物理知识源于生活-物理教学高于生活公开课

PAGEPAGE1物理知识源于生活物理教学高于生活——2011浙江高考物理试题亮点评析及其对教学的启示浙江省诸暨中学侯位锋2011年浙江高考物理试题在选拔优秀人才、对新课程改革导向方面非常成功，在科学性和公平性方面均有很高的质量．笔者通过对试卷的仔细分析，发觉今年高考试题有许多亮点，而其中闪亮之一就是试题涉及物理知识源于生活，但对物理教学要求又应高于生活．一、部分试题评析原14题．如图所示，甲、已两人在冰面上“拔河”．两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢．若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法正确的是（）A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利解析：根据牛顿第三定律，甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，选项A错误；甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是一对平衡力，选项B错误；根据牛顿第二定律：a＝F/m，合力F相等时，甲质量大，故加速度小，在相同时间内发生的位移比乙要小，故甲能获胜，选项C正确；“拔河”比赛的输赢只与甲、乙的质量有关，与收绳速度无关，选项D错误．点评：此题源于实际生活中的“拔河”考查牛顿第三定律和牛顿第二定律的物理知识，学生感觉比较好切入，A、B选项马上确定是错误的，但是纠结与C、D选项，因为本题是在冰面上“拔河”不同与平常的“拔河”，分析其原因，学生主要是欠缺把实际问题建模的能力．原17题．“B超”可用于探测人体内脏的病变状况．下图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图．超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为（式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同．已知v2＝0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为（）肿瘤dihA．肿瘤dihC．D．肿瘤dihα解析：根据波的传播规律画出波的传播示意图，如图所示，则有，则sinα＝0.9sini．根据几何关系可得，所以，选项D正确肿瘤dihα点评：此题源于医院中超声波的应用，考查波的折射和反射，学生知道“B超”是利用超声波来探测病变，但是具体的探测原理学生不是很清楚，而此题题目给出声波的传播规律，让学生来分析探测原理，大部分学生因建立不起声波传播的数学模型而得不出正确答案．原24题．节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车．有一质量m＝1000kg的混合动力轿车，在平直公路上以v1＝90km/h匀速行驶，发动机的输出功率为P=50kW．当驾驶员看到前方有80km/h的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动L=72m后，速度变为v2＝72km/h．此过程中发动机功率的1/5用于轿车的牵引，4/5用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能．假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变．求：（1）轿车以90km/h在平直公路上匀速行驶，所受阻力F阻的大小；（2）轿车以90km/h减速到72km/h过程中，获得的电能E电；（3）轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E电，维持在72km/h匀速运动的距离L′．解析：（1）汽车牵引力与输出功率关系；P＝F牵v，将P=50Kw，v1=90km/h=25m/s代入得：F牵＝P/v1＝2×103N．当汽车匀速行驶时，牵引力和阻力相等，则F阻＝2×103N（2）在减速过程中（注意：发动机只有1/5功率用于汽车牵引）根据动能定理有代入数据得Pt＝1.575×105J电源获得电能为E电＝0.5×＝6.3×104J（3）根据题意，汽车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为F阻＝2×103N．在此过程中，由能量守恒定律可知，仅有电能用于克服阻力做功E电＝F阻L′代入数据得L′＝31.5m点评：此题源于汽车运动过程中能量的转化问题，考查动能定理和能量的转化和守恒定律，但是此题中的节能混合动力车在运动过程中能量的转化与常见汽车在运动过程中能量的转化不同，学生对常见汽车运动过程中能量的转化不是很清楚只知道一些常用的方程，而对于节能动力车在运动过程中能量转化的模型学生无法从原模型迁移而来，所以学生会列出一些方程，但是无法解答完整．原25题．如图甲所示，静电除尘装置中有一长为L、宽为b、高为d的矩形通道，其前、后面板使用绝缘材料，上、下面板使用金属材料．图乙是装置的截面图，上、下两板与电压恒定的高压直流电源相连．质量为m、电荷量为-q、分布均匀的尘埃以水平速度v0进入矩形通道，当带负电的尘埃碰到下板后其所带电荷被中和，同时被收集．通过调整两板间距d可以改变收集效率η．当d=d0时η为81%（即离下板0.81d0范围内的尘埃能够被收集）．不计尘埃的重力及尘埃之间的相互作用．（1）求收集效率为100%时，两板间距的最大值为dm；（2）求收集率η与两板间距d的函数关系；（3）若单位体积内的尘埃数为n，求稳定工作时单位时间下板收集的尘埃质量△M/△t与两板间距d的函数关系，并绘出图线．