2010年江苏高考物理试题的最大变化,莫过于最后一道题。论文格式,罗列归纳法。它一改历年来一直考察的“微元法”的做法,试探了学生对于“归纳法”的掌握情况。这是一个信号,也是本文提到的若干方法之一。其实,撇开高考不谈,就学生的思维能力、应变能力来讲,诸如“罗列归纳法”“微元法”“图像法”“整体隔离法”“极限法”(特殊值法)等这些方法,由于对于学生的成长极为重要,教学中绝对不能忽视这些方法的讲授。下面是笔者对这些方法的一些认识。
一、罗列归纳法
罗列归纳法对于那些看不出头绪且运动过程具有周期性、重复性的题目非常有效。以2010年江苏高考最后一题题为例,篇幅有限,仅就后两问进行分析。
例题1:15.(16分)制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为(的两平行极板,如图甲所示,加在极板A、B间的电压(作周期性变化,其正向电压为(,反向电压为(,电压变化的周期为2,如图乙所示.在t=0时,极板B附近的一个电子,质量为m、电荷量为e,受电场作用由静止开始运动.若整个运动过程中,电子未碰到极板A,且不考虑重力作用.
罗列归纳法(2)若电子在0—200时间内未碰到极板B,求此运动过程中电子速度(随时间t变化的关系;
(3)若电子在第(个周期内的位移为零,求k的值。
解析:
(2) ⑴⑵
若t 落在第1个(内,⑶
若t 落在第2个(内,罗列归纳法 ⑷
若t 落在第2个(内,罗列归纳法 ⑸
若t 落在第4个(内,⑹
若t 落在第5个(内,⑺
若t 落在第6个(内,⑻
………
注意观察以上速度,归纳后很容易看出:
(a)若t落在奇数个(内,则(n=0,1,2,3...,99)⑼
(b)若t落在偶数个(内,则(n=0,1,2,3...,99)⑽
(3)令N=1,即在第1个周期(2()内位移为0
则 把⑴⑵ 式带入得 k=3/1
令N=2,即在第2个周期内位移为0
则
把⑴⑵ 式带入得 k=7/5
令N=3,即在第3个周期内位移为0
则
把⑴⑵ 式带入得 k=11/9 ………
对以上计算结果进行归纳(注意分子、分母每次递加4)后得:
若电子在第(个周期内的位移为零,则(⑾
点评:罗列归纳法最大的优点,在于把最困难的题目演化成一目了然的情形,只要具有一定的数学归纳能力就够了。使用这种方法要注意的问题是要足够细心,尽管每一步的运算都不难(如本题只涉及到一个匀变速直线运动的位移公式),但是万一某一个步骤出现错误,就可能导致归纳得出错误的结论。
二、微元法
微元法是近几年来高考的热点。由于中学生没有微积分的基础,所以对于那些物理量非均匀变化的过程,微元法可以说是唯一有效的方法。论文格式,罗列归纳法。
例题2: 正方形闭合金属框以速度v1在绝缘光滑的水平面上做匀速直线运动,穿过理想边界匀强磁场区域后,以速度v2做匀速运动,当完全处在磁场区域内时的运动速度u为( )
A、B、
C、D、无法确定
解析:设导线框的瞬时速度和加速度分别为v和a,则
于是: ①
式中导线框质量m、电阻R、边长L、磁感应强度B均为常量,速度v和加速度a均为变量。
⑴选微元:Δt
⑵用方程表示微元:用微元Δt同乘上式两端,为
⑶换元:由于,Δt内可以把速度v和加速度a看作不变量
带入①式得
注意到: 常数 常数
⑷ “求和”:
结合题意得③④
联立以上两式得 ⑤选B。
点评:“微元法”解题步骤:①选取微元;②用物理方程表示微元(如、);③换元:在高中,“微元法”的换元方法主要是时间元和空间元的互换;
④对微元进行求和(其实就是积分的过程)。微元法的优秀在于其思维过程直观,易于被理解和接受。如果一贯用这种方法训练学生,其思辨能力亦会有相当的提高。
三、图象法
图象法是一种直观性强、反应物理过程简单明了的解题方法。特别对于定性分析很有用处。下面以2010年江苏高考物理试题第8题为例来说明。论文格式,罗列归纳法。
