实际情景向基本物理模型转化的难点及教学对策:培养在实际情景中运用对话的能力

　　【摘 要】本文将以传送带为例，阐述实际情景向基本物理模式转化的难点及教学对策。　　【关键词】实际情景；基本物理模型；转化难点；教学对策；传送带问题　　模型教学是高中物理教学的一种重要方法，给够使学生在学习物理知识的时候对物理概念的理解更加直观和深刻，脑海中形成更直观的物理形象，同时通过物理模型，更好的激发了学生的研究、创造与创新意识。然而对于结合实际的问题，有的学生对此云里雾里，觉得实际上有的情景在物理现象中出现了，反而难以理解了，也就是说把实际情景转化为物理模型，他们反倒困惑了，学习出现了障碍。因此，克服实际情景向基本物理模型转化的困难，提高模型教学的效果非常重要。下面以传送带问题为例，讲解一下实际情景向基本物理模型转化的难点及教学对策。
　　一、在实际情景向传送带模型转化的难点
　　1.对于物体与传送带之间是否存在摩擦力、是滑动摩擦力还是静摩擦力、摩擦力的方向如何等等，这些关于摩擦力的产生条件、方向的判断等基础知识模糊不清；
　　2.对于物体相对地面、相对传送带分别做什么样的运动，判断错误；
　　3.对于物体在传送带上运动过程中的能量转化情况考虑不全面，出现能量转化不守恒的错误过程。
　　二、相应的教学对策
　　第1个难点应属于易错点，突破方法是先让学生正确理解摩擦力产生的条件、方向的判断方法、大小的决定因素等等。通过对不同类型题目的分析练习，让学生做到准确灵活地分析摩擦力的有无、大小和方向。
　　举例说明：如图1所示传送带与地面成夹角θ=37°，以10m/s的速度逆时针转动，在传送带上端轻轻地放一个质量m=0.5kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5，已知传送带从A到B的长度L=16m，则物体从A到B运动需要的时间为多少？
　　传送带沿逆时针转动，与物体接触处的速度方向斜向下，物体初速度为零，所以物体相对传送带向上滑动，因此受到沿斜面向下的滑动摩擦力作用，这样物体在沿斜面方向上所受的合力为重力的下滑分力和向下的滑动摩擦力，因此物体要做匀加速运动。当物体加速到与传送带有相同速度时，摩擦力情况要发生变化，同速的瞬间可以看成二者间相对静止，无滑动摩擦力，但物体此时还受到重力的下滑分力作用，因此相对于传送带有向下的运动趋势，若重力的下滑分力大于物体和传送带之间的最大静摩擦力，此时有μ＜tanθ，则物体将向下加速，所受摩擦力为沿斜面向上的滑动摩擦力；若重力的下滑分力小于或等于物体和传送带之间的最大静摩擦力，此时有μ≥tanθ，则物体将和传送带相对静止一起向下匀速运动，所受静摩擦力沿斜面向上，大小等于重力的下滑分力。该题的关键就是要分析好各阶段物体所受摩擦力的大小和方向。具体解题过程略，最后答案是2s。
　　第2个难点是对于物体相对地面、相对传送带分别做什么样的运动，判断错误。该难点应属于思维上有难度的知识点，突破方法是灵活运用“力是改变物体运动状态的原因”这个理论依据，对物体的运动性质做出正确分析，判断好物体和传送带的加速度、速度关系，画好草图分析，找准物体和传送带的位移及两者之间的关系。学生初次遇到“皮带传送”类型的题目，由于皮带运动，物体也滑动，就有点理不清头绪了。
　　解决这类题目的方法是：选取研究对象，对所选研究对象进行隔离处理，就是一个化难为简的好办法。对轻轻放到运动的传送带上的物体，由于相对传送带向后滑动，受到沿传送带运动方向的滑动摩擦力作用，决定了物体将在传送带所给的滑动摩擦力作用下，做匀加速运动，直到物体达到与皮带相同的速度，不再受摩擦力，而随传送带一起做匀速直线运动。传送带一直做匀速直线运动，要想再把两者结合起来看，则需画一运动过程的位移关系图就可让学生轻松把握。
　　第3个难点也应属于思维上有难度的知识点。对于匀速运动的传送带传送初速为零的物体，传送带应提供两方面的能量，一是物体动能的增加，二是物体与传送带间的摩擦所生成的热（即内能），有不少同学容易漏掉内能的转化，因为该知识点具有隐蔽性，往往是漏掉了，也不能在计算过程中很容易地显示出来，尤其是在综合性题目中更容易疏忽。突破方法是引导学生分析有滑动摩擦力做功转化为内能的物理过程，使“只要有滑动摩擦力做功的过程，必有内能转化”的知识点在学生头脑中形成深刻印象。
　　举例说明：如图2所示，水平传送带以速度v匀速运动，一质量为m的小木块轻放到传送带上，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，当小木块与传送带相对静止时，转化为内能的能量是多少？
　　该题首先得清楚当小木块与传送带相对静止时，转化为内能的能量应该怎么来求，这就需要到用“物体在克服滑动摩擦力做功过程中转化成的内能等于滑动摩擦力与相对滑动路程的乘积”这一结论，然后再根据物体和传送带的运动情况来求二者相对滑动的距离。从静止放到匀速运动的传送带上的物体，在达到与传送带同速的过程中，转化为内能的能量值和物体增加的动能值相等。因为物体在该过程中的对地位移与传送带相对物体的位移大小是相等的。解题过程略，最后答案是1/2mv2。
　　总之，当遇到实际情景向基本物理模型转化这类教学难点问题时，应在平时让学生养成根据物理概念和物理规律分析问题的思维习惯；在分析问题时让学生养成比较、取舍的习惯；要透彻掌握典型物理模型的本质特征、不断积累典型模型，并灵活运用他们。此外还要注重学生的模型转化能力培养，要让学生做到由物体的受力和初始运动状态的类似性构建物理模型；抓住过程分析，把复杂问题转化为基本模型的组合。在教学中要将实际情景转化为基本物理模型时，要先确定研究对象，把要解决的问题转化为熟知的纯物理问题。此外，还要培养学生熟练掌握各种物理模型的主要特征，并学会应用抽象思维，迅速找到研究对象。
　　（作者单位：江苏省常州市第二中学）