巧借生活模型速解物理问题

巧借生活模型速解物理问题

巧借生活模型速解物理问题文/田志波摘 要：高中物理学是一门集逻辑思维能力、空间想象能力、数字建模运算能力等众多能力要求于一体的学科，是学生普遍认为难学的课程，特别是对于农村薄弱中学的学生更是如此。对此做了一定的尝试，现就如何借助生活模型帮助学生解决物理问题举例予以说明，以供交流学习。关键词：物理；力学；问题一、巧借漩涡模型，速解部分圆周运动问题圆周运动，特别是天体的圆周运动因其涉及公式多且情景相对陌生而让学生心存畏惧，不敢动手。笔者在教学中发现，其中很多定性问题若借助漩涡模型进行讲解学生极易接受。因农村孩子对水的漩涡非常熟悉，看得多了也就知道一个泡沫在水中随漩涡运动的情况。以下举一个成功借助这一模型进行类比教学，学生反映非常容易接受的例子。例1.（2004年上海）火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比（ ）①火卫一距火星表面较近 ②火卫二的角速度较大 ③火卫一的运动速度较大 ④火卫二的向心加速度较大A.①② B.①③ C.②④ D.③④析：此题是2004年上海市高考试题，难度不是很大，但要学生正确解答，必须对r、T、v、w、a的关系式非常熟悉，而问题往往就在公式的记忆上。如果借用漩涡模型，注意到题中火卫一的周期小于火卫二的周期，必定马上就有火卫一距火星表面近、线速度大、受向心力大等，由此选择B答案。根本用不着记忆公式。类似的我们还可以把这一模型应用到电子绕核的圆周运动、带电粒子在点电荷场中的圆周运动及玻尔理论中原子的跃迁问题等定性问题中，非常简单易懂。二、巧借蛋壳模型，速解相关力学问题鸡蛋对农村的孩子来说并不陌生，都知道蛋壳从外面敲破较之从里面敲破费力（一只弱小的雏鸡就能破壳而出），但对下面这个问题就摸不着头脑了。例2.古今中外的建筑家们为我们留下了一些形状怪异的建筑，其中较引人关注的是球形建筑，其超强的防振、抗拉性是我们没有想到的。并且这种建筑用料省、空间大，最近我国正在兴建的国家大剧院就是这种建筑。请你利用所学的知识回答一下这种建筑结构的仿生学依据是什么？其力学原理是什么？为什么这种建筑在最省料的同时能获得最大空间？由此你是否明白很多物体成球形的道理？析：此问题实际上集中了力学的、几何的、建筑的等多种知识，要很轻易地做出解释是件困难的事，但是如果我们平时注意观察鸡蛋构造、思考“蛋壳理论”背后的东西，则此问题也就好处理了，至少不再感到陌生了。三、巧借爬坡模型，速解波的传播问题机械振动和机械波的问题是整个力学知识的综合应用，由于该部分内容综合程度高、抽象且富于变化，学生普遍反映难学。特别是机械波的传播问题既涉及机械振动的相关知识又涉及波的传播问题，更是让学生倍感头痛。如何更通俗易懂地讲授这一问题呢？各种资料（参考书）上提供的方法可谓数不胜数，譬如，平移法、作图法、活塞法、特殊点法等，这些方法笔者在教学实施过程中发现：尽管教师讲解起来似乎挺容易的，但学生掌握的效果并不理想。平移法难在图象平移之后的作图（图象法也如此），教师往往忽视了作图就是我们的孩子天生畏惧之所在；活塞法也是笔者自己创的一种方法（假想在波形图的上方悬挂着可以上下自由移动的活塞，在波形图移动的过程中势必顶动活塞上下运动，活塞的上下运动及波形图的推动就反映了波的传播方向和质点振动方向的关系，示意图如下图1），但该法要求学生有较好的空间想象能力；特殊点法则要求学生在熟知波峰、波谷、平衡位置、周期、波长等概念的前提下学会选点并选好点，这又谈何容易呢？通过反复的教学实验，笔者借助农村孩子的生活体验（爬坡）汲取他人教学模式创立了“爬坡逐阳法”。即：假想在波传播方向的反方向有一轮太阳，我们爬坡去追赶太阳，学生都有体会：追赶太阳就是面朝太阳，这时上坡下坡自然就很清楚了（示意图如下图2）。反映的规律则是“上则上，下则下”，学生一听就懂，一用就会。多年来我一直采取此法教学，学生反映很好。其实可以用来帮助学生轻松自如地建立物理模型的生活现象很多。笔者曾在讲解热力学第二定律（ΔE=W+Q）时就借助一个人的得失体会来描述这一公式，不仅很容易就让学生掌握了符号规则，还能轻易渗透德育；而在讲解光电效应中入射光频率与光电子最大初动能及入射光强度与光电流强度的关系时就借用了生活中扔沙袋和扔沙子的生活事例等，学生很快就能掌握，这里由于版面关系就不再赘述了。总之，只要我们善于去发掘，生活中有很多现象和模型是可以用来辅助教学和激发学生学习物理学的兴趣的。（作者单位 湖南省桃源县第四中学）