讓物理實(shí)驗(yàn)貫穿習(xí)題教學(xué)

蔣天林

(江蘇省六合高級中學(xué),江蘇 南京 211500)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué).在物理習(xí)題教學(xué)過程中,可以引導(dǎo)學(xué)生動手,做一些操作簡易、現(xiàn)象明顯的小實(shí)驗(yàn),將物理過程可視化,從而改變傳統(tǒng)的物理習(xí)題教學(xué)方式,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣;通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析物體的受力、運(yùn)動情況,將復(fù)雜、抽象的思維過程轉(zhuǎn)化為簡單、直觀的思維過程.將物理情境由過程轉(zhuǎn)化為結(jié)果、抽象轉(zhuǎn)化為具體、隱性轉(zhuǎn)化為顯性、靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動態(tài)、空間轉(zhuǎn)化為平面等.使學(xué)生加深對相關(guān)物理現(xiàn)象、物理過程、物理規(guī)律的理解,培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究問題的意識,讓習(xí)題教學(xué)充滿實(shí)驗(yàn)味.通過多年的教學(xué)實(shí)踐,形成了如圖1所示的習(xí)題教學(xué)流程.

圖1 習(xí)題教學(xué)流程圖

1 將過程轉(zhuǎn)化為結(jié)果

例1.如圖2所示,A、B是兩只相同的齒輪,A被固定不動,若B齒輪繞A齒輪轉(zhuǎn)動半周,到達(dá)圖中的C的位置,則B齒輪上所標(biāo)的豎直向上的箭頭所指的方向是

圖2 示意圖

(A) 豎直向上. (B) 豎直向下.

(C) 水平向左. (D) 水平向右.

實(shí)驗(yàn):用兩個(gè)一元硬幣或兩個(gè)膠帶圓盤,也可用紙剪做兩個(gè)“紙圓”,在其中的一個(gè)膠帶圓盤或“紙圓”上畫上箭頭,用膠帶紙把一個(gè)一元硬幣、無箭頭的膠帶圓盤或“紙圓”固定在桌上,將另一個(gè)一元硬幣、有箭頭的膠帶圓盤或“紙圓”按題意繞它轉(zhuǎn)半周.

結(jié)論:豎直向上[選項(xiàng)(A)正確].

解析:學(xué)生通過思考后發(fā)現(xiàn),當(dāng)B繞著固定的A轉(zhuǎn)動時(shí),B是以A的圓心為圓心做圓周運(yùn)動.設(shè)齒輪齒徑為r,則B繞A轉(zhuǎn)動的半徑為2r,B繞A齒輪運(yùn)動半周通過的路程為2πr,齒輪B繞自己的圓心轉(zhuǎn)動的圓心角為θ=2πr/r=2π,即齒輪B繞自己的圓心轉(zhuǎn)了一圈,所以箭頭指向?yàn)樨Q直向上.

點(diǎn)評:利用一元硬幣、膠帶圓盤或“紙圓”轉(zhuǎn)動的實(shí)驗(yàn)演示,先將計(jì)算的過程直接轉(zhuǎn)化為最后的結(jié)果,再引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)的物理知識解釋原因.

2 將抽象轉(zhuǎn)化為具體

例2.如圖3所示,在xOy平面內(nèi)存在方向垂直xOy平面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場.原點(diǎn)O處的粒子源連續(xù)不斷地發(fā)射速度大小為v0、方向與x軸正方向?yàn)棣冉堑牧Ｗ?同時(shí)粒子源沿速度v0方向緩慢移動,粒子的質(zhì)量為m、電荷量為-q(q>0),不計(jì)粒子重力和粒子間的相互作用.求粒子打在x軸上的坐標(biāo)范圍.

圖3 示意圖

實(shí)驗(yàn):引導(dǎo)學(xué)生用紙做一個(gè)“紙圓”,然后將該圓沿粒子運(yùn)動的速度方向平移,如圖4所示.

圖4 示意圖

結(jié)論:過坐標(biāo)原點(diǎn)的“紙圓”與x軸的交點(diǎn)為粒子打在x軸上最近點(diǎn);當(dāng)“紙圓”運(yùn)動到圖4中A位置時(shí),“紙圓”與x軸的交點(diǎn)為粒子打在x軸上最遠(yuǎn)點(diǎn).