解析：（1）收集效率η为81%，即离下板0.81d0的尘埃恰好到达下板的右端边缘，设高压电源的电压为U，在水平方向有L=v0t①在竖直方向有②其中③当减少两板间距时，能够增大电场强度，提高装置对尘埃的收集效率．收集效率恰好为100%时，两板间距为dm．如果进一步减少d，收集效率仍为100%．因此，在水平方向有L=v0t④在竖直方向有⑤其中⑥联立①②③④⑤⑥可得dm＝0.9d0⑦（2）通过前面的求解可知，当时，收集效率η为100%⑧当时，设距下板x处的尘埃恰好到达下板的右端边缘，此时有⑨根据题意，收集效率为⑩联立①②③⑨⑩可得（3）稳定工作时单位时间下板收集的尘埃质量△M/△t＝ηnmbdv0当时，η＝1，因此△M/△t＝nmbdv0当时，，因此△M/△t＝绘出的图线如右图点评：此题源于实际生活中利用静电来除尘，考查带电粒子在电场中类平抛运动的规律，学生知道可以利用静电来除尘，但是具体静电除尘的原理并不清楚．题中利用类平抛的运动模型对于大部分考生还是能建立的，但是联立方程组求解的数学模型及第三小题要利用类似连续介质流体质量的计算模型，对于大部分学生来说还是有困难的．二、对教学的启示通过上述四题的分析，我们不能发现这四个试题涉及的物理知识源于生活，但又注重考查考生从现实问题中抽象出物理模型的建模能力．而考生面对这类题型失分往往比较严重，究其原因主要是两点：一、考生面对实际问题缺乏建立物理模型的意识，面对此类题目考生往往是想当然答案是什么，特别是选择题，例如前面的14题，我们的学生凭感觉，收绳速度快就赢，要计算的随便拉一些公式来套；例如前面的24题，学生根据以前讲过的汽车匀速运动时，根据F＝P/v，算下，而后面两小题拉不到公式就不知所措了，又如前面的25题，学生根据以前的题目知道带电粒子在电场中做类平抛运动，就用平抛的公式套可以写出几个公式，但是对于吸收率概念不理解、联立方程求解的数学模型不熟练及流体介质质量计算不清楚，所以无法形成正确清晰的解题思路．二、考生有物理模型，但不知物理模型是如何形成的，缺乏物理模型的迁移能力，例如14题，考生知道有摩擦的“拔河”的一些结论，但是变成无摩擦的“拔河”就不会分析了，这就是知道模型但不知模型的形成，例如24题，考生就没想到利用流体介质质量计算的模型来计算尘埃的质量，考生缺乏模型迁移的能力．实际教学过程中，我们如何来提高学生从现实问题中抽象出物理模型的建模能力呢？1．在平常的物理教学过程中，要有意识的培养学生的建模意识对学生从现实问题中抽象出物理模型的能力的培养并非是一朝一夕能培养出来的，首先需要教师把这种建模意识贯穿在教学的始终．要循序渐进地启发引导学生，使学生逐步熟悉并掌握这种科学研究的思维方法，养成良好的思维品质，使构建物理模型的意识真正成为学生思考问题的方法与习惯．例如：在自由落体运动教学中，我们可以通过理想化处理从实际的落体运动运动抽象出理想化运动——自由落体运动，同时注意与质点模型的对应，这样的教学既加深学生对概念的认识，同时使学生体会如何来建模，从而培养学生从现实问题中抽象物理模型的意识．2．在解决实际问题的思维程序训练时，加强实践指导，提高学生的建模能力不同的信息对大脑中不同的部位产生刺激作用，如文字信息传向左半脑，引起抽象思维，形成概念，完成数字计算和演绎，而具体的形象图形和图像信息将传向右半脑，引起形象思维，形成空间概念．只有在解题过程中文字信息和图形信息交替传递到大脑的左半部和右半部，使大脑皮层的兴奋中心和抑制部分在左、右半脑交替出现并相互补充，思维品质就能得到极大的提高，并能防止脑疲劳，进而保持持久的兴奋．因此我们在教学过程中，让学生通过如下的思维程序即审题→文字信息（排除干扰因素）→抽象出物理对象和物理情景→建立物理模型，从现实问题中抽象物理模型．第一步，从实际问题中提取与问题有关的文字信息，并用相应的图形或符号表示，使信息代码化．第二步，确定物理对象，建立物理情景，运用示意图帮助理解题意，分析运动、受力、能量．边审题、边画图，并一一把条件和问题用字母符号注在图上，使问题能在脑中形成完整的表象，不至于因忘记条件或问题而中断解题过程的思维去重新审题，同时，示意图能使解答问题所必须的条件同时呈现在视野内，图像成为思维的载体，视图凝思实际上是视觉思维参与了解解题的过程．第三步，建立物理模型．所以要提高学生的建模能力，关键在于教会学生如何通过审题，画示意图，从易到难，逐步消除思维障碍，这一过程教师不得包办代替学生的思维过程．另一方面在学生的学习练习过程中，重视画图习惯的培养．例如从高一开始，可把练习本的左侧折出三分之一，专门用做画图区，把图像作为建立关系、立方程的依据．画图习惯的培养需要一个过程，对应该画图而没有画图的答题应扣去大部分的分数或可让学生重做，从严要求，形成习惯．同时，重视课本插图的观察和思考，新教材的图片更为丰富，要注意指导学生如何画图、看图，建立文字和图像的联系．养成读图释义，审题画图的习惯，最终能从静态图中联想到动态变化的过程，由动态图中能看到瞬时的状态图景．不断训练学生的物理形象思维和抽象思维，建立正确物理模型．3．在习题教学中，加强模型迁移来提高学生从实际问题中抽象物理模型的能力高考中往往会碰到一些学生比较陌生的但其原理和方法却是从学生熟悉的模型中变化过来的实际问题，碰到此类问题，学生如能将熟悉的模型迁移到陌生的实际问题中来，就便于从实际问题中抽象物理模型．所以在习题教学过程中，我们应加强此类题目的设置和训练．dMNvB甲从圆管侧面看MNB乙对着液体流来的方向看例如：如图所示是电磁流量计的示意图．圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场．当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上MN两点间的电动势E，就可以知道管中液体的流量Q——单位时间流过管道横截面的液体的体积．已知管的直径为d，磁感应强度dMNvB甲从圆管侧面看MNB乙对着液体流来的方向看解析：M、N两点的电