彈簧的質(zhì)量都為零，以l1、l2、l3、l4依次表示四個彈簧的伸長量，則有（ ）

A.l2>l1 B.l4>l3 C.l1>l3 D.l2=l4

部分學(xué)生錯認(rèn)為四種情況下運動狀態(tài)不同，彈簧彈力不同，源于不能洞悉“輕質(zhì)模型”本質(zhì)。題干中明確提出“若認(rèn)為彈簧的質(zhì)量都為零”，以彈簧為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律“F=ma”可知，彈簧質(zhì)量為零，彈簧所受合力為零，即彈簧右邊受力為F，左邊受力一定為F，彈簧受力情況完全相同，與運動狀態(tài)無關(guān)，D選項正確。

二、“輕桿模型”與“輕質(zhì)彈簧模型”

例2某緩沖裝置的理想模型如圖2所示，勁度系數(shù)足夠大的輕質(zhì)彈簧與輕桿相連，輕桿可在固定的槽內(nèi)移動，與槽間的滑動摩擦力恒為f，向右移動不超過l時，裝置可安全工作，一質(zhì)量為m的小車若以速度v0撞擊彈簧，將導(dǎo)致輕桿向右移動l/4，輕桿與槽間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，且不計小車與地面的摩擦。

（1）若彈簧的勁度系數(shù)為k，求輕桿開始移動時，彈簧的壓縮量x;

（2）為這使裝置安全工作，允許該小車撞擊的最大速度vm

綜合以上題型可以看出，生活中實際的物理情景是很復(fù)雜的，忽略次要因素的干擾，抓住事物的主要矛盾，建立物理“理想模型”是解決復(fù)雜問題的有效方法。培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建“輕質(zhì)模型”是提高科學(xué)核心素養(yǎng)的必然要求。

參考文獻(xiàn)

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