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一、挖掘教材中丰富情感因素,让学生在生动情境中精神“提起来”
物理学科是一门实用性、应用性较为显著的基础科学,物理教材中围绕物理知识点内容,设置和融入了许多与现实生活紧密联系、与学生生活关系密切的典型事例和生动案例.这对初中生物理学习情感培养起到“推波助澜”的促进功效.生本主义在物理教学中的应用,最根本的要求就是充分展现学习对象的“主人翁”地位,让物理课堂成为学生主体展示的“舞台”.因此,在教学中,教师要利用初中物理教材已有的生动、丰富、鲜明的现实案例和趣味现象,创造出形象生动、趣味活泼的学习场景,引发初中生情感“共鸣”,提振初中生物理学习情感,成为课堂教学“一份子”,主动与教师同步互动,深入探析物理知识.初中生面对生活常见现象,其内心充满了亲近感,主动探究分析成为内在自觉行动.
二、创设充足实验操作时机,让学生在探究观察中技能“高起来”
教育实践学认为,通过自身努力获取的经验技能,更能为学习对象留存深刻“印迹”,更有利于学习对象学习技能的提升.物理学科是以实验、观察为主要手段的知识学科,具有较强的能力培养功效,学生在动手操作、实验观察等进程中,分析问题、解决问题等方面的能力能够得到明星提高.生本主义所倡导的学生学习技能培养与此同出一辙.因此,在物理课堂教学中,要体现生本主义理念内涵,教师就必须让初中生获取充足的活动“时机”,利用物理教材中的实验案例、探究课题等载体,组织学生进行动手操作、观察研究、分析归纳等实践活动,指导和引导学生有序实验、仔细观察、深入研究、科学归纳,逐步培养他们物理探究观察的技能和素养.例如,在讲“浮力”时,教师可以利用该节课中“浮力的大小”实验环节,有计划地组织学生进行动手实验,观察现象,要求学生根据此节课教材实验步骤和要求,准确操作实验器材,有序开展实验活动,认真观察实验现象,并如实记录.学生获得较大空间的实验操作“自”,其实践动手能力得到培养.在此基础上,学生通过观察实验现象,分析实验数据,对“浮力的大小与体积和物体的重量之间的关系”知识内容有了更为深刻的认知和感受,自身的主体特性得到体现,主体探究观察等物理学习技能得到提高.值得注意的是,在初中物理教学中,培养学生的物理实验探究技能、提供自主实验时机时,教师要充分考虑安全因素和难度系数.
三、注重案例解析过程讲解,让学生在思考分析中能力“升起来”
[关键词]初中物理体验式教学主体特性有效教学
[中图分类号]G633.7[文献标识码]A[文章编号]16746058(2015)110054
常言道:“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”初中生在学习物理知识、认知物理现象、探寻物理规律的过程中,需要亲自参与、亲自操作、亲身实践。初中阶段物理学科是一门以实验、观察为主要手段的基础学科,需要学生深入参与物理知识、案例探究分析等活动,仅靠教师一个人的“讲解”、“传授”,难以达到物理学科教学纲要所提出的目标要求。教学实践证明,学生亲身参与分析、观察、操作等实践活动所获得的学习技能和经验,所留下的“印记”更为深刻、更为丰满,更加难以遗忘。体验式教学,充分利用了学生主体的内在能动特性,引导学生参与探究分析活动,指导学生深入探究分析,在亲身感知、亲自实践中,增长物理知识,增强学习技能。
一、利用教学互动特性,让学生在自主探究体验中领悟内容要义
教学活动的本质,就是教师与学生借助于课堂教学“载体”,围绕教材内容、教学要求,进行的师生之间的交流、探讨、发展的实践过程。双向性、互动性,是教学活动最为显著的特性。体验式教学倡导的是,学生作为实践者,要亲身参与教学活动。众所周知,学生“单独”的探究分析活动,难以达到预设的目标要求,需要教师有效指导。这就要求,教者在开展体验式教学时,不能做“甩手掌柜”,任凭学生个体“自由活动”,而应该发挥“舵手”的“引航”、“指引”工作,在有效引导、深入体验的过程中深刻领悟内容要义。如“分子的运动”一节的“扩散”讲解中,教师为了让学生能够对该知识点有深刻的体会和认识,设置动态教学课件,向学生展示“红墨水滴在水中的变化过程”。通过直观动态的画面,引导学生深入感知,并结合该知识内容进行深刻体会。学生在直观画面感知和思考分析中,准确领悟其知识要义。
二、利用实验探究特性,让学生在操作实践中理解掌握物理现象
实验是初中物理学科的重要内容,也是培养学生动手探究的有效抓手。实验活动的目的,是为了深刻揭示物理现象的内在规律和本质特征。传统实验教学中,教师演示实验成为实验教学的主要方式,学生不能深度参与实验过程,对教师告知的实验结果或实验现象很难有深刻、准确的理解和掌握。体验式教学,正好为初中学生参与探究自然现象,提供了有效载体。物理教师可以利用物理实验的实践、探究性,为学生提供亲身操作的实验舞台,搭建亲自观察的实验载体,在真切的操作实践、观察分析中掌握物理现象本质。如《电阻》一节课的“电阻的大小关系”实验课中,教师发挥初中生主体能动性,将探究电阻大小的关系实验活动交由学生“操作”。学生按照事先准备好的实验器材,根据电路图,完成电路连结活动,教师针对学生连结电路情况,进行指点,实时纠正学生连结电路过程中出现的错误,让学生能够掌握正确连结电路的方法。在此基础上,要求学生根据实验步骤,改变电阻的大小,并观察灯泡的亮度变化。学生通过观察灯泡亮度的变化,认识到灯泡的亮度与电阻的大小有一定的关系。初中生在教师提供的亲身试验操作活动中,对物理现象的本质以及内在联系,有了更好的认识和体会,其物理学习素养得到提升。
三、利用案例解析特性,让学生在探析提炼中掌握解题思路和方法
物理学科,与其他学科一样,案例教学也是其学科教学的重要形式,也是其锻炼和培养学生良好物理素养的有效途径。笔者发现,传统的教师全程包办案例的分析、案例的讲解、案例的解答等活动,将学生作为“局外人”,将学生“抛弃”在案例解答活动之外,导致学生对所获得的解析物理案例的方法策略理解不透,掌握不深,运用不活。案例教学中运用体验式教学,能够将学生置于案例解析的全过程,成为案例条件分析、解题思路、解答规律等活动的“承受者”,从而对解题思路方法有深刻理解,并能正确的运用。
问题:已知有一列长为400米的火车,在行驶途中,要穿过一条2000米长的隧道,通过测量,测得这列火车完全通过隧道时用了100秒的时间,请问这列火车运行的速度是多少?这列火车在隧道内行驶了多长时间?
考点一:对比热容概念的理解
例1 (烟台市)关于比热容,下列说法中正确的是().
A. 物体的比热容跟物体吸收或放出的热量有关
B. 物体的比热容跟物体的温度有关
C. 物体的质量越大,它的比热容就越大
D. 物体的比热容与物体吸、放热及温度和质量都没有关系
解析: 比热容是从热学方面反映物质特征的一个物理量.因为不同物质的吸热本领不同,所以不同物质都有自己的比热容.比热容是由物质本身所决定的,它与物体的质量大小无关,也不随物体吸收(或放出)的热量以及温度的改变而变化.故A、B、C错,D选项正确.
点拨 要正确理解比热容的概念和物理意义,知道比热容是物质的特性之一.虽然比热容的计算式是c= ,但对于同一种物质,比热容c与Q、m、Δt无关.
考点二:比热容的应用
例2 (安徽省)水具有比热容大的特点,下列现象中与此特点无关的是().
