高考物理二輪專題復(fù)習(xí)課件：科學(xué)論證

專題復(fù)習(xí)：科學(xué)論證物理論述01科學(xué)論證物理論述01題目類型02科學(xué)論證一般方法03寫作規(guī)范04物理論述01科學(xué)論證物理論述:根據(jù)已知的知識和所給的物理事實、條件，對物理問題進(jìn)行邏輯推理和論證，得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷，并能出來把推理過程，正確地表達(dá)物理論述已知的知識和所給的物理事實、條件——物理概念、規(guī)律、給出的物理情境、事實和條件進(jìn)行邏輯推理和論證，得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷——利用概念、規(guī)律，知識間的聯(lián)系，進(jìn)行分析、計算、推導(dǎo)、說明表達(dá)

——物理語言、數(shù)學(xué)語言、圖形、圖像物理論述這里邊有幾個要素，首先，我們論述的依據(jù)是“已知的知識和所給的物理事實、條件”——已知的知識是我們應(yīng)該掌握的物理概念和規(guī)律，包括概念、規(guī)律之間的聯(lián)系。所給的物理事實、條件是指題目給出的物理情境、描述的過程、現(xiàn)象、條件等

其次，我們論述的過程要體現(xiàn)出物理的邏輯，利用概念、規(guī)律或概念、規(guī)律間的聯(lián)系，做出分析推理和判斷最后，用準(zhǔn)確、科學(xué)的物理語言、數(shù)學(xué)語言正確的將分析、推理的過程表達(dá)出來。對概念、規(guī)律的深入理解，“知其然，知其所以然”論證推理、分析綜合,邏輯思維表達(dá)

物理論述所以論述的前提是我們對概念、規(guī)律的理解是準(zhǔn)確、深入的，知其然，還要知其所以然。不僅知道概念、規(guī)律本身的內(nèi)涵，還要知道這個概念、規(guī)律是怎么建立的，簡單說，是怎么來的，這其實就包含了，概念規(guī)律建立的過程和知識間的聯(lián)系。論述類問題在考察我們的理解推理能力的同時，還考察我們的邏輯思維和表達(dá)的能力物理論述01題目類型02科學(xué)論證推導(dǎo)、證明——如：物理公式和定理的推導(dǎo)、對物理結(jié)論的證明判斷、分析、說明——如：對物理概念的辨析、對結(jié)論的判斷對物理過程的論述

對實驗現(xiàn)象和結(jié)果的簡述、解釋物理論述題的常見類型我們常見的有推導(dǎo)證明類，比如利用牛頓定律推導(dǎo)動量守恒定律。有對物理過程、現(xiàn)象的分析說明類：比如，這次北京市適應(yīng)性訓(xùn)練中，對電子通過偏轉(zhuǎn)電場時，電壓為什么可以看成不變的，讓我們對其進(jìn)行分析；還有判斷辨析的形式：比如為什么不存在摩擦勢能，判斷辨析在實驗中，也能經(jīng)常看到，比如對實驗結(jié)果的分析判斷解釋等物理論述01題目類型02科學(xué)論證一般方法03體切割磁感線的運(yùn)動可以從宏觀和微觀兩個角度來認(rèn)識。如圖所示，固定于水平面的U形導(dǎo)線框處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬直導(dǎo)線MN在與其垂直的水平恒力F作用下，在導(dǎo)線框上以速度v做勻速運(yùn)動，速度v與恒力F方向相同；導(dǎo)線MN始終與導(dǎo)線框形成閉合電路。已知導(dǎo)線MN電阻為R，其長度L恰好等于平行軌道間距，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。忽略摩擦阻力和導(dǎo)線框的電阻。（1）通過公式推導(dǎo)驗證：在時間Δt內(nèi)，F(xiàn)對導(dǎo)線MN所做的功W

