谈对物理过程分析的教学指导

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  在中专物理知识中,许多问题总是与“过程”有关,如“运动过程”、“受力过程”、“做功过程”、“气态变化过程”等。所以在解决问题时,学生的过程分析能力显得尤其重要,所谓“过程分析”就是将一个复杂的处理过程经过思维整理,分解成几个简单的有规律的子过程,并找出几个子过程之间的相互联系和制约条件。这种分析能在学生头脑里形成一个生动而清晰的情景,找到解决问题的简捷方法。对物理过程的分析,其本身也是培养学生思维能力,分析问题能力的有效途径。因此,必须重视对物理过程分析的教学指导。
  
  一、 掌握基本概念和规律是正确分析物理过程的基础
  
  有些学生在分析物理过程时,往往会根据在头脑里形成的物理概念来判断或推测物理过程的发展趋势的结果。比如,物体的速度越大,惯性就越大,铁块比木块重等。为了排除这种干扰,就必须指导学生透彻地理解要领的内涵和外延,然后通过逻辑推理得出正确的判断。
  【例1】物块从曲面上的Q点自由滑下,通过静止的粗糙水平传送带后落到地面上的P点。若使传送带随皮带轮沿逆时针方向运动,再把该物块放到Q点自由下滑,那么( )。
  (A)它将落在P点的左边?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇(B)它将落在P点的右边
  (C)它将落在P点?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇 ?摇?摇?摇?摇?摇?摇 (D)它可能落不到地面上
  错解:有些学生认为,物块在传送带上运动时,若传送带向左滑动,物块受到的摩擦力增加,摩擦力做功增加,物块到达传送带右端的速度较小,故落在P点的左边,选(A)。
  分析:取物块为研究对象,在两种情况下物块均受到滑动摩擦力的作用,应满足f=uN,由于正压力N=mg不变,f不变,在两种情况下物块从左瑞运动到右端的位移相同,所以物块运动到传送带右端相同,落在P点,故选(C)。
  
  二、 重视演示,把复杂的处理过程直观地展现在学生面前
  
  在一些习题中出现的物理过程,学生往往在实际生活中很少会遇到,或虽然遇到过但没有注意观察和思考,这样,学生头脑中就形不成清晰的动态物理情景,常给物理过程的分析带来一定的困难。如果能通过演示,将这一过程生动、直观地展现在学生面前,学生就很容易找到这一过程的特点和所遵守的规律,问题就迎刃而解了。
  【例2】小球质量为m,细线长为L,线的一端固定在O点,另一端和小球连接,现将小球拉到图示位置,从静止开始释放,求小球到达最低点的速度。
  错解:小球从A点运动到B点的过程中,
  mg(L+ )= mvV = 。
  分析:得出以上错误结果的原因是没有弄清这个过程。如果进行实验,则可使学生认识到这一过程是由两个子过程组成的,第一个子过程是从A到P,小球做自由落体运动,可求出小球在P点的速度V= 。在P点细线被拉直,由于球受到线的拉力,使小球沿法向方向的速度V 减小到零,这时有机械能损失;第二个过程是小球从P点以V 从为初速度运动到圆周运动路径最低点B,在这一过程中根据机械能守恒可列式 mv+mg = mv。在P点将V正交分解,可知,v =vcos30°= v= 代入前式使可求出v = 。
  
  三、通过画正确的示意图,找出物理目程中的定量关系
  
  一些物理过程中的物理量之间的关系常常是隐含在题目之中的,而它们之间的关系往往要通过画出正确的示意图后才能找到。值得指出的是,画图过程是解题者大脑对题目提供的信息进行加工处理的过程,是形式和逻辑思维共同作用的结果。一般说来,能正确地画出示意图,也就意味着能基本弄清物理过程和它所遵循的规律了。
  【例3】一物体放在光滑的斜面上,设斜面G与地面之间没有摩擦,则在物体沿斜面自由下滑的过程中,斜面对物体的作用力( )。
  (A) 不垂直斜面,做功为零
  (B) 不垂直斜面,做功不为零
  (C) 垂直斜面,做功为零
  (D) 垂直斜面,做功不为零
  错解:有些学生认为因物体受到的支持力垂直于斜面,支持力做功必为零,故选(C)。
  分析:由于地面光滑,根据系统在水平方向的动量守恒可知,物体下滑时斜面会向右运动。画出的过程示意图,从图中可看出支持力N和物体的位移AB不再垂直,支持力做负功,故应选(D)。
  
  四、物理过程的分析,要注意从临状态作为突破口
  
  通常一个复杂的物理过程中的几个子过程可以遵守不同的规律,当物体从一种运动过程转化为另一种运动过程时,往往要经过一个临界状态(或转折点),那么就抓住了过程的关键特征,从而可使物理过程化繁为简。
  【例4】小球在软质弹簧的正上方自由下落。
  小球和软质弹簧从接触起直到速度为零的过程中,下列关于小球运动状态的几种描述中正确的是()。
  (A) 小球的速度越来越小
  (B)小球的加速度越来越小
  (C)小球受的合外力越来越大
  (D)小球的速度最大时加速度为零
  分析:小球在压缩弹簧的整个过程中要分为两个子过程来讨论,其中在“平衡位置”B点有kx=mg,这是一个临界点。在A到B的过程中,F<mg,合外力向下,加速度方向向下与速度方向一致,物体做加速度运动:(↑表示增大,↓表示减小)当X↑?圯F↑=KX?圯F ↓=Mg-F?圯F • 。在B到C的过程中,kx>mg,合外力方向向上,加速度方向向上与速度方向相反;当当X↑?圯F↑=KX?圯F ↓=kx-mg?圯a↑=F • 。所以在整个过程中,速度先增后减,加速度先减后增,B点是临界状态,此时速度最大,加速度为零,故应选(D)。
  五、 找出适当的中间量,利用子过程之间的相互关系解决问题
  在将物理过程分成几个子过程,加以分析,解决问题时,应充分利用子过程之间的相互联系,而中间量应是联系子过程的关键物理量。
  【例5】一小球从塔顶自由下落,在最后一秒内通过的位移是25M,求塔高。(g=10m/s)
  分析:此题可将整个过程分成AB和BC这两个子过程,塔高AC=AB+AC,则求得AB就可解决问题,而BC是包含已知物理量的子过程,AB与BC联系的桥梁是B点的速度V,V是AB过程的末速度,却又是BC过程的初速度。
  通过对BC的研究求得V,代入AB过程求AB,即可解决问题,则有:
  解:设B点速度为V,塔高为y,AB段位移为y′,BC段位移为y″。
  y″=vt+ gt
  25=v+ ×10
  v=20(m/s)
  y′= = =20(m)
  y=y′+y″=45(m)
  答:塔高为45米。
  综上所述,对学生加强物理过程分析的教学指导,把复杂过程分解成几个子过程去分析问题,在方法和分析能力训练上可以起到举一反三的作用。平时只要加强训练,对学生的理解、推理,分析综合等方面能力的提高将起到事半功倍的效果。
  
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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