探索使高中物理课堂教学充满生命活力的活力因子

探索使课堂教学充满生命力的活力因子摘要：1．“错”→将错就错→错中求真；2．“问”→问中生疑→疑中寻真；3．“变”→变中不变→变中探真；4．“动”→动中感觉→觉中悟真；本文从四个方面以实例阐述了学生自身的课堂学习行为是使物理课堂充满生命力的宝贵源泉。关键词：活力因子；错中求真；疑中悟真；动中探真；变中探真。学生自身的课堂学习行为是使课堂生命力的宝贵源泉——活力因子。新课程改革极大程度地解放了学生的学习观念、释放了学习的时间和空间。课堂教学由“一言堂”转向了“互动式”和“探究式”。那么，如何站在教学主体——学生的角度上来认识并探求物理课堂的活力因子，使物理课堂充满鲜活的生命力呢?以下是笔者从多年的教学经验中得到的几点思考、探索和体会。1．活力因子：“错”将错就错错中求真教学反馈中学生各种各样的的回答可以从正反两方面给教学带来新的契机。学生之间存在着明显的个体差异，而正是这种个体差异蕴藏着巨大的财富。能给出精彩准确答案的学生老师当然喜欢，而对于那些答错的、答偏的、甚至不会答的学生要么不屑地说声“坐下”，要么回敬一句“你怎么这么简单的题都不会做呢?”，甚至可能会让学生站着听，……。其实，正是这些学生的各种内涵和外延不同的答案，甚至是错误的答案，可以给教学提供最具体的、最鲜活的反思、感悟和加深的机会。正确的答案让学生对知识进一步强化巩固；然而不完美、不完善，甚至是错误的答案，从反方向作用于学生（和老师）的学习和思维，则会使他们对疑难的知识获得更深刻、更完整、更理性的认识。例1：[02年全国高考·26·20分]蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为1.2s。若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小。（g=10m/s2）例2质量为M的小车，以速度v0在光滑水平地面前进，上面站着一个质量为m的人，问：当人以相对车的速度u向后水平跳出后，车速度为多大？错解一：设人跳出后的瞬间车速为v，则其动量为Mv，根据动量守恒定律有：(M＋m)v0＝Mv【错解原因】:动量守恒的对象应为车和人的系统，而错解一中把人跳离车后的动量丢掉了，即以系统的一部分(车)来代替系统(车和人)。（动量守恒的系统性）错解二：设人跳出后的车速为v，车的动量为Mv，人的动量为m(u+v)，根据动量守恒定律有：(M+m)v0=Mv+m(u＋v)【错解原因】:是没有考虑到，人跳离车前后动量方向的变化。而是简单地采用了算术和忽略了动量的矢量性。（动量的矢量性）错解三：设车的前进方向为正方向，人在跳出车后，车的动量为Mv，人的动量为-mu，根据动量守恒定律有：(M＋m)v0＝Mv-mu【错解原因】错误在于参考系发生变化了。人跳离前人与车的动量是相对地的。人跳离车后车的动量(Mv)也是相对地的，而人跳离车后人的动量(mu)却是相对于车而言的，所以答案不对。（动量的相对性）错解四：设车的前进方向为正方向，则人跳出车后小车的动量Mv，人的动量为-m(u-v0)，根据动量守恒定律有：(M＋m)v0＝Mv-m(u-v0)【错解原因】错误在于对速度的瞬时性的分析。v0是人未跳离车之前系统(M＋m)的速度，-m(u-v0)就不能代表人跳离车后瞬间人的动量。（动量的同时性）【分析解答】选地面为参照系，以小车前进的方向为正方向，根据动量守恒定律有：(M＋m)v0=Mv-m(u-v)【评析】应用动量守恒定律解题时应注意几个方面。(1)系统性，动量守恒定律是对一个物体系统而言的，具有系统的整体性，而不能对系统的一个部分，如本题错解一。(2)矢量性，动量守恒是指系统内部各部分动量的矢量和保持不变，在解题时必须运用矢量法则来计算而不能用算术方法，如本题错解二。(3)相对性，动量守恒定律中系统在作用前后的动量都应是相对于同一惯性参考系而言。如系统的各部分所选取的参考系不同，动量守恒不成立。如本题错解三。