F將研究性學(xué)習(xí)滲入到高三物理總復(fù)習(xí)中

1、將研究性學(xué)習(xí)滲入到高三物理總復(fù)習(xí)中 楊光喜提要：本文將研究性學(xué)習(xí)運(yùn)用于專題復(fù)習(xí)的課堂上，使學(xué)生在激烈的研究、爭(zhēng)論、和討論中完成了復(fù)習(xí)的任務(wù)，也達(dá)到了預(yù)期的目的。關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí) 臨界位置臨界速度總復(fù)習(xí)研究性學(xué)習(xí)是全面培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語(yǔ)言文字能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作能力的重要環(huán)節(jié)。這種方法還有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。在高三物理第二輪復(fù)習(xí)過程中，我把研究性學(xué)習(xí)運(yùn)用到了課堂上，就是在專題復(fù)習(xí)時(shí)，圍繞本專題所要解決的問題而有意識(shí)的提出一些精心設(shè)計(jì)好的問題，讓學(xué)生去研究、探討，對(duì)有的問題學(xué)生存在障礙時(shí)及時(shí)對(duì)他們進(jìn)行啟發(fā)，這樣通

2、過全體學(xué)生的共同努力和協(xié)作，所提出的問題就一個(gè)個(gè)的被他們解決了。然后，老師再將問題的結(jié)果進(jìn)行歸納和總結(jié)，這樣專題復(fù)習(xí)的目的也就達(dá)到了。下面將我在教學(xué)實(shí)施過程中的其中一個(gè)專題復(fù)習(xí)過程展示如下：專題內(nèi)容：豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題Ov0圖1小球（物體）在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的問題有兩大模型：輕繩模型和輕桿模型。不同模型的臨界位置和臨界速度一般是不同的，所以多數(shù)學(xué)生對(duì)這類問題頭痛，于是我設(shè)計(jì)了下面的問題讓學(xué)生進(jìn)行研究和探討。圖2vmgT問題一：如圖（1）所示，一擺長(zhǎng)為r的單擺，擺球的質(zhì)量為m，要使擺球能在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，那么，擺球在最低點(diǎn)的速度v0至少為多大？對(duì)此問題首先要求學(xué)生分析小

3、球在運(yùn)動(dòng)過程中，在什么位置繩最容易變軟（即小球最易脫軌的位置），從而進(jìn)一步分析此位置小球的最小速度，即此位置小球的臨界速度。經(jīng)過同學(xué)們的一番討論之后，得出臨界位置在最高點(diǎn)。將學(xué)生的解題思路及過程整理如下。O解：小球在最高點(diǎn)受重力mg和繩的拉力T（如2圖所示），由牛頓第二定律得：由于m、r一定，v越小，T也越小。當(dāng)T0時(shí)，小球具有不脫離軌道的最小速度，即從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過程，小球機(jī)械能守恒，有：由得：的最小值為，在最高點(diǎn)的臨界速度為。學(xué)生興趣很濃，但覺得這個(gè)問題太簡(jiǎn)單了，于是我便提出了下列問題讓學(xué)生進(jìn)一步研究和討論。討論：如果把原題中的繩去掉而改為與軌道相同的一個(gè)圓環(huán)，使小球沿環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)

4、，則情況又如何？如果在原題的基礎(chǔ)上，使小球帶正電荷q，空間加豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E。要使小球在最低點(diǎn)速度最小，且又不脫離軌道，則最低點(diǎn)的最小速度為多少？若電場(chǎng)方向豎直向上，又該如何討論？在討論中，若把勻強(qiáng)電場(chǎng)方向改為水平向右，且qE的大小等于mg，則小球在哪個(gè)位置最易脫軌？要使小球能作完整的圓周運(yùn)動(dòng)，則至少應(yīng)在平衡位置給小球一個(gè)垂直于繩方向的多大的速度？在討論中，若同時(shí)在空間加勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，要使小球能在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且又不脫離軌道，則所加的勻強(qiáng)電磁場(chǎng)應(yīng)滿足什么要求？通過同學(xué)們的一番激烈的討論和爭(zhēng)論之后，得出了如下的答案：討論中的情況跟原題中的分析方法和答案完全一樣。討論中的情況

5、，由于小球所受電場(chǎng)力向下，所以小球還是在最高點(diǎn)容易脫軌，且在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別可列出下列方程：最高點(diǎn)：最低點(diǎn)：（動(dòng)能定理）由得最高點(diǎn)的臨界速度為：最低點(diǎn)的最小速度為：在討論中，若電場(chǎng)方向豎直向上，則應(yīng)分情況討論。當(dāng)，則小球靜止時(shí)在最低位置，因此，還是在最高位置最易脫軌，所以分析方法和答案跟電場(chǎng)方向豎直向下時(shí)完全相同。當(dāng)時(shí)，小球靜止時(shí)的位置在最高點(diǎn)，因此運(yùn)動(dòng)中最易脫軌的位置在最低點(diǎn)，于是在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)可列出方程：最低點(diǎn)：最高點(diǎn)：（動(dòng)能定理）由可得小球在最低點(diǎn)的臨界速度為：，在平衡位置（最高點(diǎn)）所加的最小速度為：當(dāng)時(shí)，學(xué)生找不到平衡位置和易脫軌的位置了，不知怎么回事，于是我問他們，此時(shí)小球所受合

