高中物理教材按知識結構可分為力、熱、電、光、原五大塊,其中力學部分歷來是學生感到難學的知識體系,但每年高考中力學部分卻占很大的比重,高考命題組更是熱衷于出力學綜合題來考查分析問題的能力,令不少考生望而生畏。不少老師也常發(fā)出感嘆:力學綜合題講了不少,可學生的分析問題的能力卻沒什么長進,碰到“新面孔”依然束手無策。我通過近年來的實踐研究總結出了一套行之有效的方法。
一、總結解決力學綜合題的規(guī)律與基本思路
1.規(guī)律
解決力學問題概括說有五大規(guī)律:
(1)牛頓第二定律:F=ma
?。?)兩大定理:
①動量定理:I=mv-mv;
?、趧幽芏ɡ恚篧=m(v-v)/2
?。?)兩大守恒定律:
①動量守恒定律:mv+mv=mv′+mv′
?、谀芰渴睾愣桑害=ΔE
2.基本思路
?。?)若考查有關物理量的瞬時的關系時,優(yōu)先考慮牛頓第二定律。
(2)若研究對象為單一物體時,優(yōu)先考慮兩大定理,涉及時間問題時優(yōu)先考慮動量定理,涉及位移問題時優(yōu)先考慮動能定理。
?。?)若研究對象為一相互作用的物體系,應優(yōu)先考慮兩大守恒定律,特別是出現物體間有相對位移(或相對路程)問題優(yōu)先考慮能量守恒定律。
強調指出,系統(tǒng)摩擦生熱即產生的內能為Q=fs,其中f是滑動摩擦力,s必須是相互作用物體間的相對路程。
二、精心設置問題,啟發(fā)分析題意,突破思維障礙
在教學過程中,我們常會遇到:當新內容新課題提出后,學生感到陌生,一下子找不到思路,不知從何下手。此時,若老師以自己的分析和包解答來代替學生思考,在學生還沒弄清題意前題已評講完畢。久而久之,便會形成一旦碰到稍有難度的問題學生就放棄探求的情況。即使有些老師采用自己分析、學生解答的方法亦不能真正消除學生心中的思維障礙。因此,教師要給予啟發(fā)提出一些鋪墊性問題幫助學生思考,循序漸進,在新舊知識之間架起一座橋梁,引導學生自己走,從而使學生突破解綜合題的思維難點。
例1:在光滑平直軌道—上有兩個玩具小車A與B、它們的質量分別為m=3kg,M=6kg。它們之間有一根輕繩相連,開始時繩子完全松弛,兩車緊靠在一起,如圖1,用3N的水平恒力拉B車,使B先啟動,繩繃緊后再拖A前進,在B車前進0.75m時兩車共同前進的速度v=2/3m/s。求連接兩車的繩長L。
設置問題如下:
?。?)從恒力F開始拉B車到兩車以v=2/3m/s共同前進共包含了幾個物理過程?
學生討論熱烈,但不少學生易忽視繩子繃緊這一中間隱含過程。
教師小結:此題包含三個過程。第一個過程從F開始作用到繩繃直前,第二個過程為繩子繃緊過程,第三個過程為A、B共同前進過程。
?。?)第一個過程研究對象選哪個?為什么?此過程涉及的是時間還是位移問題?優(yōu)先考慮什么規(guī)律?
對這一問題大多數學生經分析能自行解決。
教師小結:FL=mv/2,v為繩繃直前B車速度。
?。?)第二個過程研究對象選哪個?為什么?
學生:此過程為A、B通過繩子發(fā)生相互作用,應選A、B系統(tǒng)為研究對象。
?。?)繩子繃緊這一過程時間長還是短?此過程系統(tǒng)是否受外力?系統(tǒng)動量守恒嗎?