等于電路獲得的電能W電，也等于導(dǎo)線MN

中產(chǎn)生的焦耳熱Q

；推導(dǎo)證明“F對導(dǎo)線MN所做的功W

”——概念“電路獲得的電能”——概念“導(dǎo)線MN

中產(chǎn)生的焦耳熱Q

”——焦耳定律（規(guī)律）“等于，也等于”——關(guān)系、規(guī)律“通過公式推導(dǎo)驗證”——途徑推導(dǎo)證明我們來看，從哪出發(fā)呢？力對導(dǎo)線所做的功，這涉及功的概念，電路獲得的電能是什么？涉及概念。要證明什么？證明機(jī)械功的數(shù)值和電路電能數(shù)值相等，和電路產(chǎn)生的焦耳熱相等，要證明的是功能關(guān)系、能量守恒這類的規(guī)律。從概念出發(fā)，證明規(guī)律。這就是我們說的依據(jù)什么（從哪出發(fā)），證明什么（到哪去），這是基礎(chǔ)。然后怎么證（怎么去，途徑是什么呢），這是過程，題目說了“通過公式推導(dǎo)”，好了，這就基本清楚了，我們要在電磁感應(yīng)這個具體情境下，用公式將功、電能和焦耳熱分別表達(dá)出來，然后通過公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，找到他們相等的關(guān)系，從而驗證規(guī)律。這就是基本思路，我們具體來看:電路獲得電能和電動勢有關(guān)推導(dǎo)證明電路獲得電能和電動勢有關(guān)，這就是概念問題。我們先把電動勢表達(dá)出來。電動勢E=BLv，這是為表達(dá)電能做準(zhǔn)備。我們再來看力做的功：因為桿是勻速運(yùn)動的，所以外力F等于安培力等于BIL.功是過程量，我們這一段運(yùn)動的過程，這個過程的時間為Δt，這是題目中沒有，我們自己設(shè)的物理量，所以要加以說明,那么，這個過程桿的位移就可以表達(dá)為vΔt。所以我們可以將力F做的功表達(dá)為W=Fx=FvΔt,即BILvΔt我們接著來找這個過程中電路增加的電能，增加的電能等于電源非靜電力做的功，即等于電動勢和這個過程中非靜電力搬運(yùn)電荷的電荷量的乘積。所以電能等于Eq，其中E=BLv,q=Iδt.最后，根據(jù)焦耳定律，電路中生成的加耳熱Q=I2RΔt,我們再結(jié)合全電路歐姆定律將其整理成如下形式。至此，我們就已經(jīng)可以看出這三者想等的關(guān)系了。如果我們都用題目所給的已知量和我們所設(shè)的Δt來表達(dá)，相等的結(jié)果也非常明顯。這就是我們根據(jù)功、電動勢的概念和焦耳定律這個規(guī)律推到證明了所需的結(jié)果，實際上是讓我們利用概念、通過公式的推導(dǎo)來證明了一組功能關(guān)系和能量守恒。有的同學(xué)在證明時，上來先寫根據(jù)能量守恒，所以三者相等。就是沒有分析清楚我們要依據(jù)什么證明什么，那證明的結(jié)果當(dāng)成依據(jù)，就錯了。（從哪出發(fā)）（到哪去）（怎么去）如圖1所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動變阻器R供電。改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。（1）以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U–I圖像的示意圖，并說明U–I圖像與兩坐標(biāo)軸交點的物理意義。（2）a．請在圖2畫好的U–I關(guān)系圖線上任取一點，畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此時電源的輸出功率；b．請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。（3）請寫出電源電動勢定義式，并結(jié)合能量守恒定律證明：電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和。圖1圖2推導(dǎo)證明如圖1所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動變阻器R供電。改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。（1）以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U–I圖像的示意圖，并說明U–I圖像與兩坐標(biāo)軸交點的物理意義。（2）a．請在圖2畫好的U–I關(guān)系圖線上任取一點，畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此時電源的輸出功率；圖1圖2圖2圖2推導(dǎo)證明在第一問中，我們根據(jù)路端電壓的表達(dá)式，很容易畫出圖像，并在圖像中找到表達(dá)輸出功率的面積如圖1所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動變阻器R供電。改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。b．請推導(dǎo)該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。圖1推導(dǎo)證明我們來看接下來推導(dǎo)證明的部分，我們需要推導(dǎo)，該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。那么什么是電源的輸出功率呢？它為什么會變化，然后有最大值呢？這就是我們的出發(fā)點電源輸出功率涉及概念P=UI，這是我們的依據(jù)，當(dāng)外電阻發(fā)生改變時，根據(jù)閉合電路歐姆定律，電流會發(fā)生改變，輸出功率也會發(fā)生改變，這個規(guī)律就是我們的切入點，然后我們需要進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從數(shù)學(xué)推導(dǎo)的結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)外電阻R=r時，輸出功率最大，并且我們也能從數(shù)學(xué)結(jié)果得到最大值為E2/4r。最后說明結(jié)論如圖1所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動變阻器R供電。改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。（3）請寫出電源電動勢定義式，并結(jié)合能量守恒定律證明：電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和。圖1推導(dǎo)證明我們再看第3問，這問是證明：我們從哪出發(fā)呢？我們需要在題目中找到線索“電動勢定義”，和“能量守恒定律”，要到哪去呢？“電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和”。這就非常清楚了，我們要根據(jù)一個定義和一個規(guī)律證明一個物理結(jié)論。我們先將定義寫出來：電動勢等于非靜電力的功除以電量q，然后找到這個情景中能量守恒的具體形式：電源轉(zhuǎn)化的電能等于內(nèi)外電路消耗電能的總和。然后我們要利用知識間的關(guān)聯(lián)。比如，我們通過非靜電力做功，將電動勢和電源轉(zhuǎn)化的電能聯(lián)系起來，通過靜電力做功將消耗的電能和電勢差聯(lián)系起來。從而得到更具體的表達(dá)式，得出結(jié)論。（從哪出發(fā)）（到哪去）（怎么去）概念、規(guī)律知識關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)語言物塊由x1向右運(yùn)動到x3，然后由x3返回到x2，在這個過程中，a．求彈力所做的功，并據(jù)此求彈性勢能的變化量；b．求滑動摩擦力所做的功；并與彈力做功比較，說明為什么不存在與摩擦力對應(yīng)的“摩擦力勢能”的概念。判斷、分析、說明我們再來看另一種常見的類型：對概念、現(xiàn)象、結(jié)論等作出分析判斷，給予說明。我們來看這個例子，這是一個簡單的說明，為什么沒有摩擦力勢能的概念。他看上去是“說明”，但實際上還是對我們是否真正理解“勢能”是什么？如何才能定義勢能，也就是勢能概念的理解。所以，它和我們剛才講的推導(dǎo)證明中，要深入理解概念是同一類問題，從比較彈力、摩擦力兩種力做功不同的特點出發(fā)，說明勢能的概念?？瓷先]有數(shù)學(xué)方面的推導(dǎo)，實際上，相關(guān)推導(dǎo)只是在前邊的問題中解決了，這是題目搭設(shè)的臺階。這是一種對于概念的說明。