6、力是什么？學(xué)生回答是：只有繩的拉力。于是我又問，這與用細(xì)線系著在光滑水平面上作圓周運(yùn)動(dòng)有何區(qū)別？這時(shí)同學(xué)們一下子豁然開朗了，這種情況小球沒有脫軌的位置，小球只要有速度，它就會(huì)作完整的圓周運(yùn)動(dòng)。BAqEmg圖3討論中，學(xué)生對(duì)平衡位置的確定存在困難，好像既不在最高點(diǎn)也不在最低點(diǎn)，于是我問他們小球在運(yùn)動(dòng)過程中受哪些力，其中哪些是恒力哪些是變力，這時(shí)有部分學(xué)生覺得有點(diǎn)明目了，又通過了短時(shí)間的爭(zhēng)論和討論之后，得出小球的平衡位置應(yīng)在右下方的A點(diǎn)，如圖3所示。因電場(chǎng)力與重力大小相等，所以小球靜止時(shí)線與豎直方向成45度角，因此，最易脫軌的位置應(yīng)在與A對(duì)稱的B點(diǎn)（即臨界位置在B點(diǎn)）。又經(jīng)過了幾分鐘，極大多數(shù)學(xué)生

7、都解出了小球在B點(diǎn)的臨界速度，在A點(diǎn)應(yīng)獲得的最小速度為。討論中，多數(shù)學(xué)生都聯(lián)想到物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是所受合力大小不變而方向始終指向圓心，小球在運(yùn)動(dòng)過程中所受的重力和電場(chǎng)力大小和方向都是恒定的，因此這兩個(gè)力必須平衡，于是得出所加電場(chǎng)方向豎直向上，大小為。所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)垂直于軌道平面。到此，同學(xué)們認(rèn)為這個(gè)問題討論完了，于是我提出問題中“不脫離軌道”這幾個(gè)字隱含著什么意思？學(xué)生還是沒什么反應(yīng)，我便進(jìn)一步啟發(fā)他們，問：若小球所受洛侖茲力指向圓心，則小球作圓運(yùn)動(dòng)的半徑還一定是r嗎？這時(shí)一部分學(xué)生覺得有點(diǎn)靈感了，我就讓他們繼續(xù)討論，過了一會(huì)兒，好點(diǎn)的學(xué)生得出結(jié)論：若洛侖茲力指向圓心，要使小球不脫軌，

8、即保證半徑為r，應(yīng)滿足，若洛侖茲力背離圓心，則小球不會(huì)脫軌，這種情況對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小沒什么要求。這時(shí)我總結(jié)并肯定了同學(xué)們的討論結(jié)果。然后，我把題型換成了輕桿模型，進(jìn)一步提出下面的問題。如果把原題中細(xì)線換成輕桿，要使小球繞水平軸能在豎直平面內(nèi)作完整的圓周運(yùn)動(dòng)，又該如何分析呢？學(xué)生都知道桿與繩不同，桿是硬的，因此小球在運(yùn)動(dòng)中不會(huì)脫軌，所以，小球只要還有速度就能往上沖，于是得出小球能到達(dá)最高點(diǎn)的臨界條件是在最高點(diǎn)小球的速度為v0，由機(jī)械能守恒可得出小球在最低點(diǎn)的最小速度為：。接著我又問，在原題中小球在最高點(diǎn)有個(gè)臨界速度，那么在此題中小球到達(dá)最高點(diǎn)若速度，意味著什么呢？經(jīng)同學(xué)們討論之后，得出結(jié)論：

9、是在最高點(diǎn)桿對(duì)小球是否產(chǎn)生作用力的一個(gè)臨界速度，當(dāng)時(shí)，桿對(duì)小球恰好無(wú)作用力；當(dāng)時(shí)，桿對(duì)小球產(chǎn)生向下的拉力；當(dāng)時(shí)，桿對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力。最后，我又叫同學(xué)們自己列舉一些輕桿模型的例子，然后讓同學(xué)們總結(jié)處理這類問題的關(guān)鍵：找臨界位置（在小球處于平衡位置的對(duì)稱位置，此位置不一定在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)），求出臨界位置的最小速度（此位置繩、桿、軌道均對(duì)小球無(wú)作用力），再由機(jī)械能守恒或動(dòng)能定理、能量守恒求出平衡位置的最小速度。整個(gè)專題的復(fù)習(xí)過程全部由學(xué)生自己研究和討論完成，老師只起了個(gè)主持人的作用，所以學(xué)生的收獲特別大，效果非常好，達(dá)到了專題復(fù)習(xí)的目的。字?jǐn)?shù)：2570作者簡(jiǎn)介：楊光喜，男，1963年8月出生。大學(xué)本科（物理專業(yè)），1983年參加工作?，F(xiàn)是四川省寧南縣高級(jí)中學(xué)物理高級(jí)教師，擔(dān)任高中物理教學(xué)和物理教研組長(zhǎng)，班主任等工作。寧南縣第三屆縣級(jí)拔尖人才，涼山州第四批學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選。分別在西昌學(xué)院的學(xué)報(bào)高考與招生中學(xué)物理教學(xué)叢談獨(dú)生子女班主任之友中國(guó)教師報(bào)新風(fēng)