學生展開討論,但此過程學生難以理解,為此題難點所在。故此問需以老師點撥小結為主。
教師小結:在繩繃緊過秤中,A、B通過繩相互作用且作用過程極短,實為一種完全非彈性碰撞。雖然此過程系統(tǒng)仍受外力F作用,但通常認為相互作用過程先進行,在此過程中忽略外力作用。然后再開始在外力作用下的過程。這是對實際情況的高度近似,是把物體所處的條件理想化的方法,是物理學研究問題的方法之一。上述小結應予以高度重視,它是突破思維難點的關鍵。
由動量守恒得:mv=(m+m)v。
?。?)第三個過程研究對象選哪個?為什么?此過程涉及的是時間還是位移問題?優(yōu)先考慮什么規(guī)律?上式v=2/3m/s嗎?
通過前面幾個問題的分析,學生基本上可自行解決此問題。
教師小結:F(0.75-L)=(m+m)v/2-(m+m)v共
例2:如圖2,在光滑平面上停一輛平板小車,小車質量M=10kg,在小車A處放有質量為m=5kg的小物塊。現給物塊一個I=30N.s的瞬時沖量,物塊便在平板車上滑行,與固定在平板車上的水平彈簧作用后又彈回。最后剛好回到A點與小車保持相對靜止。已知物塊與小車間動摩擦因數μ=0.1。求:
?。?)彈簧壓縮過程中的最大彈性勢能E;
(2)物塊相對車通過的總路程s。
設置問題如下:
(1)從物塊開始滑行到剛好回到A處相對車靜,包含幾個物理過程?
學生:此題包含兩個過程,第一個過程為從物塊開始滑行到將彈簧壓縮至最短,第二個過程為彈簧處于壓縮最短狀態(tài)到物塊剛好回到A處相對車靜。
?。?)彈簧壓縮最短時有何特點?
學生討論,但難以分析出全部隱含條件,此處為該題難點之一。
教師小結:彈簧處于最短壓縮狀態(tài)時,彈簧中彈性勢能最大,且此時物塊與車保持瞬時相對靜止。即此刻它們速度相同。如學生基礎較差,可引導學生從受力分析開始,結合運動學中的追及問題予以啟發(fā),突破難點。
?。?)第一過程研究對象怎樣選???為什么?此過程涉及的是什么問題?優(yōu)先考慮什么規(guī)律:此問學生基本能自行完成。
教師小結:此過程涉及的是相互作用的M與m之間存在相對路程的問題,優(yōu)先考慮兩大守恒定律。
?。?)第一過程中系統(tǒng)克服一對滑動摩擦力做功而損耗的機械能轉化成了什么形式的能?怎樣來量度其大?。?br/> 學生展開討論,但應注意摩擦生熱問題亦是本題的又一難點。
教師小結:Q=fd=μmgd
系統(tǒng)動量守恒:I=mv=(M+m)v
系統(tǒng)能量守桓:μmgd=mv/2-(M+m)v/2-E
?。?)第二個過程與第一個過程涉及的問題相同嗎?兩個過程中相對路程相等嗎?
學生大多能自行處理此問。
教師小結:在明白第一個過程規(guī)律后,第二個過程就簡單了。首先它們涉及的都是存在相對路程的問題,均優(yōu)先考慮兩大守恒定律。
由(M+m)v=(M+m)v,
E+(M+m)v/2-(M+m)v/2=μmgd,
知第二過程中E實轉化為系統(tǒng)的內能。
因此可簡化為:E=μmgd。
注意到s=2d,即可求解本題。
三、小結分析思維方法,進行針對性強化訓練
通過以上分析我們不難發(fā)現,解決力學綜合題的思維方法可概括為:
?。?)劃清題中的物理過程。
?。?)分清研究對象涉及的問題。
?。?)靈活選取規(guī)律。
另外,解答力學綜合題時,如有必要可畫草圖有助審題。
總之,只要我們在教學中注重“授之以漁”,在學生掌握了分析思維方法后,再針對性地進行適當的強化訓練,就一定可以達到滿意的教學效果。