例题3:8.如图所示,平直木板AB倾斜放置,板上的P点距A端较近,小物块与木板间的动摩擦因数由A到B逐渐减小,先让物块从A由静止开始滑到B.然后,将A着地,抬高B,使木板的倾角与前一过程相同,再让物块从B由静止开始滑到A.上述两过程相比较,下列说法中一定正确的有( )
A.物块经过P点的动能,前一过程较小
B.物块从顶端滑到P点的过程中因摩擦产生的热量,前一过程较少
C.物块滑到底端的速度,前一过程较大
D.物块从顶端滑到底端的时间,前一过程较长
解析:A:根据知从A到B过程经过P时的加速度和位移均小故小,A对。
B:摩擦力对应位置相等,整个过程摩擦力做功一样多,产生的热也一样多,B错。
C:根据动能定理,两次重力和摩擦力做功一样多,故到达底端的速度相等,C错。
D:画出从A到B和从B到A两次的速度时间图象,注意第一次加速度逐渐增大,第二次加速度逐渐减小,两次的末速率相等,位移大小相等(速度图象与时间轴所围的面积等于位移的大小)。由图看出D对。
点评:对于图象题,要关注这样几点:①图象纵横坐标的含义;②图象斜率的含义(如本题斜率即速率);③面积的含义(本题面积即位移大小);④纵横截距的含义;⑤图象交点的含义;⑥图象的函数表达式(2010年江苏卷第10题的求解使我们认识到,用物理规律构建图象的函数有时候显得尤为重要,在此就不赘述了)。
四、整体法和隔离法
整体法和隔离法在解决问题的时候,可以避免掉考虑过多条件而使问题复杂化的情况,使问题的求解变得相对简单。
例题4:如图,质量,倾角为的木楔放在粗糙地面上,斜面动摩擦因数<。一质量的物块由静止开始沿斜面匀加速下滑,在这过程中木楔没有移动。求:地面对木楔的支持力、摩擦力的大小和方向。
解析:把木块和斜面体看作一个整体,木块有倾斜向下的加速度a,可以分解为水平的加速度竖直的加速度。根据系统的牛顿第二定律,整体在水平方向的合外力,方向向左;整体在竖直方向的合外力,所以,方向向上。
点评:在不涉及内部作用力时,一般用整体法,对整体受力分析(不考虑内力),对整体列方程;如果涉及内力就必须用隔离法了,因为只有那样才会涉及内力。整体法和隔离法其实是对事物宏观和微观的辩证认识过程,经常训练会使学生养成良好的思维习惯,最终形成全面的视角,处理问题才不会“偏激”。
五、极限法
极限法或者特殊值法对于选择题以及定性分析时有重要的应用,有时候可以使复杂的问题简化,对于提高解题速度和正确率也有很大的作用。
例题5:物体A在倾角为θ的斜面上运动,如图所示。若初速度为V0,它与斜面间的摩擦系数为μ,在相同的情况下,A上滑和下滑的加速度大小之比为
(A)(B) (C)μ+tgθ (D)
解析:常规解法:先对A受力分析,再由牛顿第二定律求出上滑、下滑的加速度表达式,最后求出比值得出答案,这样做费时易错。若用极端假设法求解,则能迅速准确地排除错误选项,得出结果。本题采用极端假设法如下:令μ=0, A上滑、下滑加速度应相等均为gsinθ,二者之比等于1。论文格式,罗列归纳法。把此极端值μ=0代入所给选项中,发现(A)(B)(C)均不合要求,(B)却满足要求,故应选(B)(这种处理问题的方法也可称作是特殊值法,只不过数值有时候取无穷大有时候取无穷小而已)。
点评:极限法和特殊值法在解决选择题和定性分析问题中很高效。论文格式,罗列归纳法。针对具体的题目,把条件推向极致,往往会简化解题过程,提高解题速度。论文格式,罗列归纳法。不过,要注意特殊值有时候要多选几个,以防以偏概全。
以上这些方法在高中物理物理物理教学中应高度重视。一方面,它们确实是解决问题的优秀途径;另一方面,我们也不能仅仅把它们看作孤立的方法来对待。应该把它和培养学生的思维能力结合起来实施教学,才会取得较好的效果。遇到问题不能马上告诉学生用什么什么方法去解,应该在学生独立解决的基础上,逐步引导、教授给他们,直至这些方法成为了学生的基本技能为止。学生的能力也一定会因此而得到极大的发展,而这正是新课标的精髓所在。