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如何巧借生活模型解決物理問題

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一、巧借漩渦模型,速解部分圓周運動問題

如何巧借生活模型解決物理問題

圓周運動,特別是天體的圓周運動因其涉及公式多且情景相對陌生而讓學生心存畏懼,不敢動手。筆者在教學中發現,其中很多定性問題若藉助漩渦模型進行講解學生極易接受。因農村孩子對水的漩渦非常熟悉,看得多了也就知道一個泡沫在水中隨漩渦運動的情況。以下舉一個成功藉助這一模型進行類比教學,學生反映非常容易接受的例子。

例1.(2004年上海)火星有兩顆衛星,分別是火衛一和火衛二,它們的軌道近似為圓,已知火衛一的週期為7小時39分,火衛二的週期為30小時18分,則兩顆衛星相比( )

①火衛一距火星表面較近 ②火衛二的角速度較大 ③火衛一的運動速度較大 ④火衛二的向心加速度較大

A.①② B.①③ C.②④ D.③④

析:此題是2004年上海市大學聯考試題,難度不是很大,但要學生正確解答,必須對r、T、v、w、a的關係式非常熟悉,而問題往往就在公式的記憶上。如果借用漩渦模型,注意到題中火衛一的週期小於火衛二的週期,必定馬上就有火衛一距火星表面近、線速度大、受向心力大等,由此選擇B答案。根本用不著記憶公式。

類似的我們還可以把這一模型應用到電子繞核的圓周運動、帶電粒子在點電荷場中的圓周運動及玻爾理論中原子的躍遷問題等定性問題中,非常簡單易懂。

二、巧借蛋殼模型,速解相關力學問題

雞蛋對農村的孩子來說並不陌生,都知道蛋殼從外面敲破較之從裡面敲破費力(一隻弱小的雛雞就能破殼而出),但對下面這個問題就摸不著頭腦了。

例2.古今中外的建築家們為我們留下了一些形狀怪異的建築,其中較引人關注的是球形建築,其超強的防振、抗拉性是我們沒有想到的。並且這種建築用料省、空間大,最近我國正在興建的國家大劇院就是這種建築。請你利用所學的知識回答一下這種建築結構的仿生學依據是什麼?其力學原理是什麼?為什麼這種建築在最省料的同時能獲得最大空間?由此你是否明白很多物體成球形的道理?

析:此問題實際上集中了力學的、幾何的、建築的等多種知識,要很輕易地做出解釋是件困難的事,但是如果我們平時注意觀察雞蛋構造、思考“蛋殼理論”背後的東西,則此問題也就好處理了,至少不再感到陌生了。

三、巧借爬坡模型,速解波的傳播問題

機械振動和機械波的問題是整個力學知識的綜合應用,由於該部分內容綜合程度高、抽象且富於變化,學生普遍反映難學。特別是機械波的傳播問題既涉及機械振動的.相關知識又涉及波的傳播問題,更是讓學生倍感頭痛。如何更通俗易懂地講授這一問題呢?各種資料(參考書)上提供的方法可謂數不勝數,譬如,平移法、作圖法、活塞法、特殊點法等,這些方法筆者在教學實施過程中發現:儘管教師講解起來似乎挺容易的,但學生掌握的效果並不理想。平移法難在圖象平移之後的作圖(圖象法也如此),教師往往忽視了作圖就是我們的孩子天生畏懼之所在;活塞法也是筆者自己創的一種方法(假想在波形圖的上方懸掛著可以上下自由移動的活塞,在波形圖移動的過程中勢必頂動活塞上下運動,活塞的上下運動及波形圖的推動就反映了波的傳播方向和質點振動方向的關係,示意圖如下圖1),但該法要求學生有較好的空間想象能力;特殊點法則要求學生在熟知波峰、波谷、平衡位置、週期、波長等概念的前提下學會選點並選好點,這又談何容易呢?

通過反覆的教學實驗,筆者藉助農村孩子的生活體驗(爬坡)汲取他人教學模式創立了“爬坡逐陽法”。即:假想在波傳播方向的反方向有一輪太陽,我們爬坡去追趕太陽,學生都有體會:追趕太陽就是面朝太陽,這時上坡下坡自然就很清楚了(示意圖如下圖2)。反映的規律則是“上則上,下則下”,學生一聽就懂,一用就會。多年來我一直採取此法教學,學生反映很好。

其實可以用來幫助學生輕鬆自如地建立物理模型的生活現象很多。筆者曾在講解熱力學第二定律(ΔE=W+Q)時就藉助一個人的得失體會來描述這一公式,不僅很容易就讓學生掌握了符號規則,還能輕易滲透德育;而在講解光電效應中入射光頻率與光電子最大初動能及入射光強度與光電流強度的關係時就借用了生活中扔沙袋和扔沙子的生活事例等,學生很快就能掌握,這裡由於版面關係就不再贅述了。總之,只要我們善於去發掘,生活中有很多現象和模型是可以用來輔助教學和激發學生學習物理學的興趣的。