概念驅(qū)動(dòng)思維方式助力初中物理問題的解決

黃新志

(江蘇省南通市北城中學(xué) 226011)

物理的學(xué)習(xí)方法應(yīng)該體現(xiàn)物理學(xué)的研究方法，物理現(xiàn)象來自于生活，物理概念與物理規(guī)律是前人不斷概括總結(jié)出來的.實(shí)際教學(xué)中不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過初步的淺層學(xué)習(xí)，學(xué)生“知其然而不知其所以然”的現(xiàn)象廣泛存在.在解決習(xí)題問題時(shí)，學(xué)生遇到情境相似的物理問題時(shí)，更是迷惑于“相似的物理現(xiàn)象卻有著迥異的答案”.在教學(xué)中注重物理概念與規(guī)律的形成過程，對(duì)相似情境物理習(xí)題進(jìn)行推理辨析，并理解應(yīng)用，有助于學(xué)生改進(jìn)思維方式，提高思維能力.

一、行程分段速度變化，平均速度怎么算

例題1 小明上學(xué)去時(shí)，以1m/s的速度走了5min，后來感覺時(shí)間不夠，為了不遲到，他又以1.5m/s的速度走了5min，他家離學(xué)校多遠(yuǎn)？(2)他上學(xué)走路的平均速度.

解S=S1+S2=v1t1+v2t2=1m/s×300s+1.5m/s×300s=300m+450m=750m；

解析分段路程問題是運(yùn)動(dòng)練習(xí)中的常課，總路程由兩段路程相加，學(xué)生都能解決；平均速度概念為總路程和總時(shí)間的比值，不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為“平均速度就是速度的平均值”，以上解答不正確.應(yīng)該由V=S總/t總得：V=750m/600s=1.25m/s.學(xué)生會(huì)質(zhì)疑：老師，我的答案一樣啊，怎么會(huì)錯(cuò)！答案一致，概念卻沒正確應(yīng)用，問題并沒有得到解決.

例題2 小高上山的速度是1m/s，到山頂后又沿原路返回，速度是1.5m/s，則小高上下山的平均速度是____.

以上分段的平均速度的應(yīng)用題的解答應(yīng)該從平均速度的定義的角度出發(fā)求解：全程的路程與總時(shí)間的比值.除此之外還可以通過列表法解決問題，具體如下：

例題1 表格法

例題2 表格法

表格法解決這類行程問題思路更為清晰，把已知條件填寫到相應(yīng)表格中，求出未知量即可.看似這是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的處理方式，但表格法是建立在對(duì)平均速度概念有著正確理解的基礎(chǔ)上的問題解決方法，讓學(xué)生在解題時(shí)目標(biāo)更明確，屬于概念驅(qū)動(dòng)的問題加工方式，表格法在解決合金的平均密度問題時(shí)，也能發(fā)揮作用.

二、液體壓強(qiáng)中深度怎么判斷

例題3 如圖1所示為長(zhǎng)江某水壩的示意圖.水壩左側(cè)水面高，B和C兩點(diǎn)處于同一高度，A和C兩點(diǎn)到各自液面的距離相等，水在A、B和C三點(diǎn)產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為PA、PB和PC，則( ).

圖1 圖2

A.PAPC

C.PA>PB=PCD.PA=PC

錯(cuò)解因?yàn)榫嚯x河底hA>hB=hC，所以PA>PB=PC，選C.

解析本題考點(diǎn)為液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)，影響液體內(nèi)部壓強(qiáng)大小的因素為深度，深度的定義為從研究點(diǎn)到液體與大氣相通的表面(即液體自由表面)的垂直距離.題意為hB>hA=hC，所以PA=PC

例題4 如圖2的兩個(gè)容積相同的圓筒形容器，分別裝滿不同的液體，已知距容器底部距離相等的A、B兩點(diǎn)處液體壓強(qiáng)PA=PB，則比較兩容器底部所受的液體壓力F甲、F乙和壓強(qiáng)P甲、P乙.