解析: 水的比热容大表现为两方面.一方面,冷却或取暖.由于水的比热容较大,那么一定质量的水升高(或降低)一定的温度时吸收(或放出)的热量较多,这样,在吸热与放热两个环节上,用水做介质有明显的优势.用做暖气循环水时,从燃烧炉处获得的热量较多,经过用户时从暖气片向室内释放的热量也较多;用做冷却水时从发热处吸收的热量较多,只要在散热处将吸收的热量尽快散发掉,就可以循环使用.另一方面,由于水的比热容较大,一定质量的水吸收(或放出)较多的热量而自身的温度却改变不多.这一点有利于调节气温.白天,太阳晒到海面上,海水的温度升高不多却吸收了大量的热,所以人们住在海边并不觉得特别热;夜间,海水由于温度降低而放出大量的热,使沿海气温不致降得太低,所以住在海边的人又不觉得特别的冷.所以海边的昼夜温差较小.综上所述,本题的正确答案选B.
点拨 在新课程理念的指引下,对物理知识点的考查更贴近社会生活,这就要求我们多用学习的物理知识去分析生活现象.
考点三:热量的计算
例3 (天津市)已知铝的比热容是0.88×103 J/(kg・℃).它表示质量是1 kg的铝块温度升高1 ℃时吸收的热量为_____.依据上述比热容的物理意义,请问:把质量为5 kg、温度为20 ℃的铝块加热到100 ℃,铝块吸收的热量是多少?
解析: 本题考查比热容的物理意义及利用公式计算.第一问填“0.88×103 J”.可以利用Q吸=cm(t-t0)求出铝块吸收的热量,第二问的答案为:Q吸=cm(t-t0)=0.88×103×5×(100-20) J=3.52×105 J.
考点四:探究比热容的大小
例4 (柳州市)为了比较水和煤油的吸热能力,小明设计了如下实验步骤:
A. 在两个同样的烧杯中,分别装入等体积的水和煤油;
B. 用两支温度计分别测出水和煤油的初温;
C. 在烧杯中,分别放入功率相同的电热器,加热相同时间;
D. 用温度计分别测出水和煤油的末温.
(1) 步骤A存在的错误是:_____;应改为:_____.
(2) 步骤C,加热时间相同是为了使水和煤油_____.
(3) 步骤B和D是为了得出水和煤油的_____.
解析: 本题考查如何探究不同物质的吸热能力.放入功率相同的电热器,加热时间相同,放出相同的热量,可以认为两个烧杯吸收相同的热量.由公式Q=cmΔt可知,相同质量的不同物体,吸收相同的热量,温度变化不一样.所以步骤A存在的错误是装入等体积的水和煤油,应改为装入等质量的水和煤油.步骤C,加热时间相同是为了使水和煤油吸收相同的热量.步骤B和D是为了得出水和煤油的温度升高的度数或温度变化.
作图题是中考光学部分的常见题,常规的反射、平面镜成像以及透镜作图一般不容易失分,但非常规的作图题很容易造成失分.
例题1(08南京) 如图1所示,小明通过一平面镜看到了桌子下面的小球.图中画出了入射光线和反射光线,但末标出光的传播方向.在图中用箭头标出光的传播方向,并根据光的反射定律画出平面镜.
解析小明通过一平面镜看到了桌子下面的小球,是因为小球反射的光通过平面镜的反射后进入了人的眼睛,所以光线的传播方向是由小球到平面镜,再由平面镜到人的眼睛.画平面镜需要借助法线,因为法线是反射光线和入射光线之间夹角的平分线,所以我们先把此角的平分线画出,然后再画出该法线的垂线即是平面镜的位置.解答此题的关键之处是利用了法线的两种身份:“角平分线”、“垂线”.
例题2(08扬州)如图2所示,OO′为凸透镜的主光轴,S′为点光源S经凸透镜成的像,SA为光源S发出的一条光线,请在图中适当的位置画出凸透镜,并完成光线SA通过凸透镜的光路图.
解析本题首先根据通过光心的光线传播方向不变,那么SS′连线与OO′的交点就是透镜的光心,这样凸透镜的位置就可以确定了;从S点发出的任意一条光线都要经过它的像点,折射光线过S′点,该题的作图就完成了.如图.
二、 灵活应用造成的失分.
从物理走向生活和应用是中考试题设计的主要方向之一,在这部分试题中要求学生在理解知识的基础上,能够结合试题的具体情境,把知识活学活用.这样的试题对能力要求要高一些,所以容易造成失分.
例题3(2010黄冈)检修工人在查看线路密集的电路板时,为了看清线路的连接情况,常透过一个较大的透镜进行观察,这个透镜应该是透镜(填“凸”或“凹”),工人看到的是放大的 (填“实”或“虚”)像,电路板到透镜的距离应 ;检修时还用到了照明灯,这是为了照亮(填“透镜”或“电路板”).
解析本题本质上是考查凸透镜的性质、成像规律等应用,因为试题情境很新,考生没有接触过,所以很容易犯错,尤其是第三空.答案依次为:凸;虚;小于一倍焦距电路板.
例题4(2010泸州)被誉为“光纤之父”的华裔科学家高锟因为在“光在纤维中的传输用于光学通信”的成就而获得2009年诺贝尔物理学奖.光在玻璃纤维中的传输情况是光线每次由内层玻璃芯射向外包层的分界面时,均要发生反射,而不折射,从而使光在不断的反射中沿内层玻璃芯向远处传播,如上图.请根据图回答:当增大入射光线AB的入射角时,CD光线的入射角(选填“增大”、“减小”或“不变”),D点将要向侧移动(选填“左”或“右”).
解析每年的诺贝尔物理学奖的奖项经常会作为中考试题的背景资料,这类题由于题干较长,对学生的理解能力较高而容易失分.答案为:增大;右.
三、 新颖的实验设计题造成的失分.
中考物理实验试题设计为了体现公平性和良好的区分度,实验设计的情境都比较新颖,造成丢分的主要题型都集中在实验设计题上.
例题5(2010大同)下表列出的是在进行探究实验时遇到的一些实际问题,请你把解决问题的方法填写在表中对应的空格里.
解析本题在当年的中考中难度系数达到0.2,之所以造成大面积的丢分,主要是学生对这几个实验没有切身的体验,平时动手实验时对遇到的实验问题缺乏深入思考,解决起来感觉无从下手.尤其是第一个解决方案,学生很难完成.
例题6(2010广州试题)如图小明站在地铁站台,他透过玻璃板制成的屏蔽门,可以看到车道另一侧竖直墙壁上的广告牌,及自己在玻璃屏蔽门后面的虚像.小明根据该现象设计了在站台上粗测玻璃屏蔽门到车道另一侧广告牌之间距离d的实验.实验步骤如下,请完成相关内容.
(1) 小明相对于玻璃屏蔽门前后移动直到观察到 ;(2)记录 ;(3)量出的距离.除记录工具外,小明要完成上述实验必需使用的仪器是.步骤(3)中量得的距离就是玻璃屏蔽门到广告牌之间的距离d,物理依据是.
解析本题也是一道很好的能力设计题,考查的知识点是初中物理光学中的主要知识点:平面镜成像的特点,但情境非常新颖灵活.答案依次为:(1)自己的像落在广告牌上时;(2)自己的站位;(3)自己的站位到玻璃屏蔽门;刻度尺;像到镜面的距离等于物到镜面的距离.
