任雋燕

摘 要

“科學(xué)思維”是物理學(xué)科學(xué)科素養(yǎng)的要素之一，它主要是指高中物理中重要的思維方法，包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、推理論證等思維與方法，也是高考物理對(duì)學(xué)生的能力要求，課堂教學(xué)要致力于學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，高三復(fù)習(xí)在對(duì)整個(gè)高中所學(xué)物理知識(shí)的整合的過(guò)程中，教師通過(guò)習(xí)題的篩選、分析、變式、遷移整合知識(shí)點(diǎn)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中獲得感悟，逐步形成自己所獨(dú)有的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)方法及技巧，達(dá)成教學(xué)目的。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科核心；素養(yǎng)下；物理；復(fù)習(xí)課

高中物理涉及到變力做功的問(wèn)題都是較難的題目，學(xué)會(huì)把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題化解為若干個(gè)比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，弄清其中的物理狀態(tài)、物理過(guò)程和物理情景，找出起重要作用的因素，困難會(huì)迎刃而解。課堂教學(xué)問(wèn)題的設(shè)置，由一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)引發(fā)考，分析這類(lèi)問(wèn)題的特點(diǎn)，找出這類(lèi)的解決方法，達(dá)到以點(diǎn)帶面的效果。

問(wèn)題：如圖1，一半徑為R，粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直固定放置，直徑POQ水平。一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)上方高度R處由靜止開(kāi)始下落，恰好從P點(diǎn)進(jìn)入軌道。質(zhì)點(diǎn)滑到軌道最低點(diǎn)N時(shí)，對(duì)軌道的壓力為4mg，g為重力加速度的大小。用W表示質(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功。則

A. ，質(zhì)點(diǎn)恰好可以到達(dá)Q點(diǎn)

B. ，質(zhì)點(diǎn)不能到達(dá)Q點(diǎn)

C. ，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q后，繼續(xù)上升一段距離

D. ，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q后，繼續(xù)上升一段距離

分析：求質(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功，動(dòng)能定理結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)求出，質(zhì)點(diǎn)是恰好到達(dá)Q點(diǎn)還是越過(guò)點(diǎn)，是學(xué)生容易出錯(cuò)的點(diǎn)， 沒(méi)有仔細(xì)分析，誤認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)從N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功也等于，會(huì)選中A答案。

如圖2所示。

圓軌道上摩擦力做功是變力做功，換個(gè)單一的場(chǎng)景來(lái)重點(diǎn)討論曲面上摩擦力做功的相關(guān)因素，一個(gè)質(zhì)量為m的木塊在圓軌道上運(yùn)動(dòng)，與軌道間的摩擦因數(shù)為μ，設(shè)圓軌道半徑為R，滑到A點(diǎn)到B點(diǎn)的速度均為v，且OA和OB與豎直方向的夾角均為θ，木塊在圓軌道內(nèi)外側(cè)受力分析如同，當(dāng)木塊滑到圓軌道外側(cè)A點(diǎn)時(shí)，則有

當(dāng)木塊滑到圓軌道內(nèi)側(cè)B點(diǎn)時(shí)，則有

圓軌道上由于正壓力的變化引起滑動(dòng)摩擦力的變化，得出滑動(dòng)摩擦力做功與“速度有關(guān)”，具體的關(guān)系是：

（1）物體滑到豎直圓軌道外側(cè)任一位置時(shí)，物體運(yùn)行速度越大，所受摩擦力越小；

（2）物體滑到豎直圓軌道內(nèi)側(cè)任一位置時(shí)，物體運(yùn)行速度越大，所受摩擦力越大。

因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)再到Q點(diǎn)的過(guò)程速度不斷減小，所以質(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功比點(diǎn)從N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中克服摩擦力所做的功多，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q后，還會(huì)繼續(xù)上升一段距離，正確答案是C。圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)摩擦力做功之所以與速度有關(guān)是因?yàn)閯?dòng)摩擦力正比于正壓力，而正壓力又與向心力有關(guān)，這種問(wèn)題在高一物理學(xué)習(xí)中分析過(guò)，遺忘或放在綜合問(wèn)題中不能辨識(shí)，導(dǎo)致出錯(cuò)。

變式：如圖所示，A、B是一段粗糙程度相同的凸凹形曲面，且A與B在同一水平面上，已知完全相同的甲、乙兩物塊，甲以速度v0從A滑到B時(shí)速度變?yōu)関1，乙也以速度v0從B滑到A時(shí)速度變?yōu)関2，則v1與v2的關(guān)系是（ ）

A.v1v2 C.v1=v2 D. 無(wú)法判定

通過(guò)變式進(jìn)一步鞏固解題方法，由學(xué)生討論回答：

應(yīng)用上面兩條結(jié)論，由于摩擦，在外軌道上滑行時(shí)物塊甲的速度大于乙速度，因此在外軌道上運(yùn)行時(shí)乙受的摩擦力大于甲受的摩擦力；在內(nèi)軌道上滑行時(shí)物塊乙的速度大于甲的速度，因此在內(nèi)軌道上運(yùn)行時(shí)仍是乙受的摩擦力大，所以在全程中乙所受摩擦力均大于甲所受的摩擦力。應(yīng)用動(dòng)能定理，克服摩擦力做的功多，能量損失大，所以乙后來(lái)的速度v2小于甲后來(lái)的速度v1，從而選擇答案B。

變力做功是高中期間非常重要的物理模型之一，但摩擦力的大小和方向必須通過(guò)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)才能判定，所以摩擦力做功具有不確定性，學(xué)生對(duì)變化的摩擦力做功的認(rèn)識(shí)過(guò)于表象，無(wú)法認(rèn)識(shí)到具體問(wèn)題下包含著的物體受力、運(yùn)動(dòng)和能量等情況的關(guān)鍵信息，因而無(wú)法攻破物理問(wèn)題中的諸多難點(diǎn).教師在復(fù)習(xí)課中引導(dǎo)學(xué)生充分了解變力做功的物理特征，領(lǐng)會(huì)問(wèn)題中的物理信息，對(duì)于提高學(xué)生相關(guān)題型的分析能力和解題效率是極具重要意義的。而學(xué)生通過(guò)復(fù)習(xí)不斷的回憶、對(duì)比、問(wèn)題重組使得所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，提高理解、推理和分析綜合能力。

作者單位

江蘇省無(wú)錫市堰橋高級(jí)中學(xué) 江蘇省無(wú)錫市 214174