【摘要】在高中物理教學(xué)中，科學(xué)思維的培養(yǎng)是至關(guān)重要的．科學(xué)思維是一種基于實(shí)證、邏輯推理和批判性思考的思維方式，對(duì)于學(xué)生的未來發(fā)展具有重要意義．物理學(xué)科的復(fù)習(xí)課是幫助學(xué)生鞏固已學(xué)知識(shí)、提升學(xué)科素養(yǎng)和解決問題的重要手段．本文以“變力做功”為例，探討基于科學(xué)思維培養(yǎng)的復(fù)習(xí)課作業(yè)設(shè)計(jì)．

【關(guān)鍵詞】變力做功；高中物理；作業(yè)設(shè)計(jì)

在復(fù)習(xí)課中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維．首先，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，提出有深度的問題，激發(fā)學(xué)生探究的欲望．其次，通過多種教學(xué)方法和案例分析等，使學(xué)生逐步掌握科學(xué)思維的方法和技巧．此外，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生提出疑問，勇于質(zhì)疑，培養(yǎng)其批判性思考的能力．

1 微元法

作業(yè)1 用一個(gè)大小恒定、方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相同的水平力F推小車沿半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)一周，則人做的功為（ ）

（A）0． （B）2πRF．

（C）2RF．（D）無法確定．

解析 將整個(gè)圓周分成無數(shù)微小的位移Δx，則力F的元功為W1=FΔx1，則整個(gè)元功累加可得W=FΔx1+ FΔx2+ FΔx3…….=F×2πR=2πRF.故選（B）．

點(diǎn)評(píng) 根據(jù)力對(duì)物體做功的定義，力對(duì)物體做的功等于力與在力的方向上發(fā)生位移的乘積，力和位移都為矢量，都可以分解和合成.在本題中，水平力F的方向和小車位移一直在變化，屬于變力做功問題．但本題中水平力F的方向始終與小車運(yùn)動(dòng)方向相同，而且大小不變，如果在小車運(yùn)動(dòng)過程中取微小的一段，移動(dòng)軌跡可看做直線，將這一小段的功用恒力做功的公式計(jì)算，由于功是標(biāo)量，用同樣的辦法求解其他微小過程的功，最后全部相加即可求解．培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新能力．

2 平均力法

作業(yè)2 某塊石頭陷入淤泥的過程中，其所受的阻力F與深度h的關(guān)系為F=kh+F0（k，F(xiàn)0已知），石頭沿豎直方向做直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)h=h0時(shí)，石頭陷入淤泥過程中克服阻力做的功為（ ）

（A）F0h0． （B）kF0h0．

（C）F0h0+12kh20． （D）12kh0+F0h0．

解析 由于阻力與深度為線性關(guān)系，則克服阻力做的功為W=Fh=F0+kh0+F02h0=Fh0+12kh20.故選（C）．

點(diǎn)評(píng) 石頭陷入淤泥的過程中，其所受的阻力F與深度h為線性關(guān)系，即阻力隨深度均勻變化，這時(shí)求解變力做功時(shí)可直接用平均作用力與位移的乘積求解．需要特別注意的是，若所受的阻力與時(shí)間為線性關(guān)系時(shí)，此方法不適用．

3 等值法

作業(yè)3 某小組用如圖1所示的輕滑輪拉動(dòng)物體，輕滑輪離水平面間的高度h=1.5 m，100 N的恒力F作用于輕繩的一端，使物體從水平面上的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，兩點(diǎn)處輕繩與水平方向的夾角分別為α1=30°，α2=37°．輕繩與輕滑輪間的摩擦不計(jì)，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8．求拉力F對(duì)物體所做的功．

解析 由于輕繩的質(zhì)量、輕繩與輕滑輪間的摩擦力均不計(jì)，所以F做的功和輕繩對(duì)物體的拉力做的功相等．根據(jù)幾何知識(shí)可知，輕繩的端點(diǎn)位移為l=hsin30°-hsin37°=13h=0.5 m，物體由A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，F(xiàn)做的功為W=Fl=100×0.5 J=50 J，所以繩的拉力對(duì)物體所做的功也為50 J．

點(diǎn)評(píng) 本題中的力是恒力，但物體的位移一直在變化，很難用功的定義式W=FLcosθ求解，但如果明確物體在運(yùn)動(dòng)過程中沿力的方向上發(fā)生的位移，則可直接進(jìn)行求解．培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)推理能力．

4 圖象法

作業(yè)4 如圖2所示，一質(zhì)量為0.4kg的小物體靜止在水平臺(tái)面上，在水平推力F的作用下從坐標(biāo)原點(diǎn)O開始沿x軸運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)與物體坐標(biāo)x的關(guān)系如圖3所示．在x=4m時(shí)撤去力F，同時(shí)物體從平臺(tái)飛出．物體與水平臺(tái)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為34，重力加速度g取10m/s2，不計(jì)空氣阻力．求：

（1）x=1m時(shí)，物體的加速度大小a；

（2）從坐標(biāo)原點(diǎn)到x=4m處，水平推力所做的功W.

解析 （1）由圖3，F(xiàn)—x圖象知，在0～2m，F(xiàn)與x函數(shù)關(guān)系式為F=4+4xN，

當(dāng)x=1m時(shí)，代入得F1=8N，

在0～2m運(yùn)動(dòng)過程中，滑動(dòng)摩擦力為

f=μmg=34×0.4×10N=3N，

物體受到的合外力為F合=F1－f，

由牛頓第二定律知，物體的加速度為

a=F合m=8－30.4m/s2=12.5m/s2．

（2）由題知，力F在作用過程中變化，所以圖線與橫軸所圍成的面積即為力F做的功，則由數(shù)學(xué)關(guān)系

WF=4+122×2J+12+162×2J=44J．

點(diǎn)評(píng) 在0～2m和2～4m兩個(gè)過程中，力的變化規(guī)律不同，但分段考慮的話是隨位移均勻變化的，因?yàn)楣κ菢?biāo)量，可以根據(jù)平均力法求解后再進(jìn)行相加，但相對(duì)較麻煩，如果認(rèn)識(shí)到F-x圖象的物理意義，可通過求面積的方法求解位移．

5 結(jié)語

復(fù)習(xí)課是物理學(xué)科中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要環(huán)節(jié)．通過科學(xué)合理地設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課作業(yè)，可以幫助學(xué)生鞏固知識(shí)、提高解題技能、培養(yǎng)科學(xué)思維和批判性思考能力．在本節(jié)作業(yè)設(shè)計(jì)中，注重了基礎(chǔ)性、全面性和實(shí)踐性的作業(yè)，這樣，可以提高大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展．

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