以平抛运动实验为“支架” 发展物理思维能力
2016-11-25徐飞翔
徐飞翔
摘 要：平抛运动是典型的曲线运动，平抛运动中的规律渗透运动的合成与分解的思想，体现构建运动学方程的思维能力。结合实验挖掘平抛运动中的重要规律，渗透物理科学研究的思想方法，理论与实验相结合，以此培养学生的动手能力，分析解决问题的能力，发展学生的物理思维，必事半功倍。
关键词：平抛运动；实验方法；物理思维；能力培养
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）10-0013-3
平抛运动规律性强，常与实验内容相结合，运用平抛运动的实验创设场景，使学生对物理事实获得具体明确的认识[1]。教学时根据最近发展区理论，设置合理高度的脚手架[2]，通过变式训练，引深讨论，总结思想方法，能很好地促进学生物理思维的发展。
1 以实验题型为切入点，循序引入
例题1 如图1所示，一光滑斜面放在一光滑水平桌面上，下面紧挨着连接一个倾角为θ的斜面，在斜面上，从不同的高度位置释放小球。若小球离开桌面做平抛运动，均落到斜面上。忽略空气的阻力，设小球从轨道末端飞出到落到斜面上的时间为t ，设释放点到水平抛出点的高度差为h ，如图2所示，下列关于h与t的关系图像正确的是（ ）
又对小球离开桌面后做平抛运动，设在斜面上的位移为l，由平抛运动规律：
根据函数关系式可知，因θ角为定值，h-t2图像应为抛物线，开口向上。由分析知D正确。
深入分析 此题以实验及平抛运动规律作为“支架”，引导学生从物理量的因果联系，进行深入探讨。对于从斜面上某点水平抛出的物体，最终落到斜面上的问题，由上面（5）式可知，θ、g一定的情况下，t的大小取决于v的大小。而又由（2）式知v的大小取决于h。因此，在θ不变的情况下，h与t建立联系，由（6）式知道其关系图像。理清因果关系，构建方程，使学生获得清晰的思维过程。
2 以规律为引领，展开变式训练
变式训练 若实验装置仍如上图1所示，在斜面上不同高度h释放小球，设小球落到斜面上时，速度方向与斜面的夹角为β，则β随h 的变化情况为（ ）
A. 随h的增大而增大 B.随h的增大而减小
C. 随h的增大而不变 D.无法确定
本题的研究方法为保持θ不变，改变高度h，使v 的大小发生变化，由v 的变化分析t的变化，或是夹角的变化，结合平抛运动的基本规律发展学生的思维能力。
3 拨开表象迷雾，提炼物理思维方法
在物理实验及习题教学中根据教学内容，结合已掌握的知识体系，根据就近发展策略，变换问题的角度，启迪思维方法，渗透物理研究思想，使学生思维向更深层次发展。下面我们运用控制变量法，来改变实验的条件，分析平抛运动的特点。
3.1 控制变量的思想
本题中从同一高度h下落，则控制v0不变，而改变θ的值，则t随θ而改变。
小结：v0不变时，对应的θ值均有L值与之对应，当夹角增大时，L也应该随之增大，当木板的长度一定时，即长度达到最大值时，就不能再随角度的增大而增大，这时小球就不能再落回到斜面上。本质是控制v0不变，改变θ值使L值随之改变。
3.2 逆向思维法
例题3 如图5所示，在斜面底端A 处安装一弹射装置，调好角度，使小球以速度 v弹射出去，恰好能落在斜面上M 点时到达最高位置，即速度方向水平，若只改变弹射时发射速度的大小，不改变发射角度，问小球上升的最高点还能在斜面上吗？
分析 本题按逆向思维讨论处理，若从斜面上方以水平速度抛出一个小球，落在斜面上时与斜面的夹角为β，落点时的速度为v，逆向处理时相当于从落点A处以速度大小v与斜面的夹角为β斜向上抛出一个物体，恰好落到斜面上时，速度方向水平。由前述知，当从斜面上以不同速度大小水平抛出物体落到斜面上时，速度方向与斜面的夹角均为定值，反之以不同速度，和原来的夹角相同的角度发射的物体其最高点必然在斜面上，因发射的速度不同，故最高点的位置不同。
小结：由逆向思维方法，灵活运用前面的已有结论，能发展学生智力，形成能力，举一反三，避免题海战。
3.3 极值法
极值法是物理常考的方法之一， 在平抛运动中有一类求极值问题，暂且也称之为极值问题，下面举例说明。
例题4 如图6所示，质量为m的小球以速度v水平抛出，落到对面的倾角为θ的斜面上，若抛出点到落点有最短位移，求：此运动过程的时间及位移的极小值？
分析 由几何关系知，物体的位移与斜面垂直时，有最小位移，由图6知，
总之，结合平抛运动规律，进行物理思维方法教学，精心选择习题，着眼思维训练，体会控制变量法，逆向思维法、极值法等，培养学生的综合能力，为后续物理课程学习、物理能力发展打下基础。
参考文献：
[1]张安. 高中新课程物理实验探究能力教学初探[J]. 物理教学探讨，2010，28（10）：1—3.
[2]王祥东.支架式教学在概念型新课中的应用[J]. 物理教学探讨，2016，34（4）：15—18.（栏目编辑 赵保钢）