关键词:高中物理;学习方法;思维;实验;初探
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2015)10-231-01
在高中众多的学科当中,有很大一部分学生认为高中的物理相当难学,久而久之,很多学生就对物理学习丧失兴趣,更有学生便放弃了物理的学习,这对于学生的整个科学文化知识来说是极为不利的。物理学与生物学、化学、天文学等学科有着密切的联系的一门学科,是自然科学的组成部分。爱因斯坦曾经说过,“成功取决于正确的方法和艰苦的奋斗”;所以学好高中物理也是有章可循的,本文就如何加强学生的学习方法,提高学生的学习效率,浅谈一些在教学中的体会。
一、学生在学习物理过程中常见问题的解析
通过分析学生在学习物理过程中所出现的形形的问题,归纳起来,主要体现在以下几个方面。
1、死记硬背,不能灵活的处理问题
很多学生还是像初中死记硬背一些物理学定义和公式,并且这种现象在学生当中是普遍存在的。这类学生在学习中不具备必须的思维模式,只注重生搬硬套,不能灵活的运用公式,在做题时不能从分析物理的过程从发,也不管公式的条件是否成立,常常出现硬套公式,这必然会出现许多张冠李戴的现象,这种思维习惯严重的阻碍了学生学习成绩的提高。
2、逻辑思路混乱
逻辑推理是高中物理学习必备的一种思维方法,很多学生学习成绩较差,很重要的一个原因就是因为逻辑推理较差,思路混乱,答题没有规律可言,容易出现顾此失彼,错误率较高,不能很好的理清做题思路提高效率。
3、思维定势影响对模型的正确理解
物理模型对于物理学来说具有着重要的意义,但是一个物理模型容易在学生中形成定势,这对于学生的学习来说即有积极的作用也有消极的作用。这里谈谈给学生带来的消极作用的影响。如一个质量为M,带有1/4光滑圆弧的物体固定在水平地面上,圆弧的圆半径的R,从圆弧最高点无初速释放一个质量为m的滑块,使其沿l/4圆轨道自由下滑。整个过程只有重力做功,滑块与地球之间形成系统的机械能守恒。所以当滑块离开光滑圆弧时速度为v,根据公式则有mgR=mv2/2。当题目的条件改变为当物体M置于光滑的地面上时,很多学生仍然列出上面的公式,这显然是由于思维定势导致的结果。
二、学习方法的探讨
1、要深刻理解物理的基本概念
在高中的物理学习中,物理概念是最基本的知识,它是物理本质的一种体现。物理概念是我们学好物理学的基础,有利于我们更好的把握物理的学习和理解物理这门学科。在理解物理概念时,我们要认真理解概念的意义,要对概念有一个从感性认识到理性理解的一个过程。这就要求学生在学习时,要勤于思考,认真分析把握概念的本质含义。比如,对于“加速度”概念的讲解,我们可以从实际出发来理解。汽车在发动出发时,速度在20秒内由0m/s加速到10m/s,高铁的在出发时在20秒内速度由0m/s加速到20m/s,汽车与高铁在20秒内速度的变化就是由于加速度大小的差别引起的。由此引入加速度的概念,就让学生对加速度的概念有着很深刻的理解。
2、多做习题,在练习中总结错误
一个物理公式并不是很快就能掌握的,这就要求我们通过一定量的习题来加深对公式的理解,不断地总结做过的题目,认真分析错误的原因,发现新的问题时,要勤于查阅资料,请教同学和老师,直到弄清题目的含义,这样一个过程下来,会让学生在不同的角度进行思考和反思。有些学生在做题时,会思考解题中所遇到的方法,并加以推广应用,另外还有一部分学生在解题时追求一题多解;不少学生还有着自己的错题集,把犯过的错误反复的拿来研读,从中吸取教训,避免以后不会出现类似的错误。这些学习方法都有一定的推广意义。
3、培养学生学习中的开放性思维
开放性思维就是要求学生在学习中具有一定的灵活性的特点,它表现在学生在思考问题时具有发散、迁移、转变等思维能力。培养学生的开放性思维可以从以下方法入手。一题多解就是培养学生发散性思维较好的方法,它可以让学生从不同的角度来思考问题,解决问题。
如:有两个半径都是r的球A和B在光滑的水平轨道上,球A的质量为m,球B的质量为M,当两球心之间的距离大于L(L>>2r)时,球A、B之间无相互作用力,若两球心之间的距离小于等于L时,两球之间存在相互作用的恒定斥力F,设A球从远离B球的地方以初速度V0向原来静止的B球运动,当V0满足什么条件时,两球不会发生相撞?
解析:分析题目可知两球不发生碰撞时的临界点为:两球速度相等时,L+XB -XA >2r。针对此题,可以从能量与动量的角度来思考问题,也可以从力与运动的角度来思考问题,同时还可以从力、能量和运动观点相结合的角度来分析问题。
4、加强学生的实验技能
物理学的发展离不开物理实验的发展,很多重要的理论就是从实验中发现的。如:“万有引力定律”和“电磁感应”等理论的发现。在做实验的过程中丰富了我们的科学方法和思维,同时也加深了我们的实验技能和做事的能力。所以要认真的做好每一次的实验,完成每一次实验所要求达到的目标,认真观察实验现象和分析实验结果,这样才能加深对实验和规律的理解。
总之,在物理教学过程中要有意识的加强对学生的学法指导,要让每个学生都有着自己的学习方法和学习能力,避免学生陷入“题海路线”而导致的厌学情绪,真正体会到学习物理的乐趣。
参考文献:
[1] 单 良.浅析提高中学物理学习效率的方法[J].科学教育.2009(2):6.
[2] 马 骞.对高中物理学习思维障碍的探讨及对策[J].素质教育论坛.2009(10)
一、 总的要求:
(一) 审清题意
审题要细而又细,“咬文嚼字”,反复推敲.尤其是看来较容易的题目,更要字字认准,句句看清,严防错觉;有些题目似曾相识,更要严防疏忽大意,造成错漏.一定要做到:一不漏题,二不看错题,三要看准题,四要看全题目的条件和要求.
要注意题目中的一些关键字,如热量计算中温度升高到多少度和温度升高了多少度;要注意题目中的一些条件,如“光滑”、用电器正常工作、串联在…、并联在…、不计(绳重和摩擦、空气阻力、滑轮重、温度对……影响、轻杆)等.要注意题目中的隐含条件,如将用电器接在家庭电路上……等.
(二) 规范化答题
语言规范化(用物理语言表述、且表述准确),格式规范化,不写错别字(竖直坚直;逐渐变大变大或大),禁止写连笔字,做到容易题不丢分,难题多抢分,不得零分.
二、 题型分析:
选择题
选择题是一种客观性试题,它具有知识的广泛性,答题的简便性和评分的客观性等特点.解答时要求学生能准确地理解物理概念和规律,掌握有关物理方法,具有较强的分析问题和解决问题能力.从近几年的中考物理试题来看,选择题的特点是针对性强,且根据试题情景设置不同的选项,可以涉及到不同的知识点和物理情境,使考查目标的知识面增大,还可以根据考生在平时学习中易犯的错误设置选项,从而鉴别学生的知识和能力,考查学生的理解、判断、识图、计算等能力,所以它是考查学生学习掌握知识和运用知识能力的常用方法.
选择题的题型一般有:
1. 概念辨析
例1(2010年湛江)下列说法中不正确的是()
A. 磁场和磁感线都是真实存在的
B. 电动机工作时是将电能转化为动能
C. 扬声器、电磁继电器、电铃都应用了电磁铁
D. 磁极间的相互作用是通过磁场发生的
解析本题要正确辨别磁场、磁感线这两个易混概念,磁场是真实存在的,而磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的曲线,实际并不存在;本题还要能区别电动机和发电机的能量转化,知道磁极间的相互作用是通过磁场产生的,知道电磁铁的应用等.
2. 规律理解
例2(2010年金华)如图所示,给电磁铁通电,铁块及弹簧在图中位置静止,当滑动变阻器的滑片向b端滑动时,关于电流表示数和弹簧长度变化情况是()
A. 电流表的示数增大,弹簧的长度增加
B. 电流表的示数增大,弹簧的长度减小
C. 电流表的示数减小,弹簧的长度增加
D. 电流表的示数减小,弹簧的长度减小
解析本题考查学生对滑动变阻器和电磁铁磁性强弱的影响因素的理解.
例3由欧姆定律公式可导出R=U/I,关于此式的物理意义,下列说法中正确的是()
A. 导体两端的电压为零时,导体的电阻为零
B. 导体两端的电压越大,导体的电阻越大
C. 通过导体的电流越大,导体的电阻越小
D. 导体电阻值的大小,可以用它两端的电压与通过它的电流的比值来表示
解析本题着重理解电阻是导体本身的一种性质,电阻的大小与通过导体的电流或导体两端的电压大小无关,我们还要理解其他物质或物体本身的性质,如物质的比热容、燃料的热值、物质的密度等
3. 联系实际
这类题主要考查物理规律、原理在生产、生活中的应用.解答的关键是对生产、生活或事例的分析,要能透过现象看本质,在剖析事例或现象的过程中,找到与物理原理的联系,进而做出解答.
