物理知識源于生活-物理教學(xué)高于生活公開課

PAGEPAGE1物理知識源于生活物理教學(xué)高于生活——2011浙江高考物理試題亮點(diǎn)評析及其對教學(xué)的啟示浙江省諸暨中學(xué)侯位鋒2011年浙江高考物理試題在選拔優(yōu)秀人才、對新課程改革導(dǎo)向方面非常成功，在科學(xué)性和公平性方面均有很高的質(zhì)量．筆者通過對試卷的仔細(xì)分析，發(fā)覺今年高考試題有許多亮點(diǎn)，而其中閃亮之一就是試題涉及物理知識源于生活，但對物理教學(xué)要求又應(yīng)高于生活．一、部分試題評析原14題．如圖所示，甲、已兩人在冰面上“拔河”．兩人中間位置處有一分界線，約定先使對方過分界線者為贏．若繩子質(zhì)量不計(jì)，冰面可看成光滑，則下列說法正確的是（）A．甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對平衡力B．甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是作用力與反作用力C．若甲的質(zhì)量比乙大，則甲能贏得“拔河”比賽的勝利D．若乙收繩的速度比甲快，則乙能贏得“拔河”比賽的勝利解析：根據(jù)牛頓第三定律，甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對作用力與反作用力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是一對平衡力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律：a＝F/m，合力F相等時(shí)，甲質(zhì)量大，故加速度小，在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移比乙要小，故甲能獲勝，選項(xiàng)C正確；“拔河”比賽的輸贏只與甲、乙的質(zhì)量有關(guān)，與收繩速度無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．點(diǎn)評：此題源于實(shí)際生活中的“拔河”考查牛頓第三定律和牛頓第二定律的物理知識，學(xué)生感覺比較好切入，A、B選項(xiàng)馬上確定是錯(cuò)誤的，但是糾結(jié)與C、D選項(xiàng)，因?yàn)楸绢}是在冰面上“拔河”不同與平常的“拔河”，分析其原因，學(xué)生主要是欠缺把實(shí)際問題建模的能力．原17題．“B超”可用于探測人體內(nèi)臟的病變狀況．下圖是超聲波從肝臟表面入射，經(jīng)折射與反射，最后從肝臟表面射出的示意圖．超聲波在進(jìn)入肝臟發(fā)生折射時(shí)遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為（式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分別是超聲波在肝外和肝內(nèi)的傳播速度），超聲波在腫瘤表面發(fā)生反射時(shí)遵循的規(guī)律與光的反射規(guī)律相同．已知v2＝0.9v1，入射點(diǎn)與出射點(diǎn)之間的距離是d，入射角為i，腫瘤的反射面恰好與肝臟表面平行，則腫瘤離肝臟表面的深度h為（）腫瘤dihA．腫瘤dihC．D．腫瘤dihα解析：根據(jù)波的傳播規(guī)律畫出波的傳播示意圖，如圖所示，則有，則sinα＝0.9sini．根據(jù)幾何關(guān)系可得，所以，選項(xiàng)D正確腫瘤dihα點(diǎn)評：此題源于醫(yī)院中超聲波的應(yīng)用，考查波的折射和反射，學(xué)生知道“B超”是利用超聲波來探測病變，但是具體的探測原理學(xué)生不是很清楚，而此題題目給出聲波的傳播規(guī)律，讓學(xué)生來分析探測原理，大部分學(xué)生因建立不起聲波傳播的數(shù)學(xué)模型而得不出正確答案．原24題．