(4)同时性，一般来说，系统内的各部分在不同时刻具有不同的动量，系统在某一时刻的动量，应该是此时刻系统内各部分的瞬时动量的矢量和。这样从头到尾，学生可能在不断地出“错”，每“错”一次他们就会在对知识咀嚼、消化、吸收一次。重要的是老师始终对学生的评价隐“错”不说，如此既保护了学生的自尊心，又为学生学习思考提供了广阔的、宽松的空间。2．活力因子：“问”问中生疑疑中悟真学生的思想往往是淳朴而不够成熟的，他们难免提出一些认识狭隘、偏激或是理解上有偏颇、有误差的问题。抓住这些问题因势利导，“问则疑”、“疑则思”、“思则通”，把学生的思维引向科学、引向成熟，在思想的碰撞中点燃学生智慧的火花，从而激发出教学内在的活力。例3．如图所示，一辆质量M=2kg的平板车左端放有质量m=3kg的小滑块，滑块与平板车之间的动摩擦因数µ=0.4，开始时平板车和滑块共同以v0=2m/s的速度在光滑水平面上向右运动，并与竖直墙壁发生碰撞，设碰撞时间极短且碰撞后平板车速度大小保持不变，但方向与原来相反．平板车足够长，以至滑块不会滑到平板车右端．（取g＝10m/s2）求：（1)平板车第一次与墙壁碰撞后向左运动的最大距离；(2）平板车第二次与墙壁碰撞前瞬间的速度v2；(3）若滑块始终不会滑到平板车右端，平板车至少多长．解析:平板车第一次与竖直墙壁发生碰撞后速度大小保持不变，但方向与原来相反．在此过程中，由于时间极短，故滑块m的速度与其在车上的位置均未发生变化．此外，由于相对运动，滑块m和平板车间将产生摩擦力，两者均做匀减速运动，由于平板车质量小，故其速度减为0时，滑块m仍具有向右的不为0的速度，此时起，滑块m继续减速，而平板车反向加速一段时间后，滑块M和平板车将达到共同速度，一起向右运动，与竖直墙壁发生第二次碰撞……（1）设平板车第一次碰墙壁后，向左移动s1，速度减为0.（由于系统总动量向右，平板车速度为0时，滑块还具有向右的速度）．根据动能定理有：一21µmgs1=0一21Mv02代入数据得：2201221220.43103Mvsmmg(2)假如平板车在第二次碰墙前还未和滑块相对静止，平板车又加速到2m/s，滑块的速度则大于2m/s，方向均向右，这显然不符合动量守恒定律．所以平板车在第二次碰墙前肯定已和滑块具有共同速度v2.此即平板车碰墙瞬间的速度mv0一Mv0＝（M＋m）v2，20010.4/5mMvvvmsmM(3）平板车与墙壁第一次碰撞后到滑块与平板车又达到共同速度v前的过程，可用图（解）(a)(b)(c）表示．图(a)为平板车与墙碰撞后瞬间滑块与平板车的位置，图(b)为平板车到达最左端时两者的位置，图（c）为平板车与滑块再次达到共同速度时两者的位置．在此过程中滑块动能减少等于摩擦力对滑块所做功µmgs//，平板车动能减少等于摩擦力对平板车所做的功µmgs/，其中s/,s分别为滑块和平板车的位移．滑块和平板车动能总减少为µmgL，其中L＝s/+s//为滑块相对平板车的位移．此后，平板车与墙壁发生多次碰撞，每次情况与此类似，最后停在墙边．设滑块相对平板车总位移为L,则有：21(M＋m)v02=µmgL,220525220.43106MmvLmmgL即为平板车的最短长度．例4．如图所示，甲、乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏。甲和他的冰车总质量共为30kg，乙和他的冰车总质量也是30kg。游戏时，甲推着一个质量为15kg的箱子和他一起以2m/s的速度滑行，乙以同样大小的速度迎面滑来。为了避免相撞，甲突然将箱子滑冰面推给乙，箱子滑到乙处，乙迅速抓住。若不计冰面摩擦，求甲至少以多大速度（相对地）将箱子推出，才能避免与乙相撞？【错解】设甲与他的冰车以及乙与他的冰车的质量为M，箱子的质量为m，开始时他们的速率为v0，为了不与乙相碰。错解一：甲必须停止，所以，对甲和他的冰车及箱子，推出前后满足动量守恒，由动量守恒定律：（M+m）v0=0+mv错解二：乙接到箱子后停下，所以，对箱子及乙和他的冰车，接到箱子前后动量守恒，设箱子的运动方向为正方向，由动量守恒定律有：mv-Mv0=0【错解原因】在此题中，有两个关键问题必须弄清楚，第一，“不相撞”的意义，是否意味着一个物体停下，实际上，不相撞的意义就是两个物体的速度相等（同向情况）。