我們還常常見到對于過程、現(xiàn)象、結(jié)論的說明。根據(jù)已知的知識和所給的物理事實、條件，對物理問題進(jìn)行邏輯推理和論證，得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷基于具體的物理情境（事實、條件），

結(jié)合具體情境根據(jù)已有知識，“推理”、“論證”，進(jìn)行分析判斷、分析、說明這類問題往往有一個非常具體的情境，然后在這個情境下，針對所給出的物理事實、條件，結(jié)合我們已有的知識，根據(jù)已有知識，進(jìn)行推理論證，作出分析和判斷等。這類問題往往要突出具體的情境。是針對具體情境的分析如圖所示，電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后，沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場，并從另一側(cè)射出。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，加速電場極板間電勢差為U0。偏轉(zhuǎn)電場極板間電勢差為U，極板長度為L，板間距為d，偏轉(zhuǎn)電場可視為勻強(qiáng)電場，電子所受重力可忽略。（1）求電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度v0和從偏轉(zhuǎn)電場射出時沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy（2）由問題（1）的結(jié)論可知，電子偏轉(zhuǎn)距離Δy與偏轉(zhuǎn)電場極板間電勢差U有關(guān)。已知L=1.0×10-1m，加速電場U0=500V。當(dāng)偏轉(zhuǎn)極板間電壓為隨時間變化的交變電壓u=220sin50πtV時，在計算其中任意一個電子通過極板的偏轉(zhuǎn)距離Δy時，仍可認(rèn)為偏轉(zhuǎn)極板間電勢差是某一定值。請利用下面所給數(shù)據(jù)，分析說明這樣計算的合理性。已知