節(jié)能混合動力車是一種可以利用汽油及所儲存電能作為動力來源的汽車．有一質(zhì)量m＝1000kg的混合動力轎車，在平直公路上以v1＝90km/h勻速行駛，發(fā)動機(jī)的輸出功率為P=50kW．當(dāng)駕駛員看到前方有80km/h的限速標(biāo)志時(shí)，保持發(fā)動機(jī)功率不變，立即啟動利用電磁阻尼帶動的發(fā)電機(jī)工作給電池充電，使轎車做減速運(yùn)動，運(yùn)動L=72m后，速度變?yōu)関2＝72km/h．此過程中發(fā)動機(jī)功率的1/5用于轎車的牽引，4/5用于供給發(fā)電機(jī)工作，發(fā)動機(jī)輸送給發(fā)電機(jī)的能量最后有50%轉(zhuǎn)化為電池的電能．假設(shè)轎車在上述運(yùn)動過程中所受阻力保持不變．求：（1）轎車以90km/h在平直公路上勻速行駛，所受阻力F阻的大??；（2）轎車以90km/h減速到72km/h過程中，獲得的電能E電；（3）轎車僅用其在上述減速過程中獲得的電能E電，維持在72km/h勻速運(yùn)動的距離L′．解析：（1）汽車牽引力與輸出功率關(guān)系；P＝F牽v，將P=50Kw，v1=90km/h=25m/s代入得：F牽＝P/v1＝2×103N．當(dāng)汽車勻速行駛時(shí)，牽引力和阻力相等，則F阻＝2×103N（2）在減速過程中（注意：發(fā)動機(jī)只有1/5功率用于汽車牽引）根據(jù)動能定理有代入數(shù)據(jù)得Pt＝1.575×105J電源獲得電能為E電＝0.5×＝6.3×104J（3）根據(jù)題意，汽車在平直公路上勻速行駛時(shí)受到的阻力仍為F阻＝2×103N．在此過程中，由能量守恒定律可知，僅有電能用于克服阻力做功E電＝F阻L′代入數(shù)據(jù)得L′＝31.5m點(diǎn)評：此題源于汽車運(yùn)動過程中能量的轉(zhuǎn)化問題，考查動能定理和能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，但是此題中的節(jié)能混合動力車在運(yùn)動過程中能量的轉(zhuǎn)化與常見汽車在運(yùn)動過程中能量的轉(zhuǎn)化不同，學(xué)生對常見汽車運(yùn)動過程中能量的轉(zhuǎn)化不是很清楚只知道一些常用的方程，而對于節(jié)能動力車在運(yùn)動過程中能量轉(zhuǎn)化的模型學(xué)生無法從原模型遷移而來，所以學(xué)生會列出一些方程，但是無法解答完整．原25題．如圖甲所示，靜電除塵裝置中有一長為L、寬為b、高為d的矩形通道，其前、后面板使用絕緣材料，上、下面板使用金屬材料．圖乙是裝置的截面圖，上、下兩板與電壓恒定的高壓直流電源相連．質(zhì)量為m、電荷量為-q、分布均勻的塵埃以水平速度v0進(jìn)入矩形通道，當(dāng)帶負(fù)電的塵埃碰到下板后其所帶電荷被中和，同時(shí)被收集．通過調(diào)整兩板間距d可以改變收集效率η．當(dāng)d=d0時(shí)η為81%（即離下板0.81d0范圍內(nèi)的塵埃能夠被收集）．不計(jì)塵埃的重力及塵埃之間的相互作用．（1）求收集效率為100%時(shí)，兩板間距的最大值為dm；（2）求收集率η與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系；（3）若單位體積內(nèi)的塵埃數(shù)為n，求穩(wěn)定工作時(shí)單位時(shí)間下板收集的塵埃質(zhì)量△M/△t與兩板間距d的函數(shù)關(guān)系，并繪出圖線．解析：（1）收集效率η為81%，即離下板0.81d0的塵埃恰好到達(dá)下板的右端邊緣，設(shè)高壓電源的電壓為U，在水平方向有L=v0t①在豎直方向有②其中③當(dāng)減少兩板間距時(shí)，能夠增大電場強(qiáng)度，提高裝置對塵埃的收集效率．收集效率恰好為100%時(shí)，兩板間距為dm．如果進(jìn)一步減少d，收集效率仍為100%．