例4(2010年泰州)手机接收到来电信号时,指示灯发光并发出声音(或振动);拨打别人的手机,如对方接收不到信号,会听到“您拨打的用户暂时无法接通”的提示.现用两部手机、硬纸鞋盒和金属点心盒做“探究不同材料对接收电磁波的影响”实验:将一部手机先后放到鞋盒和点心盒内(盖严盒盖),再用另一部手机拨打盒内手机,如图,在下列判断盒内手机能否接收到信号的方法中,不可靠的是()
A. 听是否有“暂时无法接通”的提示
B. 盒内手机设为振动,触摸盒子感觉是否振动
C. 盒内手机设为响铃,听是否传出声音
D. 在盒盖上开一个小孔,看盒内手机指示灯是否发光
解析手机的应用已经普及到千家万户,而它是应用电磁波传递信息的,密封的金属容器能够屏蔽电磁波,本题将电磁波的特性融合在日常生活中的手机上.
4. 求比值(比例法、数据代入法)
(1) 比例法:用比例法解题可以省略反复套用公式而带来计算的烦琐,对物理量的单位也没有统一的要求,只要相比的同一物理量的单位相同就可以了.运用这种方法既能通过计算定量得出结果,也能经过分析定性比较大小.
例5甲、乙两物体的质量之比是2∶1,比热容之比是3∶4,若它们吸收相同的热量,则升高的温度之比是()
A. 2∶3 B. 3∶2
C. 3∶8 D. 8∶3
解析由物体吸收热量公式Q=cmΔt,可得甲、乙两物体吸收热量的公式为:Q吸甲=c甲m甲Δt甲和Q吸乙=c乙m乙Δt乙,将两式左右两边相比然后将甲、乙两物体的质量之比和比热容之比带入比例式,即可得出结果.
(2) 数据代入法:根据题目给定的数据,给未知的某个物理量假定一个恰当的值代入题中,然后进行计算.
例6(2010年玉溪)在如图所示,电源电压不变.当开关S闭合时,电流表的示数为0.8A,开关S断开后,电流表的示数改变了0.6A,则R与R的阻值之比为()
A. 1∶3 B. 3∶1
C. 2∶3 D. 3∶2
解析本题可以假定电源电压为6V,由于开关断开后电流表的示数变化了0.6A,原来电流表示数为0.8A,则通过电阻R2的电流为0.6A,通过电阻R1的电流为0.2A,根据欧姆定律可以计算出电阻R1、R2的阻值分别为30Ω和10Ω,这样就可以计算出电阻R1、R2阻值之比.
5. 图像分析
在物理学中,常采用函数图像将物理量之间的关系表示出来.因此图像实际上反映了物理过程和物理量的关系(如电阻的伏安特性曲线等).运用此方法时应做到:(1)识别或认定图像横坐标和纵坐标所表示的物理量,弄清情景所描述的物理过程及其有关的因素和控制条件;(2)分析图像的变化趋势或规律,弄清图像所表达的物理意义;(3)根据图像的变化情况确定两个物理量之间的关系,并给以正确描述或做出正确判断.
例7(2010年潍坊)两定值电阻甲、乙的电流与电压关系图像如图所示,现在将甲和乙并联后接在电压为3V的电源两端,下列分析正确的是()
A. 甲的电阻是乙的电阻的两倍
B. 甲的电压是乙的电压的两倍
C. 流过甲的电流是流过乙电流的两倍
D. 流过乙的电流是流过甲电流的两倍
解析本题解题的关键在于根据图像计算出电阻甲和乙的阻值大小,然后再将甲和乙并联后接在电压为3V的电源两端,比较通过甲和乙的电流关系.
6. 估测类
(1) 解答时应了解一些常用的物理数据:
家庭照明电压值220V,每层楼高3m左右,一个鸡蛋的质量约50g,人体电阻约为几千至几百千欧,人正常步行的速度1.4m/s,自行车一般行驶速度约5m/s等.
(2) 记住一些重要的物理常数:
光在真空中的传播速度,声音在空气中的传播速度,水的密度,水的比热容等.
例8家庭生活中,下列估测符合事实的是:
A. 家用彩电的电功率约为200W
B. 写字台台面的面积约200cm2
C. 洗浴水的温度约60℃
D.人体的电阻约为几十欧
综上所述,解答选择题的一般方法为:
一、 认真审题,看清题意
二、 透过表象,抓住关键
命题者在编题过程中,往往故意把容易混淆的概念和知识编织在一起.设置所谓的“陷阱”,在解题时只有抓住“关键”,即明确该题所要考查的“知识点”,找出那些隐蔽而又重要的条件,这样就能提高解题的正确率.
三、 理解题意,排除干扰因素
这种方法要在读懂题意的基础上,根据题目的要求,先将明显的错误或不合理的备选答案一个一个地排除掉,最后只剩下正确的答案.注意有时题目要求选出错误的选项,那就是排除正确的选项.
四、 学以致用,联系实际
不少同学在答题过程中暴露的共性问题是:灵活运用知识分析处理新信息、解决实际问题的能力较差.这一点恰恰暴露出目前初中物理学习存在一大误区:“理论与实践脱节”,这样往往会造成学生思维僵化,碰到实际问题感到无从下手.
填空题
填空题是主要考查同学们对基础知识的掌握和基本概念的理解,只要做到认真审题,看清题意,再联想学过的相关知识,一般比较容易找到答案.然而出现问题的大多在文字性表述方面,由于在平时的练习过程中没有引起足够重视.这里要提醒同学们要高度重视自己“文字表达能力”的提升!另外,认真仔细的审题是正确解答问题的前提和保证,建议同学们在审题时能抓住“题眼”,再联想相关物理知识.
填空题的解法
1. 回忆法
对于一些主要考查基本概念和规律的理解和掌握程度的题目,根据熟记的物理知识,直接填出正确答案.
例9(2005年沈阳)许多人习惯将手机挂在胸前,其实这样是不科学的,因为手机发射出的
__________会对人的心脏造成不良影响.
解析此题应回忆所记忆的现代电信网络知识,知道手机的天线既能发射电磁波也能接收电磁波.
2. 观察法
物理意义明显地紧扣物理定理和规律的填空题或一些技巧性的填空题,通过观察思考可以确定正确的答案,如电表的读数等.
例10(2010年湖州)如甲图电路,当开关S闭合后,电流表的指针偏转如乙图所示,其中a电流表测量的是通过_____ (选填“电源”“L1”或“L2”)的电流,b电流表的读数应为_____ 安.图中电阻箱示数是_____ Ω;.
3. 计算法
例11(2010年南京)如图所示,电源电压恒定,闭合开关S1、S2,电压表示数为9 V,电流表示数为1.5A;断开开关S2,电压表示数为6V,则R1和R2的阻值分别是_____ 、_____.
解析本题首先要能够判断出当开关S1、S2都闭合时电阻R2被短路,只有电阻R1工作,根据欧姆定律可以计算出电阻R1的阻值;断开开关S2时的电路是电阻R1和R2是串联的,由于此时电压表是测电阻R1两端的电压,电源电压是恒定的,根据串联电路电压的分配规律,可以求出电阻R2两端的电压,这样电阻R2的阻值也就迎刃而解了.
4. 排除法
例12(2010年贵阳)到了贵阳,小军更好奇了,五颜六色的灯光使得贵阳更加美丽,特别是街道两旁的路灯和高楼上的那一串串的小彩灯.请你告诉小军:路灯是_____联电路,小彩灯是_____
联电路(选填“串”或“并”).
解析家庭用电器中有一件不工作(开路),其余的用电器能照常工作,家庭用电器不可能是串联的.
5. 比例法:
例13(2010年玉溪)如图所示电路,电源电压保持不变,R1=R2=5Ω,R1、R2两端的电压之比是_____,R1、R2产生的热量之比是_____.
解析本题中两电阻并联,根据并联电路的电压关系可以知道两电阻两端电压之比,由于并联电路中的电流与电阻成反比,电阻上产生的热量与电流成正比,这样就可以判断出并联电路中电阻上产生的热量与电阻成反比.
6. 估算法
例14(2010年玉溪)在体能测试中,小明选择跳绳.他在1min内跳了150次,每次跳离地面的高度为5cm.设他每跳一次所用的时间相等,则他跳绳时的功率最接近_____.
