自制教具在解答物理高考題中的妙用

朱廣明

【摘要】自制教具的使用在日常教學中能將抽象的物理問題具體化，將復雜的問題簡單化.然而，高考試題中有較多的抽象復雜問題，教師可用自制教具化解難點，本文分析高考試題中充分利用自制教具，可以起到輕松建立物理模型的作用.

【關鍵詞】自制教具；高中物理；解題技巧

例1 （2020年山東卷第12題）如圖1所示，平面直角坐標系的第一和第二象限分別存在磁感應強度大小相等、方向相反且垂直于坐標平面的勻強磁場，圖中虛線方格為等大正方形.一位于Oxy平面內的剛性導體框abcde在外力作用下以恒定速度沿y軸正方向運動（不發生轉動）.從圖示位置開始計時，4s末bc邊剛好進入磁場.在此過程中，導體框內感應電流的大小為I， ab邊所受安培力的大小為F，二者與時間t的關系圖象，可能正確的是（??? ）

解析 可以在白紙上作出題目中的平面直角坐標系并在第一、二象限分別標注磁場方向，在y軸負方向作出單位長度，利用透明塑料作一個剛性導體框abcde，讓導體框按照題目中的要求運動，讓學生對照該教具思考分析導體框運動過程中各個物理量的變化，這樣更直觀、也更容易，并回歸到電磁感應部分的單桿模型、雙桿模型.當然也可以用類似的自制教具探究體驗此過程.

學生平時學習物理知識時，養成這種積極主動利用身邊一切可用物品制作成的教具進行探究思考的習慣，不僅有利于問題的解決，而且更能增強學生學習物理的興趣，使抽象的物理情景在頭腦中形成直觀的表象，進而建立起相應的物理模型，久而久之，自然也就提高了自己的物理學科素養，高考解題時就能達到化難為易、化繁為簡的奇妙效果.

2021年湖南卷第13題用到了磁聚焦模型和磁控束模型，建議教師可以先制作出磁聚焦模型和磁控束模型的視頻課件，再用各種顏色的透明塑料紙裁剪制作出這兩個物理模型的自制教具，先讓學生觀看視頻課件，再用自制教具加以演示觀摩，如此學生更容易理解其原理，那么解答這道高考題也就水到渠成了.

2023年山東卷第17題，教師可以引導學生用硬紙板結合圓形彩色紙片模擬探究其過程，用圓形彩色紙片模擬帶電粒子、用畫有組合場的硬紙片模擬組合場，思考探究帶電粒子的運動過程并引導學生分析解決問題.

以上是電學中的一些物理情景較為抽象的題目，在力學中也有很多值得利用自制教具進行輔助思考的題目.

例2 （2017年全國卷Ι第21題）如圖2，柔軟輕繩ON的一端O固定，其中間某點M拴一重物，用手拉住繩的另一端N，初始時，OM豎直且MN被拉直，OM與MN之間的夾角為α（α>π/2），現將重物向右上方緩慢拉起，并保持夾角α不變.在OM由豎直被拉到水平的過程中（??? ）

（A）MN上的張力逐漸增大.

（B）MN上的張力先增大后減小.

（C）OM上的張力逐漸增大.

（D）OM上的張力先增大后減小.

解析 教師在講評這一題目時，可以找一根柔軟輕繩和一重物，固定輕繩一端，重物栓在M點，從圖示位置向右上方緩慢拉起，保持夾角α不變，演示OM從豎直到水平過程，可以在OM和MN上連著彈簧測力計或力傳感器，最好是后者，這樣能直觀地看出兩段繩上力的變化.再由此回歸到力的合成與分解中常用的平行四邊形定則模型和三角形定則模型.

2016年全國卷Ι第35題，可以讓學生用兒童玩的小高壓水槍來演示，讓水槍向上穩定的噴水，在水柱上面放置一底部為平板的玩具，讓玩具靜止于水柱上某一位置，通過增大和減小水速讓學生觀察玩具靜止的位置有何不同，來創設這一情景，啟發學生思考玩具懸停在空中時，其底面相對于噴口的高度可能與哪些因素有關.并引導學生將此問題回歸到流體中的動量模型和功能關系模型中的動能定理模型和機械能守恒模型.

另外，力學中有些較為復雜的運動過程和碰撞過程同樣可以引導學生利用自制教具進行模擬探究，例如2023年山東卷第18題.

還有很多實驗題的情景，也是在原有教材的基礎上，做了生活化的改進，這些能用自制教具演示的實驗可以盡可能的進行演示，例如2020年山東卷第13題，教師可以在課堂上用手機、墊塊、木板、小物塊進行演示，同時可配合大屏幕投影.目的就是為了讓學生領悟這種測量該處重力加速度的方法，并將此問題建模至斜面模型.

在熱學、光學部分也有很多可以用到自制教具的地方.

2022年山東卷第15題，教師可以用透明飲料瓶、透明氣球各一上口對口套在一起的模擬魚鰾來還原這一較新的物理情景，啟發引導學生建立牛頓第二定律模型和玻意耳定律模型來解答這兩個問題.再如，2020年山東卷第15題，教師在講評這一道題時，可以準備好這樣的火罐和抽氣拔罐來現場操作.熱學這一部分常見U型管可以用輸液管來替代，容器可以用注射器、飲料瓶等來替代.其他的連通裝置也可以用輸液管、注射器、飲料瓶來組裝使用.

2023年山東卷第5題，教師可以引導學生用玻璃磚配合玻璃片實驗演示這一劈尖干涉模型，同卷第16題教師仍然可以引導學生用玻璃磚進行實驗探究折射模型、全反射模型.

即便在原子物理部分，仍然可以制作一些動畫視頻和自制教具來模擬探究.例如2023年山東卷第1題，教師可以用制作出的氫原子躍遷的動畫課件結合自制教具模型進行演示操作，讓學生領悟氫原子能級躍遷模型圖.其他的像光電效應、α粒子散射實驗、康普頓效應等我們都可以制作出相應的動畫視頻二維演示，再用相應的自制教具進行三維模擬，讓同學們通過觀摩來領悟原子物理中的抽象模型.

近幾年的高考試題中都有在三維空間中建模的題目，所以很有必要制作常見的立體模型讓學生加以觀摩，例如：球體、正方體、長方體、正四面體、棱柱、棱錐等.

結語

高考題往往是通過設置真實的問題情景，當然這些情景可以是開放性的、多元性的，考查考生的模型構建能力和靈活運用所學知識分析解決問題的能力，目的在于引導考生由“解題”向“解決問題”轉變.并且難度較大的物理高考題，往往物理情景較為抽象，教師可以制作符合情景的教具進行演示，以幫助學生加深對題意的理解，進而構建出相應的物理模型，從而達到化難為易、事半功倍的解題效果，真正體現出自制教具在解題中的妙用.

更進一步，如果學生能積極主動的制作自制學具去操作物理實驗或模擬物理情景，來分析解決物理問題，再加上自己的創意，這無疑是自制教具的深邃魅力和深遠影響.

參考文獻：

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