因此，在水平方向有L=v0t④在豎直方向有⑤其中⑥聯(lián)立①②③④⑤⑥可得dm＝0.9d0⑦（2）通過前面的求解可知，當(dāng)時(shí)，收集效率η為100%⑧當(dāng)時(shí)，設(shè)距下板x處的塵埃恰好到達(dá)下板的右端邊緣，此時(shí)有⑨根據(jù)題意，收集效率為⑩聯(lián)立①②③⑨⑩可得（3）穩(wěn)定工作時(shí)單位時(shí)間下板收集的塵埃質(zhì)量△M/△t＝ηnmbdv0當(dāng)時(shí)，η＝1，因此△M/△t＝nmbdv0當(dāng)時(shí)，，因此△M/△t＝繪出的圖線如右圖點(diǎn)評：此題源于實(shí)際生活中利用靜電來除塵，考查帶電粒子在電場中類平拋運(yùn)動的規(guī)律，學(xué)生知道可以利用靜電來除塵，但是具體靜電除塵的原理并不清楚．題中利用類平拋的運(yùn)動模型對于大部分考生還是能建立的，但是聯(lián)立方程組求解的數(shù)學(xué)模型及第三小題要利用類似連續(xù)介質(zhì)流體質(zhì)量的計(jì)算模型，對于大部分學(xué)生來說還是有困難的．二、對教學(xué)的啟示通過上述四題的分析，我們不能發(fā)現(xiàn)這四個(gè)試題涉及的物理知識源于生活，但又注重考查考生從現(xiàn)實(shí)問題中抽象出物理模型的建模能力．而考生面對這類題型失分往往比較嚴(yán)重，究其原因主要是兩點(diǎn)：一、考生面對實(shí)際問題缺乏建立物理模型的意識，面對此類題目考生往往是想當(dāng)然答案是什么，特別是選擇題，例如前面的14題，我們的學(xué)生憑感覺，收繩速度快就贏，要計(jì)算的隨便拉一些公式來套；例如前面的24題，學(xué)生根據(jù)以前講過的汽車勻速運(yùn)動時(shí)，根據(jù)F＝P/v，算下，而后面兩小題拉不到公式就不知所措了，又如前面的25題，學(xué)生根據(jù)以前的題目知道帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，就用平拋的公式套可以寫出幾個(gè)公式，但是對于吸收率概念不理解、聯(lián)立方程求解的數(shù)學(xué)模型不熟練及流體介質(zhì)質(zhì)量計(jì)算不清楚，所以無法形成正確清晰的解題思路．二、考生有物理模型，但不知物理模型是如何形成的，缺乏物理模型的遷移能力，例如14題，考生知道有摩擦的“拔河”的一些結(jié)論，但是變成無摩擦的“拔河”就不會分析了，這就是知道模型但不知模型的形成，例如24題，考生就沒想到利用流體介質(zhì)質(zhì)量計(jì)算的模型來計(jì)算塵埃的質(zhì)量，考生缺乏模型遷移的能力．實(shí)際教學(xué)過程中，我們?nèi)绾蝸硖岣邔W(xué)生從現(xiàn)實(shí)問題中抽象出物理模型的建模能力呢？1．在平常的物理教學(xué)過程中，要有意識的培養(yǎng)學(xué)生的建模意識對學(xué)生從現(xiàn)實(shí)問題中抽象出物理模型的能力的培養(yǎng)并非是一朝一夕能培養(yǎng)出來的，首先需要教師把這種建模意識貫穿在教學(xué)的始終．要循序漸進(jìn)地啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生逐步熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)，使構(gòu)建物理模型的意識真正成為學(xué)生思考問題的方法與習(xí)慣．例如：在自由落體運(yùn)動教學(xué)中，我們可以通過理想化處理從實(shí)際的落體運(yùn)動運(yùn)動抽象出理想化運(yùn)動——自由落體運(yùn)動，同時(shí)注意與質(zhì)點(diǎn)模型的對應(yīng)，這樣的教學(xué)既加深學(xué)生對概念的認(rèn)識，同時(shí)使學(xué)生體會如何來建模，從而培養(yǎng)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)問題中抽象物理模型的意識．