解析本题要知道小明同学跳绳时的功率,就要知道他1min内所做的功,由于他是克服他自身重力做功,则要知道他的质量,那么我们根据日常常识,一名中学生的质量大约在50kg,这样我们就可以根据功率计算公式求出小明同学跳绳时的功率.
注意填空题的解答要求对概念性的问题回答要确切、简练;对计算性的问题回答要准确,包括数字的位数、单位、正负号等.
作图题
分析近几年各地中考物理试题,不难发现作图题已经成了考查的热点,其分值比例在6%~10%之间,这类试题从涉及的知识点上可以分为力学作图题、光学作图题、电学作图题和电磁学作图题等,往往涉及多个知识点,考查内容覆盖基本概念、性质、定律和技能,作图题能将物理知识与生活实际联系在一起,展示了物理知识的真实性、应用性,一般是根据题目的要求,作出适当的图像、图线,并不要求说明作图的依据.下面我们以力学作图题、电学和电磁学作图题为例来说明这类题型的解题方法.
1. 力学作图题
例15如图所示的弯曲杠杆,OA=OC=CB,在A端吊一重物G,请问在哪一点加的为最小力F,使AO(O为支点)保持水平平衡,试画出此力的方向和力臂.
解析作力臂的基本步骤是:① 找支点;② 画力的作用线;③ 过支点作力的作用线的垂线段,标上垂直符号;④ 标出力臂.这里容易产生的错误是认为支点到力的作用点的连线一定是力臂.本题利用杠杆的平衡条件,当阻力和阻力臂一定时,要想使动力最小,则动力臂应该最大,而最大动力臂应该是支点到动力作用点的距离,此时动力的方向必须与支点到动力作用点的连线垂直,根据所给的条件,此杠杆距支点O最远的点是B点(因为OB>OA),则动力F应作用于B点,方向与OB垂直,且方向向下,力臂为OB.
2. 电学、电磁学作图题
电学、电磁学作图题主要包括:根据实物图要求电路图、连接家庭电路、标出磁体或磁感线的方向、利用右手螺旋定则确定通电螺线管周围的磁场等.
例16(2010年广州)一只玩具猫外形如图所示,猫体内有电池,猫手相当于一个开关,向下压猫手,猫脸上的两个小电灯会一齐发光,把你猜想的猫体内的电路图画在方框内.
例17居民楼的楼道里,夜间楼道灯一直亮着会造成浪费.科研人员用“光敏”材料制成“光控开关”,它能在天黑时自动闭合,天亮时自动断开;利用“声敏”材料制成“声控开关”.它能在有人走动发出声音时闭合,无人走动时自动断开.请将如图的“光控开关”、“声控开关”、灯泡用笔画线代替导线正确连入电路,设计出只有在夜间且有声音时灯才亮的楼道灯自动控制电路,同时安装一个不受开关控制的三孔插座.
解析家庭电路作图题主要的形式是家庭电路中各元件的连接,如开关与灯的接法、两孔插座与三孔插座的接法等,也包括对已连好的家庭电路进行改错.连接家庭电路与一般电路不同的是,要充分考虑到其安全性.本题主要考查的是电路的控制,我们认真审题就会知道声光控开关的特点是只有在无光(天黑)、有声音(有人走动)时灯才发光,从而判断这两个开关是串联关系,开关与用电器也是串联关系,然后再根据“开关断火,螺旋接零”的原则就很容易把图完成.插座与其他用电器是并联关系,并且不受开关控制,遵循“左零右火中接地”的原则.
例18(2010年上海)根据图中通电螺线管的N极,标出磁感应线方向、小磁针的N极,并在括号内标出电源的正、负极.
解析本题主要考查右手螺旋定则、磁感线的画法和磁极间的相互作用的规律,根据右手螺旋定则很容易判断出通电螺线管中的电流方向,再根据螺线管中的电流方向判断出电源的正、负极;在磁体外部,磁感线总是从N极出来,回到S极,根据通电螺线管与磁体间的相互作用的规律标出小磁针的极性.
探究与实验题
探究与实验题是最能考查同学们对物理学科的学习能力的一种题型,它不仅能反映同学们学习过程中的观察能力、动手动脑能力,而且还能反映同学们对物理概念和物理规律的理解情况,所以探究与实验题是每年中考试题中重要的题型之一.随着新课改的深入,中考实验题不仅在深度与广度上增加了,而且逐渐实现了从知识型到能力型的过渡,特别注重做实验与背实验的区别.
例19(2006年重庆)物理研究中常常用到“控制变量法”“等效替代法”“理想化模型”“类比法”等科学方法,在下列研究实例中,运用了“控制变量法”的是
A. 研究电流时,从分析水流的形成来分析电流的形成
B. 研究磁场时,用磁感应线描述空间磁场的分布情况
C. 研究滑动摩擦力与压力大小关系时,保持接触面的粗糙程度不变
D. 研究杠杆的平衡条件时,将撬棒抽象为绕某一固定点移动的硬棒
解析在研究物理问题时,某一物理量往往受几个不同物理量的影响,为了确定各个不同物理量之间的关系,就要控制某些量,使其保持不变,改变某一个量,探索所研究的物理量与该物理量之间的关系,这样的方法是控制变量法.本题中的C选项运用了这种方法.
将一个物理量、一个物理装置、一个物理状态或过程用另一个物理量、另一个物理装置、另一个物理状态或过程来替代,得到同样的结论,这种方法是等效(替代)法.如串、并联电路总电阻的研究等实验中应用了这种方法.
把复杂问题简单化,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理,是“建立模型法”.如研究“磁感线”“杠杆”就是建立模型法,本题中的B、D选项运用了这种方法.
为了把要表述的物理问题说得清楚明白,往往用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明的那些抽象的、无形的、陌生的事物,这叫类比法.如用“水压”类比“电压”,用“水流”类比“电流”,用抽水机类比电源等.本题中的A选项运用了类比法.
例20(2005年柳州)小明家电热毯的电阻线断了,他把电阻线接上后继续使用一段时间,发现接头处烧焦了.
(1) 小明猜测接头处的电阻_____(选填“变大”或“变小”).相同时间内产生的热量增多,是接头处烧焦的原因.
(2)剪下包含有接头处的电阻线一段(足够长),请你设计一个实验来验证小明的猜测.
要求:①画出所用的电路图.②写出实验步骤.
解析(1) 用焦耳定律帮助推测:电阻变大时,产生的热量会增多.
(2) 实验的目的是为了验证接头处的电阻比其他地方的电阻要大,所以还要有其他地方电线来进行比较.从控制变量方面来考虑,用以比较的电线应当与接头处的电线是相同的,只不过一段烧焦了,而另一段是完好的,设计的电路图如图所示.至于电阻的大小,可以用伏安法进行测量.
例21(2006年广州)小芳在做探究感应电流方向与哪些因素有关时,猜想金属棒在磁场中运动产生的感应电流的方向可能与磁场的方向有关.也可能与棒的运动方向有关.她设计了如下实验,装置如图:使金属棒向右运动,看到电流表指针向左偏;把磁铁南、北极上下对调,金属棒变为向左运动,看到电流表指针仍向左偏.
根据以上现象,小芳得出了感应电流的方向与磁场的方向、棒的运动方向无关的结论.
你认为小芳的结论正确吗?若认为正确请说明理由,若有错,分析小芳得出错误结论的原因.
解析感应电流的方向既然可能与磁场的方向有关,也可能与棒的运动方向有关,那么小芳在设计和操作实验时,就应当有控制变量的意识:在探究感应电流方向与磁场方向是否有关时,应保持运动方向不变;在探究感应电流方向与运动方向是否有关时,应保持磁场方向不变.然而小芳在实验时,却同时改变了两个因素,所以得出的结论不可靠.(就好象在体育课上,老师同时发出两个“向后转”的口令,结果使执行口令的人仍然回到原来的方向,这时你不能说老师的口令是无效的)
例22(2006年威海)为测量一只标有“6.3V 0.3A”的小灯泡的额定功率,其实验小组设计了图的电路图,现有实验器材为:电压表(量程0~3V,0~15V)一块,电流表(量程0~0.6A,0~3A)一块,“10Ω 2A”和“50Ω 1A”的滑动变阻器各一只,电源(电压恒定为12V)一个,开关一个,导线若干.实验时,甲同学认为电压表和电流表都应选用小量程,滑动变阻器应选用“50Ω 1A”的;乙同学认为电压表应先用大量程,电流表应先用小量程,滑动变阻器应先用“10Ω 2A”的.