點(diǎn)評:利用“紙圓”平移的實(shí)驗(yàn)演示,將抽象的動態(tài)過程可視化,便于學(xué)生理解較為抽象、復(fù)雜的動態(tài)過程.

3 將隱性轉(zhuǎn)化為顯性

例3.如圖5所示,兩個(gè)可視為點(diǎn)電荷的帶正電小球A和B,A球系在一根不可伸長的絕緣細(xì)線一端,繞過定滑輪,在細(xì)繩的另一端施加拉力F,B球固定在絕緣座上,位于定滑輪的正下方.現(xiàn)緩慢拉動細(xì)繩,使A球緩慢移動到定滑輪處,此過程中,B球始終靜止,忽略定滑輪大小和摩擦,下列判斷正確的是

圖5 示意圖

(A) B球受到的庫侖力先增大后減小.

(B) 拉力F一直增大.

(C) 地面對絕緣座的支持力一直減少.

(D) A球的電勢能先不變后減少.

實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示,兩球帶電后拉動細(xì)線,當(dāng)用鋁箔紙包裹的泡沫塑料小球靜止后,再緩慢拉動小球到定滑輪處,觀察它的運(yùn)動軌跡.為便于觀察,以固定在絕緣座上球的球心為圓心,小球靜止的位置到固定在絕緣座上球的球心距離為半徑,用粉筆在木板上畫一圓弧.

圖6 實(shí)驗(yàn)裝置

結(jié)論:A球先繞B球緩慢轉(zhuǎn)到定滑輪的正下方,再從定滑輪正下方緩慢向上移動到定滑輪.

圖7 受力分析圖

點(diǎn)評:利用實(shí)驗(yàn)得到A球先繞B球緩慢轉(zhuǎn)到定滑輪的正下方,再從定滑輪正下方緩慢向上移動到定滑輪處.從而將隱性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為顯性過程,引導(dǎo)學(xué)生思考,激發(fā)學(xué)生思維.

4 將靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動態(tài)

圖8 示意圖

實(shí)驗(yàn):(1) 如圖9所示,一個(gè)同學(xué)在桌面上以較小的速度勻速拖動白紙,另一同學(xué)將沾有印泥的小鋼球從A點(diǎn)以較大的初速度在白紙上與白紙同向運(yùn)動,直到相對靜止;(2) 將另一沾有印泥的小鋼球靜放在緊靠B的C處,勻速拖動白紙,直到相對靜止.

圖9 示意圖

結(jié)論:劃痕是由物體與傳送帶相對運(yùn)動形成的.兩次相對運(yùn)動方向相反,劃痕長度等于較長的相對位移大小.

圖10 受力分析圖

圖11 受力分析圖

點(diǎn)評:通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察到小鋼球和白紙的運(yùn)動,將靜態(tài)的“傳送帶”轉(zhuǎn)化為動態(tài)的“傳送帶”,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,積極思考劃痕產(chǎn)生的原因,加深對物體與傳送帶相對運(yùn)動的理解.

5 將空間轉(zhuǎn)化為平面

例5.如圖12為“貓捉老鼠”的動畫游戲:在 一個(gè)邊長為a的正方體木箱的頂角A處,老鼠從貓的爪中逃出而奔向木箱的另一頂角G處的鼠洞.若老鼠的奔跑速率恒為v,且只能沿著木箱的棱運(yùn)動,而貓可以沿木箱的表面運(yùn)動,則貓應(yīng)沿怎樣的路線勻速率奔跑,方能以最小的速率恰在G處再次捉住老鼠,其最小速率u為多少?

圖12 貓捉老鼠示意圖

實(shí)驗(yàn):引導(dǎo)學(xué)生用紙剪拼一個(gè)立方體“紙箱”進(jìn)行模擬貓奔跑實(shí)驗(yàn).

結(jié)論:將用紙剪拼成的立方體“紙箱”中貓奔跑路線涉及到的兩個(gè)相互垂直的平面展開到同一平面內(nèi),如圖13所示.當(dāng)A、P、G3點(diǎn)共線時(shí)是貓奔跑的最短路線.

圖13 展開平面圖

點(diǎn)評:通過“紙箱”的展開,將不在同一平面內(nèi)運(yùn)動的空間問題轉(zhuǎn)化為同一平面內(nèi)運(yùn)動的平面問題,大大降低問題的思維難度,從而將空間問題平面化了.