构建物理图景在解决生活实际问题中的应用

彭学艳

摘要：物理实际生活问题在近年高考中越来越频繁出现，学生遇到这种实际问题往往无从下手，其原因主要是学生构建不出实际问题的图景.而物理图景是应用物理语言形象、直观的解释、描述问题后，在学习者头脑中形成的心理印象，易于理解问题的本质.

关键词：构建;图景;应用

“做一个物理题就是画一幅图”，“闭上你的眼睛，想象一下前面的物理图景”.这是我在课堂上帮助学生解决高中物理实际生活问题时常说的一句口头禅.随着新课程改革的不断推进，实际生活问题在高考中越来越频繁出现，而学生遇到这种实际问题往往无从下手，究其原因，主要是学生不能构建恰当的物理图景，想象不出实际问题的场景.物理图景教学能够为学生创建更加良好的学习氛围，构建更加完善的知识体系，更加符合新课标教学要求，同时也能够更为理想的开展教学活动.针对这种现象，本文就如何构建物理图景情景，提高学生解决实际生活问题的能力举几个案例分析.

（一）利用光的反射定律规律，构建运动学图景解直线运动问题

例1：天空有近似等高的浓云层，为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为 处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差 .试估算云层下表面的高度.（已知空气中的声速 ）

分析与构建：利用生活中爆炸声来测量云层的高度，该问题情景来源于我们身边的物理现象，难点在于“对云层位置”的判断，将问题情景与光的反射定律进行类比，利用平面镜成像原理，构建起运动学图景，可使问题迎刃而解.要求云层的高度需要求出经云层反射的声波传播的距离 ，t根据题意可以得出，然后根据勾股定理即可求出高度 .

解：如图1所示，A表示爆炸处，O表示反射点，S表示观测者所在处，h表示云层下表面的高度.用t1表示爆炸声从A直接传到S处所经时间，则有  ①

， ，用 表示爆炸聲经云层反射到达S处所经历时间，因为入射角等于反射角，故有  ②

已知：  ③

由①②③式及题目条件计算得出

本题考查了速度公式的应用，画出声波传播的路线图即可化抽象为直观，有效降低题目难度.

（二）利用“放慢镜头”的方式，构建动力学物理图景解“板块”问题

例2：一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央.桌布的一边AB与桌的一边重合，如图2所示，已知盘与桌布间的动摩擦因数为 ，盘与桌面间的动摩擦因数为 .现服务员突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB边.若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？（以 表示重力加速度）

分析与构建：该问题情景来源于我们身边的物理现象，难点在于确定“小圆盘和桌布的位移、桌面边长之间的关系”.小圆盘要不能从桌面上掉下，则小圆盘在整个过程中相对桌面的位移不能超过桌面边长的一半，故需要求出小圆盘两次相对桌面的位移，第一次小圆盘在桌布的摩擦力作用下加速运动，表示出桌布的位移和小圆盘的加速度、位移和离开桌布时的速度，小圆盘在桌布上运动时相对于桌布的位移为桌面边长的一半;小圆盘因为惯性在桌面上继续做匀减速运动，其加速度由桌面的摩擦力提供，再利用小圆盘离开桌布时的速度表示出小圆盘在桌面上滑行的位移.而这些位移关系的确定如果通过“放慢镜头”的方式展现出来，学生就能快速找到小圆盘和桌布的位移、桌面边长之间的关系，如图3所示，从而求出桌布的加速度.

解：小圆盘在桌布的摩擦力的作用下向前做匀加速直线运动，其加速度为 ，由牛顿第二定律得  ①故  ②桌布突然以恒定加速度 开始抽动至圆盘刚离开桌布这段时间内，桌布做匀加速直线运动，设所经历时间为 ，桌布通过的位移为 ，故  ③在这段时间内小圆盘通过的位移为 ，则  ④小圆盘和桌布之间的相对位移为方桌边长的一半，故有  ⑤设小圆盘离开桌布时的速度为 ，则有  ⑥小圆盘离开桌布后在桌面上做匀减速直线运动，设小圆盘的加速度大小为 ，则  ⑦设小圆盘在桌面上通过的位移大小为 后便停下，将小圆盘的匀减速运动看做由静止开始的匀加速运动，则有  ⑧小圆盘没有从桌面上掉下，则有  ⑨联立以上各式计算得出： ⑩

即只有桌布抽离桌面的加速度 时小圆盘才不会从桌面上掉下.

解决此类问题一定要注意受力分析（特别是摩擦力的分析）和物体运动过程的分析，在摸清受力情况的同时，再通过一系列运动图景直观展示出小圆盘和桌布的位移、桌布边长之间的关系，才能正确选择物理规律进行求解.

（三）利用平抛规律和圆周知识，构建几何图景解决平抛与圆周相结合的问题

例3：一把雨伞边缘的半径为 ，且高出水平地面 .当雨伞以角速度 旋转时，雨滴自边缘甩出落在地面上成一个大圆周，求这个大圆的半径.（以 表示重力加速度）

分析与构建：雨中转伞问题来自于我们身边的物理现象，难点在于“物体运动位置和方向”的准确判定，要求学生具有空间想象能力.如果借助物理图景正确把握物体运动的空间特征，解题时多角度、全方位、立体式地发挥科学的想象力则可以顺利地解决此类问题.

解：物体做平抛运动，我们可以把平抛运动分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动来求解，两个方向上运动的时间相同.雨点甩出后做平抛运动，竖直方向有 ，

水平方向初速度为雨伞边缘的线速度，所以

雨点甩出后水平方向做匀速直线运动，

设大圆圈半径为 ，如图4所示，根据几何关系有： ，所以半径

本题属于圆周运动与平抛运动相结合的最基本问题，解决本题的关键在于利用圆周知识与平抛规律，构建雨滴的运动学和几何关系图景;首先根据 求出雨滴离开伞时的初速度，再根据平抛运动规律求出雨滴的水平位移，最后结合几何关系求出雨滴自伞边缘甩出后落于地面形成的大圆圈半径 .

由以上实例分析可以看出，学生解决生活实际问题的关键，是能否将具体问题通过构建恰当的物理图景展现出来，这不仅可将抽象问题直观化，还可以帮助学生主动的构建知识，从而达到真正的理解知识，提高解决实际问题的能力.

（作者单位：云南省凤庆县第一完全中学）