2．在解決實(shí)際問題的思維程序訓(xùn)練時(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐指導(dǎo)，提高學(xué)生的建模能力不同的信息對大腦中不同的部位產(chǎn)生刺激作用，如文字信息傳向左半腦，引起抽象思維，形成概念，完成數(shù)字計(jì)算和演繹，而具體的形象圖形和圖像信息將傳向右半腦，引起形象思維，形成空間概念．只有在解題過程中文字信息和圖形信息交替?zhèn)鬟f到大腦的左半部和右半部，使大腦皮層的興奮中心和抑制部分在左、右半腦交替出現(xiàn)并相互補(bǔ)充，思維品質(zhì)就能得到極大的提高，并能防止腦疲勞，進(jìn)而保持持久的興奮．因此我們在教學(xué)過程中，讓學(xué)生通過如下的思維程序即審題→文字信息（排除干擾因素）→抽象出物理對象和物理情景→建立物理模型，從現(xiàn)實(shí)問題中抽象物理模型．第一步，從實(shí)際問題中提取與問題有關(guān)的文字信息，并用相應(yīng)的圖形或符號表示，使信息代碼化．第二步，確定物理對象，建立物理情景，運(yùn)用示意圖幫助理解題意，分析運(yùn)動、受力、能量．邊審題、邊畫圖，并一一把條件和問題用字母符號注在圖上，使問題能在腦中形成完整的表象，不至于因忘記條件或問題而中斷解題過程的思維去重新審題，同時(shí)，示意圖能使解答問題所必須的條件同時(shí)呈現(xiàn)在視野內(nèi)，圖像成為思維的載體，視圖凝思實(shí)際上是視覺思維參與了解解題的過程．第三步，建立物理模型．所以要提高學(xué)生的建模能力，關(guān)鍵在于教會學(xué)生如何通過審題，畫示意圖，從易到難，逐步消除思維障礙，這一過程教師不得包辦代替學(xué)生的思維過程．另一方面在學(xué)生的學(xué)習(xí)練習(xí)過程中，重視畫圖習(xí)慣的培養(yǎng)．例如從高一開始，可把練習(xí)本的左側(cè)折出三分之一，專門用做畫圖區(qū)，把圖像作為建立關(guān)系、立方程的依據(jù)．畫圖習(xí)慣的培養(yǎng)需要一個(gè)過程，對應(yīng)該畫圖而沒有畫圖的答題應(yīng)扣去大部分的分?jǐn)?shù)或可讓學(xué)生重做，從嚴(yán)要求，形成習(xí)慣．同時(shí)，重視課本插圖的觀察和思考，新教材的圖片更為豐富，要注意指導(dǎo)學(xué)生如何畫圖、看圖，建立文字和圖像的聯(lián)系．養(yǎng)成讀圖釋義，審題畫圖的習(xí)慣，最終能從靜態(tài)圖中聯(lián)想到動態(tài)變化的過程，由動態(tài)圖中能看到瞬時(shí)的狀態(tài)圖景．不斷訓(xùn)練學(xué)生的物理形象思維和抽象思維，建立正確物理模型．3．在習(xí)題教學(xué)中，加強(qiáng)模型遷移來提高學(xué)生從實(shí)際問題中抽象物理模型的能力高考中往往會碰到一些學(xué)生比較陌生的但其原理和方法卻是從學(xué)生熟悉的模型中變化過來的實(shí)際問題，碰到此類問題，學(xué)生如能將熟悉的模型遷移到陌生的實(shí)際問題中來，就便于從實(shí)際問題中抽象物理模型．所以在習(xí)題教學(xué)過程中，我們應(yīng)加強(qiáng)此類題目的設(shè)置和訓(xùn)練．dMNvB甲從圓管側(cè)面看MNB乙對著液體流來的方向看例如：如圖所示是電磁流量計(jì)的示意圖．圓管由非磁性材料制成，空間有勻強(qiáng)磁場．當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域時(shí)，測出管壁上MN兩點(diǎn)間的電動勢E，就可以知道管中液體的流量Q——單位時(shí)間流過管道橫截面的液體的體積．已知管的直徑為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度dMNvB甲從圓管側(cè)面看MNB乙對著液體流來的方向看解析：M、N兩點(diǎn)的電