錯(cuò)解因?yàn)锳、B兩點(diǎn)到底部距離相等，壓強(qiáng)相等，所以ρA=ρB，容積相等，所以壓力：F甲=F乙；壓強(qiáng)：P甲=P乙.本題的錯(cuò)例還有幾種，有的學(xué)生認(rèn)識(shí)到A、B兩點(diǎn)到自由液面距離hAρ乙，質(zhì)量m甲>m乙，對(duì)底部的壓力F甲>F乙，但是壓強(qiáng)無法判斷.

解析本題甲壓力和受力面積都大于乙，利用P=F/s無法求解.回顧液體壓強(qiáng)的定義過程：因?yàn)橐后w受重力，且具有流動(dòng)性.液體對(duì)底部的壓強(qiáng)可以“分層”求，液體對(duì)甲底部的壓強(qiáng)表示為PA+PA下；乙底部的壓強(qiáng)為PB+PB下.因?yàn)棣鸭?ρ乙、深度相等，所以PA下>PB下，結(jié)合A、B兩點(diǎn)PA=PB，可以很快比較得出P甲>P乙,F甲>F乙.只有正確理解深度的概念，才能準(zhǔn)確判斷深度對(duì)液體壓強(qiáng)的影響.

三、摩擦力到底是變還是不變

例題5 如圖3所示，用手握住重5N的瓶子，此時(shí)瓶子受到的摩擦力大小為____N，方向?yàn)開___(選填“豎直向下”或“豎直向上”)，增大手對(duì)瓶子的握力，瓶子受到的摩擦力將____(選填“增大”“減小”或“不變”).

圖3

錯(cuò)解摩擦力與壓力及粗糙程度有關(guān)，當(dāng)壓力增大，摩擦力增大.因此答案為5N，豎直向上，增大.

解析我們可以提醒學(xué)生，物體前后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化？此過程中，瓶子一直靜止處于平衡狀態(tài)，符合二力平衡條件：大小相等，方向相反，作用在同一直線上.瓶子受到手豎直向上的摩擦力始終等于瓶子的重力.辨析：滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力及接觸面粗糙程度有關(guān)；靜摩擦力大小，一定要從二力平衡角度判斷分析.

例題6 如圖4所示，放在水平地面上的物體，受到方向不變的水平推力F的作用，F(xiàn)的大小與時(shí)間t的關(guān)系和物體運(yùn)動(dòng)速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示.由圖象可知當(dāng)t=1s時(shí)，物體處于____狀態(tài).t=3s時(shí)，物體受到的摩擦力為____N.

圖4

錯(cuò)解靜止?fàn)顟B(tài)，3N.

解析本題是力與運(yùn)動(dòng)的典型案例題，是“常見常錯(cuò)題”，為什么會(huì)這樣呢？開展實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)物理過程推理分析，是二力平衡的應(yīng)用的熱點(diǎn).本題借助“按要求推木塊實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行解析：在0s～2s給物體施加1N的力，速度為0，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，推力等于靜摩擦力，靜摩擦力隨推力增大而增大，二者始終相等.由圖像可知2s～4s物體加速運(yùn)動(dòng)，受滑動(dòng)摩擦力，推力大于滑動(dòng)摩擦力，摩擦力大小未知；4s～6s時(shí)，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)受平衡力，滑動(dòng)摩擦力等于推力.滑動(dòng)過程中，摩擦力不變，求解3s的摩擦力，應(yīng)該參考4s～6s平衡狀態(tài)的過程.

摩擦力怎么變化，不只是看壓力和粗糙程度，熟練掌握摩擦力概念，辨析摩擦力的性質(zhì)，開展運(yùn)動(dòng)過程重構(gòu)，分析是否處于平衡狀態(tài)，從而搭建關(guān)系式，才能順利解決問題.

物理學(xué)習(xí)過程是思維養(yǎng)成的過程，通過物理概念驅(qū)動(dòng)問題的解決，有利于提高學(xué)生的辨析能力，培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣，為今后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)起到很好的助推作用.