e=1.6×10-19C，m=9.1×10-31kg。具體情境下，這樣處理的原因、理由，解釋判斷、分析、說明我們來看這個例子，這是我們剛剛進(jìn)行的北京市適應(yīng)性訓(xùn)練的題目。帶電粒子在電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通常，我們認(rèn)為電子在恒定的勻強(qiáng)電場中做勻變速曲線運(yùn)動。那么，當(dāng)兩個極板所加電壓為這樣的正弦式交變電壓時，為什么還能認(rèn)為電子穿越電場的過程中，所受電場力不變、它的加速度不變，仍然做勻變速曲線運(yùn)動呢？讓我們對此作出分析說明。那么這個說明就必須是緊扣題目所給的具體情境，不是為什么可以忽略，而是這個情境下為什么可以忽略？所以必須有具體的數(shù)據(jù)支撐。我們從哪出發(fā)呢？我們已有的知識，題目所給事實Ut0Ut0ΔtTΔt<<T時，可認(rèn)為U不變判斷、分析、說明我們已有的知識，就是恒定電壓和正弦式交變電壓的規(guī)律，還有微元的思想。如果，我們在交變電壓的變化過程中，取一段時間Δt，那么在這段時間內(nèi)電壓明顯是變化的。只有當(dāng)Δt非常小的時候，我們才能認(rèn)為在這個過程中U是不變的。那Δt怎么就算非常小了呢？應(yīng)該是和周期比很小。Δt到底是多長？周期是多長？這就必須結(jié)合具體情境了。我們利用已有的交變電流的知識計算出周期的數(shù)值。我們再利用電子水平方向的勻速運(yùn)動，計算出它穿越電場的時間，只有計算出電子運(yùn)動過程的時間和周期的具體數(shù)值，才有判斷的依據(jù)，當(dāng)然我們看到，通過數(shù)量級就已經(jīng)足夠有說服力了。這個過程，從思路上：首先得明白我們做了怎樣的理想化處理？然后是為什么能這么處理，最后是找到證據(jù)。而我們表達(dá)的順序是結(jié)合情境通過計算量出證據(jù)，再通過證據(jù)對結(jié)論加以說明。所以，無論是思考還是表達(dá)，我們都必須緊扣電子運(yùn)動的具體情境和數(shù)據(jù)。對于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，可以更加深刻地理解其物理本質(zhì)。（1）單個微小粒子撞擊巨大物體的力是局部而短促的脈沖，但大量粒子撞擊物體的平均效果是均勻而持續(xù)的力。我們假定單位體積內(nèi)粒子數(shù)量為n，每個粒子的質(zhì)量為m，粒子運(yùn)動速率均為v。如果所有粒子都垂直物體表面運(yùn)動并與其碰撞，利用所學(xué)力學(xué)知識，導(dǎo)出物體表面單位面積所受粒子壓力f與m、n和v的關(guān)系。（f=knmv2,1≤k≤2）（2）實際上大量粒子運(yùn)動的速率不盡相同。如果某容器中速率處于100～200m/s區(qū)間的粒子約占總數(shù)的10%，而速率處于700～800m/s區(qū)間的粒子約占總數(shù)的5%，論證：上述兩部分粒子，哪部分粒子對容器壁的壓力貢獻(xiàn)更大。判斷、分析、說明我們再來看，這次適應(yīng)性練習(xí)的最后一題。在建立模型分析出物體表面單位面積所受粒子壓力f與m、n和v的關(guān)系后，繼續(xù)論證：占總數(shù)的10%、速率處于100～200m/s區(qū)間的粒子和占總數(shù)的5%、速率處于700～800m/s區(qū)間的粒子，哪部分粒子對容器壁的壓力貢獻(xiàn)更大。這就必須是建立在這個問題的具體情境中進(jìn)行討論，說明也好，論證也好，必須知道說明什么，論證什么，依然是我們提到的到哪去？依然要清楚從哪出發(fā)？這類問題就是從具體情境出發(fā)，然后再這個情境中找證據(jù)判斷、分析、說明既然論證的結(jié)果是小f，那么出發(fā)點：就是之前第一問找到的表面單位面積所受粒子壓力f與m、n和v的關(guān)系（這就是結(jié)合情境的結(jié)論，是出發(fā)點），證據(jù)就是利用上述關(guān)系，計算出的數(shù)據(jù)。然后再通過數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。這個論證的過程也是緊扣這個具體情境的。（2016）21.⑤某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒。請你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。結(jié)合具體情景該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中，若阻力f恒定（情景），根據(jù)

