基于科學思維培養的復習課作業設計

【摘要】在高中物理教學中，科學思維的培養是至關重要的．科學思維是一種基于實證、邏輯推理和批判性思考的思維方式，對于學生的未來發展具有重要意義．物理學科的復習課是幫助學生鞏固已學知識、提升學科素養和解決問題的重要手段．本文以“變力做功”為例，探討基于科學思維培養的復習課作業設計．

【關鍵詞】變力做功；高中物理；作業設計

在復習課中，教師應注重培養學生的科學思維．首先，教師應引導學生明確學習目標，提出有深度的問題，激發學生探究的欲望．其次，通過多種教學方法和案例分析等，使學生逐步掌握科學思維的方法和技巧．此外，教師還應鼓勵學生提出疑問，勇于質疑，培養其批判性思考的能力．

1 微元法

作業1 用一個大小恒定、方向始終與運動方向相同的水平力F推小車沿半徑為R的圓周運動一周，則人做的功為（ ）

（A）0． （B）2πRF．

（C）2RF．（D）無法確定．

解析 將整個圓周分成無數微小的位移Δx，則力F的元功為W1=FΔx1，則整個元功累加可得W=FΔx1+ FΔx2+ FΔx3…….=F×2πR=2πRF.故選（B）．

點評 根據力對物體做功的定義，力對物體做的功等于力與在力的方向上發生位移的乘積，力和位移都為矢量，都可以分解和合成.在本題中，水平力F的方向和小車位移一直在變化，屬于變力做功問題．但本題中水平力F的方向始終與小車運動方向相同，而且大小不變，如果在小車運動過程中取微小的一段，移動軌跡可看做直線，將這一小段的功用恒力做功的公式計算，由于功是標量，用同樣的辦法求解其他微小過程的功，最后全部相加即可求解．培養了學生的批判性思維和創新能力．

2 平均力法

作業2 某塊石頭陷入淤泥的過程中，其所受的阻力F與深度h的關系為F=kh+F0（k，F0已知），石頭沿豎直方向做直線運動，當h=h0時，石頭陷入淤泥過程中克服阻力做的功為（ ）

（A）F0h0． （B）kF0h0．

（C）F0h0+12kh20． （D）12kh0+F0h0．

解析 由于阻力與深度為線性關系，則克服阻力做的功為W=Fh=F0+kh0+F02h0=Fh0+12kh20.故選（C）．

點評 石頭陷入淤泥的過程中，其所受的阻力F與深度h為線性關系，即阻力隨深度均勻變化，這時求解變力做功時可直接用平均作用力與位移的乘積求解．需要特別注意的是，若所受的阻力與時間為線性關系時，此方法不適用．

3 等值法

作業3 某小組用如圖1所示的輕滑輪拉動物體，輕滑輪離水平面間的高度h=1.5 m，100 N的恒力F作用于輕繩的一端，使物體從水平面上的A點運動到B點，兩點處輕繩與水平方向的夾角分別為α1=30°，α2=37°．輕繩與輕滑輪間的摩擦不計，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8．求拉力F對物體所做的功．

解析 由于輕繩的質量、輕繩與輕滑輪間的摩擦力均不計，所以F做的功和輕繩對物體的拉力做的功相等．根據幾何知識可知，輕繩的端點位移為l=hsin30°-hsin37°=13h=0.5 m，物體由A運動到B的過程中，F做的功為W=Fl=100×0.5 J=50 J，所以繩的拉力對物體所做的功也為50 J．

點評 本題中的力是恒力，但物體的位移一直在變化，很難用功的定義式W=FLcosθ求解，但如果明確物體在運動過程中沿力的方向上發生的位移，則可直接進行求解．培養了學生的科學推理能力．

4 圖象法

作業4 如圖2所示，一質量為0.4kg的小物體靜止在水平臺面上，在水平推力F的作用下從坐標原點O開始沿x軸運動，F與物體坐標x的關系如圖3所示．在x=4m時撤去力F，同時物體從平臺飛出．物體與水平臺面間的動摩擦因數為34，重力加速度g取10m/s2，不計空氣阻力．求：

（1）x=1m時，物體的加速度大小a；

（2）從坐標原點到x=4m處，水平推力所做的功W.

解析 （1）由圖3，F—x圖象知，在0～2m，F與x函數關系式為F=4+4xN，

當x=1m時，代入得F1=8N，

在0～2m運動過程中，滑動摩擦力為

f=μmg=34×0.4×10N=3N，

物體受到的合外力為F合=F1－f，

由牛頓第二定律知，物體的加速度為

a=F合m=8－30.4m/s2=12.5m/s2．

（2）由題知，力F在作用過程中變化，所以圖線與橫軸所圍成的面積即為力F做的功，則由數學關系

WF=4+122×2J+12+162×2J=44J．

點評 在0～2m和2～4m兩個過程中，力的變化規律不同，但分段考慮的話是隨位移均勻變化的，因為功是標量，可以根據平均力法求解后再進行相加，但相對較麻煩，如果認識到F-x圖象的物理意義，可通過求面積的方法求解位移．

5 結語

復習課是物理學科中培養學生科學思維的重要環節．通過科學合理地設計復習課作業，可以幫助學生鞏固知識、提高解題技能、培養科學思維和批判性思考能力．在本節作業設計中，注重了基礎性、全面性和實踐性的作業，這樣，可以提高大多數學生的學習效果，促進學生的全面發展．

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