请你对两位同学器材选择的合理性作出评价并填在下面的表中(如合理,不需要说明理由;如不合理,请指出不合理之处和产生的后果).
解析一般,电压表的量程选择要看电源的电压,本题中电源电压为12V,选用0~3V的量程一是有可能损坏电压表,二来也不能显示出灯的额定电压.电流表的量程选择一般不能比电路的最大电流要小,小灯泡的额定电流是0.3A,电路的最大电流不会比0.3A高很多,用0~0.6A的小量程足以进行测量.滑动变阻器在此实验中的作用是调节灯泡两端的电压,通过计算可知小灯泡的电阻为21Ω,约为10Ω变阻器的2倍,根据串联电路的分压特点,小灯泡最少也能分担电源电压的三分之二强,即总是在8V以上,对于额定电压是6.3V的小灯来说,后果很严重:它不能得到额定电压,而且时刻处于烧毁的危险中.通过以上分析,甲、乙同学的方案都有不合理之处.
例23(2010年龙岩)某实验小组测一滑轮组机械效率的数据如下表:
(1) 请你在图中画出本实验的绕绳方法.
(2) 用同一滑轮组提升不同重物至同一高度:克服动滑轮的重所做的额外功_____(填“相同”或“不同”);提升的物重增加时,克服摩擦和绳重所做的额外功_____,滑轮组的机械效率变_____.
(3)多次改变提升的物重测量滑轮组的机械效率,目的是为了_____.(填字母)
A.减小摩擦
B.多次测量取平均值减小误差
C.获得多组数据归纳出物理规律
解析(1) 分析表中的各组数据,钩码重相同而动滑轮重不同时,机械效率不同,可见动滑轮重影响了机械效率;动滑轮重相同而钩码重不同时,机械效率也不同,可见钩码重也影响了机械效率.至于拉力的不同是由于钩码和动滑轮重的不同而引起的.
例26(2008年太原)培养菌种需要在相对稳定的温度环境下进行.如图是研究性学习小组的同学设计的恒温箱.他们将一段电热丝R接入电源电压为36V的电路中,测得其实际功率为27W.(电热丝阻值不随温度变化)请你解答下列问题:
(1) 电热丝是利用电流的__________效应工作的.
(2) 通过电热丝R的电流为多大?
(3) 为保证菌种的培养,箱内发热功率应为12W.在不改变电源电压和原电热丝的情况下,需在箱内串联一段多大阻值的电热丝?
解析(1)电热丝是利用电流的热效应工作的;(2) 已知电热丝两端的电压和实际功率,利用公式I=P/U计算通过电热丝的电流;(3) “箱内发热功率12W”指的是串联一段电热丝后,电路的总功率为12W.已知电源电压,根据R=U2/P得到电路中的总电阻,再根据串联电路总电阻等于各部分电阻之和,可求得需串联电热丝的电阻.
综上分析可知,解答计算题要注意以下几个问题:
1. 统一单位制.根据定律、公式对单位制的要求,将不同的单位换算成统一单位,一般来说应采用国际单位制.
2. 强调完成计算题时的格式是:写公式代入数据写结果,一般情况下建议分步做,比较稳妥.
3.大计算题中书本上没有的关键公式要写出推导过程,需要判断、比较的需进行判断比较;做完后要答一下.
4. 注意下标的正确使用.
5. 对结果进行检查或初步判断.求出计算结果后,并非大功告成,如果时间允许,还要审查计算结果,看是否有错误或漏答.即使时间紧张,也要对结果的合理性进行初步判断.
参考答案
例1 A; 例2 A; 例3 D; 例4 D; 例5 A;例6 A; 例7 C; 例8 A;例9电磁波; 例10 L1; 1.2; 2010; 例11 6Ω 3Ω; 例12并 串; 例13 1:1 1:4;例14 75W(其他相近也正确); 例15 略; 例16略;例17略; 例18略;例19 C;例20 ①变大②略;例21不正确,为了研究感应电流的方向与磁场方向有关,必须保持与棒的运动方向不变,而研究感应电流的方向与棒的运动方向有关时必须保持磁场方向不变,小芳同学将两个方向同时改变,因而无法得出结论. 例22略; 例23(1) 略 (2) 相同 相同 大; (3) C; 例24解:(1)金属电阻Rt在0℃时阻值为R0=100Ω, Im=R′=100Ω(2)I=代入数据得:Rt=200Ω,Rt=100+0.5t, 代入数据得:t=200℃ (3)电流刻度值越小对应的温度刻度值越大(其他合理均得分);例25(1)12Ω 0.5A; (2)12Ω; (3)b 14W;例26 (1)热
(2)解:P=UI 通过电热丝R的电流I===0.75A
(3) I= 电热丝R的电阻R===48Ω
P=UI 串联电阻后的电流I===A
I= 串联电阻后的总电阻R总===108Ω
因此,在教学中更要重视思维程序的建立和训练,解决实际问题的思维程序是我们探求的急所。
重视思维程序的建立和训练,解决实际问题的思维程序大体可分如下环节,即审题抽象出物理对象和物理情景寻找问题所满足的定量和定性的规律建立模型求解。
一、审题
从实际问题中提取与问题有关的文字信息或图像信息,明确已知量和未知量,并用相应的图形或符号表示,使复杂的变化过程代码化。读题时为了节省时间,冗长的数字信息或背景介绍类可略去,忽略干扰项,排除次要因素,抓住问题所设,确立理想化的研究对象和物理场景,应用所学的物理知识,寻找物理对象在变化过程中满足的定量和定性的规律,直至解决问题。
例1[2014・四川卷]石墨烯是近些年发现的一种新材料,其超高强度及超强导电、导热等非凡的物理化学性质有望使21世纪的世界发生革命性的变化,其发现者由此获得2010年诺贝尔物理学奖。用石墨烯制作超级缆绳,人类搭建“太空电梯”的梦想有望在本世纪实现。科学家们设想,通过地球同步轨道站向地面垂下一条缆绳至赤道基站,电梯仓沿着这条缆绳运行,实现外太空和地球之间便捷的物资交换。
(1)若“太空电梯”将货物从赤道基站运到距地面高度为h1的同步轨道站,求轨道站内质量为m1的货物相对地心运动的动能。设地球自转角速度为ω,地球半径为R。
(2)当电梯仓停在距地面高度h2=4R的站点时,求仓内质量m2=50kg的人对水平地板的压力大小。取地面附近重力加速度g取10m/s2,地球自转角速度ω=7.3×10-5rad/s,地球半径R=6.4×103km。
审题:很明显,文中开始的文字描述即为背景介绍,本着抓住主要因素,忽略次要因素的原则,这里可以进行快速阅读;边阅读边在稿纸上记录相关已知量如h1、m1、ω、R等,而未知量为动能,即Ek=m1v,欲知动能,在m已知的条件下须知速度,又结合题中已知h1、m1、ω、R和明确运动为匀速圆周运动,应用公式v1=r1ω和r1=R+h1具体如下:
[解析](1)设货物相对地心的距离为r1,线速度为v1,则
①r1=R+h1
②v1=r1ω
③货物相对地心的动能为Ek=m1v12
④联立①②③得Ek=m1ω2(R+h1)2
(2)设地球质量为M,人相对地心的距离为r2,向心加速度为an,受地球的万有引力为F,则
⑤r2=R+h2
⑥an=ω2r1
⑦F=G
⑧g=
设水平地板对人的支持力大小为N,人对水平地板的压力大小为N′,则
⑨F-N=m2an
⑩N′=N
联立⑤~⑩式并代入数据得N′=11.5N
二、确定物理对象,建立物理情景