（規(guī)律）可知，v2-h圖像就是過原點的一條直線。要想通過v2-h圖像的方法驗證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。

不單要說明是什么，而且要說清楚為什么。要有表達(dá)式做為證據(jù)

判斷、分析、說明在實驗中，我們也常見到對現(xiàn)象、結(jié)論的分析說明。我們看這個例子（讀題）。我們看到，在這個情境中，不涉及具體數(shù)據(jù)的計算，數(shù)據(jù)不再是證據(jù)。但我們的思路是一樣的，什么情境？重物下落，什么規(guī)律？機(jī)械能守恒于是我們就能寫出基于重物下落這個過程，機(jī)械能守恒的表達(dá)式，應(yīng)該是mgh=1/2mv2,整理成v2-h圖像所需的解析式為v2=2gh圖像,可見，這里有兩個信息，第一個是v2-正比于h，第二個是比例系數(shù)、也就是斜率為2g.如果機(jī)械能不守恒，我們假設(shè)重物受到恒定的阻力f，則由動能定理，我們可以得到v2-依然正比于h，但是比例系數(shù)變了，圖像的斜率不再是2g，這個過程機(jī)械能就不守恒了。因而我們可以判斷出該同學(xué)的依據(jù)是不全面的。所以，分析論證該同學(xué)的說法，就需要有分析、論證的過程，而不能僅僅是判斷“對”還是“不對”，分析論證的過程就是說明楚為什么對，為什么不對？說明為什么的過程，就是結(jié)合重物下落這個情境，通過寫清楚表達(dá)式并利用表達(dá)式進(jìn)行判斷的過程。我們可以將其整理為：基于情境，利用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述規(guī)律，結(jié)合數(shù)學(xué)表達(dá)式闡明結(jié)果。牛頓設(shè)想，把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點就一次比一次遠(yuǎn)，如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動，成為人造地球衛(wèi)星。同樣是受地球引力，隨著拋出速度增大，物體會從做平拋運(yùn)動逐漸變?yōu)樽鰣A周運(yùn)動，請分析原因。（情景——平拋、圓周，分析做平拋運(yùn)動、做勻速圓周運(yùn)動的原因——力和運(yùn)動的關(guān)系）結(jié)合具體情景定性描述清楚情境中蘊(yùn)含的規(guī)律：

物體初速度較小時，運(yùn)動范圍很小，引力可以看作恒力——重力，做平拋運(yùn)動；

隨著物體初速度增大，運(yùn)動范圍變大，引力不能再看作恒力；當(dāng)物體初速度達(dá)到第一宇宙速度時，做圓周運(yùn)動而成為地球衛(wèi)星。平拋：恒力圓周：變力判斷、分析、說明也有些說明類的問題，既不涉及數(shù)據(jù)，也不需要寫出表達(dá)式。我們來看這個例子（讀題），我們依然要緊扣情境，搞明白題目讓我們做什么？就是我們反復(fù)說的到哪去？就是為什么物體會從平拋運(yùn)動變?yōu)閯蛩賵A周運(yùn)動？為什么做某種運(yùn)動，我們的出發(fā)點顯然是力合運(yùn)動的關(guān)系。物體做平拋運(yùn)動時受到的是恒力，做勻速圓周運(yùn)動時，受到的是始終指向圓心的變力。當(dāng)我們把出發(fā)點和到達(dá)點聯(lián)系起來，就知道怎么去了，明顯題目要求我們說明的是小范圍內(nèi)，引力可以看成恒力，大范圍內(nèi)，引力是變力，不能再看成恒力了。那我們就結(jié)合引力，再物體做平拋需要恒力，做圓周運(yùn)動受到的是變力說明白就行了。這類問題，不需要數(shù)學(xué)公式，需要的是我們對具體情境中，物理規(guī)律的分析和把握。結(jié)合具體情景（從哪出發(fā)）（到哪去）（怎么去）概念、規(guī)律知識關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)語言判斷、分析、說明總而言之，這類基于具體情境、過程的判斷、分析、說明類的問題，就是將對概念、規(guī)律的理解放到一個圖景下進(jìn)行考察，依然是要清楚從哪出發(fā)，到哪去，依靠概念間的聯(lián)系，知識間的關(guān)聯(lián)，物理規(guī)律，通過定量計算、數(shù)學(xué)表達(dá)式分析、物