物体停止运动，也不一定就撞不上。如本题错解二。按照错解答案我们可知，当甲用4m/s的速度推箱子，箱子以4m/s的速度迎面向乙滑去，与乙相互作用后，乙与箱子都停下来了。那么，此时甲停了吗？我们可以继续完成本题，设甲推出箱子的速度为v'，对甲和箱子，（以甲和箱子的初速度为正），由动量守恒定律有：（M+m）v0=Mv'+mv解得：v'=1m/s。符号为正，说明甲以4m/s的速度推出箱子后继续向前运动，而乙接住箱子后要停下，这样甲就与乙相撞，所以4m/s的速度太小了。结果不符合题目要求。第二个关键在于不仅要不相撞，而且还要求甲推箱子的速度为最小，即若甲用相当大的速度推箱子，乙接到箱子后还会后退，这样就不满足“至少”多大的条件了，错解一即是这样，将所求的数据代入可以得知，乙和箱子将以0.67m/s的速度后退。【分析解答】要想刚好避免相撞，要求乙抓住箱子后与甲的速度正好相等，设甲推出箱子后的速度为v1，箱子的速度为v，乙抓住箱子后的速度为v2。对甲和箱子，推箱子前后动量守恒，以初速度方向为正，由动量守恒定律：（M+m）v0=mv+Mv1①对乙和箱子，抓住箱子前后动量守恒，以箱子初速方向为正，由动量守恒定律有：mv-Mv0=（m+M）v2②刚好不相撞的条件是：v1=v③联立①②③解得：v=5.2m/s，方向与甲和箱子初速一致。【评析】本题从动量守恒定律的应用角度看并不难，但需对两个物体的运动关系分析清楚（乙和箱子、甲的运动关系如何，才能不相撞）。这就需要我们要将“不相撞”的实际要求转化为物理条件，即：甲、乙可以同方向运动，但只要乙的速度不小于甲的速度，就不可能相撞。课堂教学中由学生提出的一个良好的问题情景，教师不轻易放过，而是因势利导启发学生共同参与结合教学内容投入讨论，既尊重了学生,又保护激励了学生的积极性，更有利于强化学生对身边的物理现象探究欲望。在应用知识解决实际问题的过程中，要鼓励学生提出不同的意见与建议。爱因斯坦曾说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”“而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”只有发现问题，才能推动学生不断地带着疑问去思考、研究，才能解决问题，才能创新。3、活力因子：“变”变中不变变中探真例5.如图所示，一质量为M的平板车B放在光滑水平面上，在其右端放一质量为m的小木块A，m＜M,A、B间动摩擦因数为μ，现给A和B以大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向左运动，B开始向右运动，最后A不会滑离B，求：（1）A、B最后的速度大小和方向；（2）从地面上看，小木块向左运动到离出发点最远处时，平板车向右运动的位移大小。解析：（1）由A、B系统动量守恒定律得：Mv0-mv0=（M+m）v所以v=mMmMv0，方向向右（2）A向左运动速度减为零时，到达最远处，此时板车移动位移为s,速度为v′,则由动量守恒定律得：Mv0-mv0=Mv′对板车应用动能定理得：-μmgs=21mv′2-21mv02解得：s=mgmM22v02例6.用轻弹簧相连的质量均为2kg的A、B两物块都以v＝6m／s的速度在光滑的水平地面上运动，弹簧处于原长，质量4kg的物块C静止在前方，如图所示.B与C碰撞后二者粘在一起运动.求：在以后的运动中：（1）当弹簧的弹性势能最大时，物体A的速度多大?（2）弹性势能的最大值是多大?（3）A的速度有可能向左吗?为什么?解析：（1）当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大，由于A、B、C三者组成的系统动量守恒，（mA+mB）v＝（mA+mB+mC）vA′解得vA′=4226)22(m/s=3