运用示意图帮助理解题意,寻找变化规律,建立各物理量的联系。常见的示意图有受力分析示意图及运功情景示意图,通过边审题、边画图,并一一把已知条件和问题用字母符号标注在受力分析示意图及运功情景示意图上,使问题能在脑中形成完整的表象,不至于因忘记条件或问题而中断解题过程的思维去重新审题,同时,示意图能使解答问题所必须的条件同时呈现在视野内,图象成为思维的载体,视图凝思实际上是视觉思维参与了解解题的过程。
例2(2014・武汉11月调研)某学校组织趣味课外活动――拉重物比赛,如下图所示,设重物的质量为m,重物与地面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。某同学拉着重物在水平地面上运动时,能够施加的最大拉力为F,求重物运动时的最大加速度。
[解析]依据题中要求解重物运动时的最大加速度,故选择对重物进行受力分析,画出受力分析示意图,由牛顿第二定律
FN+Fsinθ=mg
Fcosθ-Ff=ma
又Ff=μFN
联立以上各式解得a=(μsinθ+cosθ)-μg
当tanθ=μ时,重物运动时的最大加速度 am=-μg
三、建立模型关系并列式求解:常见高中物理模型大致有如下几种
(一)物理对象模型
作为物理研究对象的客观实体的理想模型有质点、理想气体、点电荷、弹簧振子、理想变压器、薄透镜、点光源、光线等。
(二)物理状态及过程模型
这类模型有匀速直线运动、自由落体运动、匀变速直线运动、稳恒电流、等温变化等。
(三)直观假想模型
这类模型有电场线、磁感线、等势面、光滑平面等。
(四)结构理想模型
这类模型有原子核式结构模型、波尔原子模型等。
在明确研究对象时,一般选择与已知量或未知量有关的物体对象或模型为研究对象,结合物理状态及过程选择恰当的规律进行列式计算或讨论。注重挖掘隐藏条件,把握临界状态的含义。
例3[2014・全国卷]一物块沿倾角为θ的斜坡向上滑动。当物块的初速度为v时,上升的最大高度为H,如图所示;当物块的初速度为时,上升的最大高度记为h.重力加速度大小为g则物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为( )。
A.tanθ和
B.(-1)tanθ和
C.tanθ和
D.(-1)tanθ和
[解析]此题中提到最大高度,达到最大高度的隐藏条件即为速度为零,题中求解动摩擦因数,既有摩擦力,不能用机械能守恒定律,故使用能量守恒定律。根据能量守恒定律,以速度v上升时,mv2=μmgcosθ+mgH,以速度上升时m()=μmgcosθ+mgh,解得h=,μ=(-1)tan θ,所以D正确。
弹簧测力计主要由弹簧、秤钩、指针和刻度盘组成.(见图1)
二、弹簧测力计的原理
拉弹簧用的力越大,弹簧伸长得越长.这与力的作用效果(一是改变物体的形状;二是改变物体的运动状态)中的第一点是符合的,即使用在物体上的外力越大,物体的形变就越大.
例1某同学研究弹簧的伸长与拉力的关系,实验数据如下表:
分析以上记录的数据后,能得出的结论
是:.
解析从数据中可以看出拉力大小由0.49N增大到0.98N,变成2倍,弹簧的伸长也由2cm增大到4cm,变成2倍;同样由0.49N到1.47N,增大到3倍,伸长也由2cm到6cm,增大到3倍;依此类推,可以得出,拉力增大到几倍,弹簧的伸长就增大到几倍,即弹簧伸长的长度与它受到的拉力成正比.
这里的伸长是指现长度与原长(不用任何力时的长度)的差,切不可与弹簧长度混为一谈.
三、弹簧测力计使用前的注意点
1.观察量程,即测量范围,如图1所示弹簧测力计的量程为5N,使用前要估测所测力的大小,被测的力不能超过弹簧测力计的量程,否则会损坏弹簧测力计.
2.观察弹簧测力计的分度值,即最小两个刻度间所表示的数值,了解分度值的大小,有利于正确读数.如图1,弹簧测力计的分度值为0.2N.
3.观察指针是否指在零刻度线,若不在,应调零,否则测量结果不准确.如图2(d),不用任何力时指针在零刻度值下方,测量后读数时就将指针上方的一段值读进去了,导致测量结果偏大.
4.使用弹簧测力计之前,应轻轻来回拉动挂钩几次,目的是看弹簧是否跟外壳相碰、摩擦,是否有不灵活的现象.
四、弹簧测力计使用过程中的注意点
1.无论弹簧测力计是竖放、横放、斜放,弹簧的轴线与所测力的方向都要一致,弹簧、秤钩不能和外壳产生摩擦,否则结果就会不准确.
2.观察时视线要与刻度盘垂直.
3.读数时,指针往往不一定正好指在某一刻度线上,粗略测量时,靠近哪条线,就读那条线的数值,初中物理测量长度需记录到分度值的下一位,即必须估测一位,其他如质量、时间、温度、力、电压、电流等估测不作要求.
例2如图2所示,关于弹簧测力计的使用,图中正确的是().
解析B图手拉挂钩时向上拉,由于弹簧测力计自身的重力,未拉之前弹簧先伸了一点而使测量结果偏大;C图力的方向没有与弹簧轴线方向一致;D图测力前没有先调零.
所以A正确.
例3一位同学在自制弹簧测力计前,取某一规格的弹簧来做实验,记录数据如下:
(1)分析这些数据可以得出什么结论?
(2)用这种规格的弹簧做弹簧测力计,它的测量范围是多大?
(3)用这种规格的弹簧做成的弹簧测力计,在原长100mm处定为零刻度,以后每伸长5mm划一刻度,标记为1、2、3……,且将相邻的两个刻度间均匀分成5小格,则该弹簧测力计的分度值为多少?
解析100mm是拉力为零时的原长,每增加1N,弹簧伸长量增加5mm,在5N以后,没有这个规律,所以本题解法如下:
(1)分析这些数据得出的结论是:在一定范围内,弹簧的伸长跟所受拉力成正比(一定要强调“在一定范围内”);
(2)测量范围是0~5N;
(3)每伸长5mm划一刻度,即每增加1N划一刻度,又在相邻两个刻度间均匀分成5小格,每小格是0.2N,所以分度值是0.2N.
这是一道对能力要求较高的实验题,考查了弹簧测力计的制作原理及怎样使用弹簧测力计的有关知识.
例4如图1所示的弹簧测力计,用十分简洁的文字为它写一份使用说明书.
解析这是一条小综合的简答题,考查识图能力及正确使用弹簧测力计的知识,并且学会用物理术语十分简洁地写一份仪器使用说明书.首先要能够根据图示知道这只弹簧测力计的测量范围、分度值,其次要知道弹簧测力计的作用,这是一道开放性题目.
参考答案如下:
使用弹簧测力计,最大测量值不能超过5N;
使用前要将指针调在零刻度线上,即调零;
弹簧测力计使用前首先要轻轻来回拉动几下;
测量力时,要使弹簧测力计内弹簧伸长方向跟所测力的方向在一条直线上.
例5小明同学做实验时,在竖直悬挂的弹簧下加钩码探究弹簧的伸长量与弹簧所受拉力的关系,下表是小强同学的实验数据(在一定范围内).
(1)请你帮小明完成上表的空白处;
(2)在坐标图3中画出弹簧的伸长量与弹簧受到拉力大小的关系图;
(3)请你说明弹簧测力计上相邻两刻度线间的距离为什么总是相等的?
解析第(1)小题中,要求我们填出伸长量,而伸长量是现在的长度与原长之差,由表中可知当弹簧受到的拉力为零时,得到原长为6.0cm,这样由左向右的四空中分别是8.4cm-6.0cm=2.4cm、9.6cm-6.0cm=3.6cm、10.8cm-6.0cm=4.8cm、12.0cm-6.0cm=6.0cm.
第(2)小题中,根据实验数据表先描点然后用平滑曲线将这些点连接起来,作图如图4.
