虞凱天

摘要：物理習(xí)題教學(xué)是物理建模思想的滲透和遷移，特別是初三復(fù)習(xí)的習(xí)題教學(xué)，建立物理模型是幫助學(xué)生走出題海的一條捷徑，也避免了盲目刷題給學(xué)生帶來低效的負(fù)面影響.學(xué)會建模，就能夠舉一反三，鍛煉學(xué)生的歸納總結(jié)能力，對物理思維的提升也有一定的幫助.

關(guān)鍵詞：滑輪;物理模型;教學(xué)啟示

題目如圖1所示，一根長為L的木棒的B端放在截面直徑為D的圓柱體上，使木棒保持水平.用水平恒力F推木棒的A端，使圓柱體在水平地面上向前勻速滾動.設(shè)木棒與圓柱體、圓柱體與地面間均無滑動現(xiàn)象，當(dāng)把木棒從圖甲位置推至圖乙位置時，推力F做的功為（）

A.FL/2

B.FL+ πD

C.2FL

D.2FL +2πD

答案C

思路分析 根據(jù)題目情境，可以把圓柱體和細(xì)棒抽象成物理模型——動滑輪，利用甲、乙兩次位置變化來進(jìn)行分析.假設(shè)“動滑輪”移動距離為a，“繩子”相對于“動滑輪”移動的距離為L，“繩子”自由端移動的距離包括“動滑輪”移動的距離加上“繩子”相對于滑輪移動的距離.所以結(jié)合動滑輪的特點，可以列出等式：a+L=2a，所以a=L，如圖2所示.所以推力F移動的距離為L+L=2L，即求得推力做功為2FL.

對物理習(xí)題教學(xué)的啟發(fā)如下：

1 重視規(guī)律教學(xué)，善于把握學(xué)情

很多規(guī)律看起來是那么理所應(yīng)當(dāng)，比如滑輪有關(guān)力和距離的變化規(guī)律，但是教學(xué)過程中要善于蹲下來，想一想學(xué)生可能會出現(xiàn)的認(rèn)知問題，從思維建構(gòu)的層面去突破，找到知識建構(gòu)的腳手架.

2 重視知識變式，學(xué)會融會貫通

改頭換面，可以考查學(xué)生對知識的遷移能力和應(yīng)用能力.突破常規(guī)問題模式，力求找出學(xué)生的認(rèn)知思維障礙.

思維變式1 （2013江西）在測“滑輪組機械效率”的實驗中，瑞瑞同學(xué)在與動滑輪相切的細(xì)繩上作一標(biāo)記A（如圖3甲所示），然后用大小為F的拉力勻速豎直向上提升總重為G的鉤碼.當(dāng)鉤碼上升的高度為日時，瑞瑞同學(xué)在與動滑輪相切的細(xì)繩上作另一標(biāo)記B，并測得AB兩點間的距離為2H（如圖乙所示）.（不計摩擦與繩重）求：（1）動滑輪的重力G1;（2）滑輪組的機械效率;（3）如果減少鉤碼的個數(shù)，滑輪組的機械效率會如何變化？

答案（1）動滑輪的重力G1為3F-G;

（2）滑輪組的機械效率G/3F×100%;

（3）如果減少鉤碼的個數(shù)，滑輪組的機械效率降低.

評析 這道題目最為關(guān)鍵的是看清楚“2H”不是繩子移動的距離，而是繩子相對于動滑輪移動的距離，繩子自由端移動的距離是滑輪移動的距離H加上繩子相對于動滑輪移動的距離2H，因為繩子自由端移動的距離應(yīng)該是兩次A點之間的距離.

思維變式2 如圖4所示裝置為實驗室用輕繩繞成的滑輪組.懸掛的重物G =4.8N，當(dāng)重物靜止于任意位置時，手對輕繩的拉力均為F1 =1.8N;當(dāng)重物勻速上升時，手對輕繩的拉力為F2=2.ON，且重物上升過程中動滑輪恰好轉(zhuǎn)過l圈，已知動滑輪周邊凹槽的周長C =0. 3m，求：

（1）動滑輪的重力;

（2）重物上升過程中的有用功、總功以及滑輪組的機械效率.

答案（1）0.6N;（2）0.72J，0.9J，80%.

評析 本題關(guān)鍵在于理解“物重上升過程中動滑輪恰好轉(zhuǎn)過1圈”的含義.繩子與滑輪是不滑動的，繩子在運動，滑輪也在上升，所以動滑輪轉(zhuǎn)過一周，繩子拉過一周，這一周應(yīng)是繩子相對于滑輪移動的距離.

3 重視物理建模，凸顯物理本質(zhì)

物理學(xué)就是一部模型構(gòu)建史，物理學(xué)家往往把研究對象抽象為理想模型并借助這些模型來揭示對象客體的本質(zhì)與規(guī)律.滑輪問題在力學(xué)中有重要的地位，對于定滑輪和動滑輪模型構(gòu)建，有利于學(xué)生理解和應(yīng)用.

本文試圖將定滑輪和動滑輪概括成正立、倒立和水平三種狀態(tài)模型（都是勻速拉動），并用相同的思維范式將這些模型統(tǒng)一起來.

（1）定滑輪之正立模型（如圖5所示）

各處的拉力特點：①F1= F2;②F3= G定+F1+ F2

各處的距離變化：S1= S2

（2）定滑輪之水平模型（如圖6所示）

正立模型是最好理解的，在此基礎(chǔ)上，將定滑輪水平放置，分析得出的規(guī)律也是統(tǒng)一的.

分析力和距離的關(guān)系：

各處的拉力特點：F1= F2 =f

各處的距離變化：S1= S2

（3）動滑輪之正立模型（不計滑輪自重）（如圖7所示）

從最易理解的模型開始，厘清規(guī)律，

分析力和距離的關(guān)系：

各處的拉力特點：Fz= F3=0.5F1

各處的距離變化：S2=S3=2S1=2S4

（4）動滑輪之水平模型（如圖8所示）

層層遞進(jìn)，給思維搭建腳手架，同樣利用對比遷移.

分析力和距離的關(guān)系：

各處的拉力特點：F2= F3=0.SF1

各處的距離變化：S2= S3 =2Si= 2S4

（5）動滑輪之倒立模型（如圖9所示）

分析力和距離的關(guān)系：

各處的拉力特點：F2= F3=0.SF1，所以F1= F2+F3 =2F2 =2F3

若此時動滑輪自重不能忽略，則Fi=F2+ F3+G動

各處的距離變化：S2= S3 =2S1= 2S4

初中物理題目變化萬千，但是如果能在解題訓(xùn)練的過程中善于整理物理模型，可把習(xí)題做薄，讓學(xué)生在思維根源處理解命題意圖、解題策略以及知識遷移和應(yīng)用.物理模型的構(gòu)建，也可以幫助學(xué)生跳出題海，有效減輕學(xué)生的理科學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，跳出理科學(xué)習(xí)誤區(qū)，能起到事半功倍的效果.