关键词: 机械效率 典例 剖析 归类
简单机械的机械效率是力学中的重点和难点,也是中考几乎每年必考的一个知识点。人们应用机械的目的是为了省力或省距离,为了充分发挥机械的作用,就要涉及机械的效率问题。不少学生在学了本知识点之后应用公式解题时仍经常出错,只是死套公式,缺乏灵活应用。本文结合教学和学生常见错误,通过例题加以分析,剖析错误产生的原因,进行防错提示,避免陷入误区。
一、常见错误及例题
问题一:概念理解不完整。
这种错误常见于概念辨析题,原因是片面理解概念,缺乏深入认识。
【案例1】下列关于机械效率的说法中,正确的是()。
A.越省力的机械,机械效率越高
B.做的有用功多,机械效率越高
C.做的总功越少,机械效率越高
D.额外功在总功中占的比例越小,机械效率越高
错解A认为越省力,即人做的总功就越少,机械效率越多。
错解B、C都只从η= 片面分析,未控制另一个变量。
【解析】机械效率的高低是由有用功和总功两个因素共同决定的,机械效率的高低与机械是否省力、是否省距离无关,所以A错;由η= 可知,有用功多额外功也可能多,所以B错;总功少,有用功也可能少,C错;额外功在总功中的比例越小,那么有用功在总功中所占比例就越大,由η= 可知,机械效率就越高,D正确。
【感悟】正确理解机械效率的概念是解题的关键,机械效率表示的是有用功跟总功的比值,与是否受力,做功多少无关,与机械自身(如机械的自重,摩擦)和做功现象(如被提起的重物)有关。
【拓展】有一个滑轮组经过改进后机械效率提高了,把同一个重物提高相同高度,问改进后与改进前对比()。
A.做的有用功减少了
B.有用功不变,额外功减少了
C.总功不变,有用功增大了
D.总功不变,额外功减少了
问题二:对滑轮组特点理解不完整。
引起原因是对滑轮组认识不清,不能准确判断滑轮组绕线n,或对滑轮组的省力公式F= (G 指动滑轮重量,忽略摩擦)和公式s=nh应用不熟练,从而导致计算W 和W 出错,使η计算错误.
【案例2】如图所示,用同一滑轮组两次提升同一重物时的情景,不计滑轮组及绳间的摩擦,比较两滑轮组机械效率的大小()。
A.η >η B.η =η C.η <η D.缺少条件,无法比较
错解A认为甲比乙省力,F = ,F = ,由η= = 知,η >η 。错解C认为甲图中n=3,乙图中n=2,由η= = = 知,η <η 。
【解析】由η= = = = 知,因G相同,G 也相同,所以η =η ,选B。
【感悟】本题考查了运用观察、比较法分析问题的能力,分别正确算出η 和η 是解题之关键。对同一滑轮组,若提升同样重的物体,无论绳子的绕法如何,机械效率都是相同的。
【拓展】甲、乙两位工人分别用下图所示的A、B两种方式,将同样重的物体提高到高处,滑轮的重力小于沙子的重力,不计摩擦阻力和绳子的重力, 工人用力较小,两人所用的机械效率η η (填“>”、“=”或“<”)。
问题三:对滑轮组及所拉物体之方向判断错误。
此类问题在于学生不能正确理解谁做有用功,一律死套公式η= = = 。特别是针对水平放置的滑轮组和滑轮组竖直而被拉物体方向改为水平的题目最易出错或无从下手。
【案例3】:某人站在岸上,利用滑轮组通过拉绳使停泊在水中的船匀速靠岸,如图所示,船重1.02×10 N,船移动时受到水的阻力是船重的0.01倍,船受到滑轮组的拉力始终沿水平方向。此人水平拉绳的力为240N,求该滑轮组的机械效率?
错解:由η= = = = =85
解到此,有些学生会认识到η为百分数,不能大于1。上题中结果明显错误,而束手无策,就认为不会而放弃,缺乏深入思考进而对此种题失去信心。
【解析】动滑轮对船的拉力作的功是有用功,该拉力等于船前进所受的阻力。阻力为船重的0.01倍,即f=0.01G=0.01×1.02×10 N=1.02×10 N,船前进的距离(S )是绳子自由端前进距离(S)的 ,滑轮组的机械效率为
η= = = = =85%
【感悟】滑轮组可将重物提起,也可拉动物体水平前进,两种情况的原理完全相同,只是力的方向、大小不同,拉起重物时克服重力做功,水平拉物体时克服阻力做功。分析哪个力做的是有用功是解决这类问题的关键。
【拓展】如下图所示,用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向移动,40s内物体移动了8m,拉力F作的功为1280J。求:
(1)拉力F的大小和拉力的功率;
(2)若动滑轮的重为12N(不计绳重及摩擦),计算滑轮组的机械效率。
问题四:结构固定的同一滑轮组机械效率认为不变。
【案例4】用滑轮组匀速提升重为2×10 N的物体,作用在绳子自由端的拉为625N,拉力所作的功为1.25×10 J,滑轮组的机械效率η=80%,若不计绳重及摩擦,将提升的重物改为重3×10 N的物体,求作用在绳子自由端的拉力。
错解:由η= 得W =ηW =0.8×1.25×10 J=1×10 J
【解析】本题错误在于在解题过程中认为用同一滑轮组提升重力不同的物体时,滑轮组的机械效率是不变的。事实上,同一滑轮组提升较重物体,机械效率较大,其正确解法是:由η= 得,
W =ηW J=0.8×1.25×10 J
由W=Fs得,s= = =20m,h= = =5m。
所以承担总重量绳子的段数n= = =4(段),
由F = (G +G )得G =nF -G =4×625N-2×10 N=500N。
当改为重3×10 N的物体时,绳子自由端的拉力为F = (G +G )= (3×10 N+500N)=875N。
【感悟】本题之所以易错,关键在于部分学生认为同一机械中额外功不变,机械效率就不变,而忽略了重物变化,有用功和总功随之改变,从而导致机械效率变化。实际上,根据η= = = = 可知,滑轮组机械效率大小与G和G 都有关,G 不变,G变化时,η也是变化的。所以,提高机械效率的方法之一就是尽量减少额外功,采取减轻机械自重(G )和加油来减小摩擦;另一种方法就是对于G 不变时,尽量让机械满载(即增大G),就能充分发挥机械的作用,即提高机械效率。
【拓展】如图所示,用40N的拉力,使物体G匀速上升,不计绳重和摩擦,整个装置的机械效率为75%。求:
(1)物体G和动滑轮重各是多少?
(2)若绳能承受的最大拉力为50N,此装置的机械效率可提高到多少?
二、概念与公式分类
以上几例都是学生在解决机械效率时常见错误,为避免错误,本文现对有关概念和公式归类如下,以供在解决实际问题时选择。
(一)有关三种功。
1.有用功:机械对物体所做的功。常用计算方法有:
A.竖直拉物体时W =Gh,此公式对沿斜面上拉物体和杠杆提升物体也适用。
B.对于水平滑轮组拉物体前进,W =fs,题中一般都是物体水平方向匀速运动,拉物体的力与物体克服阻力互为平衡力,大小相等。
C.W =W -W
D.W =ηW
2.总功:人(动力F)对机械做的功,用W =Fs或W =W /η来计算。
3.额外功:不需要但又不得不做的功,一般用W =W -W 计算。
(二)机械效率。
有用功与总功的比值。定义η= ×100%,它只有大小,无单位,且η<100%,即η<1。
对于滑轮组的机械效率的计算,分为竖直拉物体和水平方向拉物体两种情况:
A.竖直拉物体时η= = = = ,其中大多数题目中以应用η= 和η= 解题较易。
B.水平方向拉物体前进时η= ×100%= = 。(f指物体受水平方向阻力,s指物体移动距离,F指绳子自由端所受拉力,S指绳子自由端移动距离。)
另外,对于斜面的机械效率也可用η= = 计算;对于杠杆提升重物的机械效率也用η= = 来计算。
结合以上公式分类,希望同学们能联系具体题目加以练习,减少错误,真正理解公式的含义,学好用好公式,去解决物理中的各种实际问题。
参考文献:
[1]九年级物理上册(苏科版).
[2]九年级物理(上)同步讲解与测评(江苏版).天津人民出版社.
[3]中学物理教学参考(2007/7).