F將研究性學習滲入到高三物理總復習中

1、將研究性學習滲入到高三物理總復習中 楊光喜提要：本文將研究性學習運用于專題復習的課堂上，使學生在激烈的研究、爭論、和討論中完成了復習的任務，也達到了預期的目的。關(guān)鍵詞：研究性學習 臨界位置臨界速度總復習研究性學習是全面培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字能力以及團結(jié)協(xié)作能力的重要環(huán)節(jié)。這種方法還有利于培養(yǎng)學生獨立思考的習慣，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。在高三物理第二輪復習過程中，我把研究性學習運用到了課堂上，就是在專題復習時，圍繞本專題所要解決的問題而有意識的提出一些精心設計好的問題，讓學生去研究、探討，對有的問題學生存在障礙時及時對他們進行啟發(fā)，這樣通

2、過全體學生的共同努力和協(xié)作，所提出的問題就一個個的被他們解決了。然后，老師再將問題的結(jié)果進行歸納和總結(jié)，這樣專題復習的目的也就達到了。下面將我在教學實施過程中的其中一個專題復習過程展示如下：專題內(nèi)容：豎直平面內(nèi)圓周運動的臨界問題Ov0圖1小球（物體）在豎直平面內(nèi)做圓周運動的問題有兩大模型：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)學生對這類問題頭痛，于是我設計了下面的問題讓學生進行研究和探討。圖2vmgT問題一：如圖（1）所示，一擺長為r的單擺，擺球的質(zhì)量為m，要使擺球能在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運動，那么，擺球在最低點的速度v0至少為多大？對此問題首先要求學生分析小

3、球在運動過程中，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)過同學們的一番討論之后，得出臨界位置在最高點。將學生的解題思路及過程整理如下。O解：小球在最高點受重力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T0時，小球具有不脫離軌道的最小速度，即從最低點到最高點的過程，小球機械能守恒，有：由得：的最小值為，在最高點的臨界速度為。學生興趣很濃，但覺得這個問題太簡單了，于是我便提出了下列問題讓學生進一步研究和討論。討論：如果把原題中的繩去掉而改為與軌道相同的一個圓環(huán)，使小球沿環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運動

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電場E。要使小球在最低點速度最小，且又不脫離軌道，則最低點的最小速度為多少？若電場方向豎直向上，又該如何討論？在討論中，若把勻強電場方向改為水平向右，且qE的大小等于mg，則小球在哪個位置最易脫軌？要使小球能作完整的圓周運動，則至少應在平衡位置給小球一個垂直于繩方向的多大的速度？在討論中，若同時在空間加勻強電場和勻強磁場，要使小球能在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，且又不脫離軌道，則所加的勻強電磁場應滿足什么要求？通過同學們的一番激烈的討論和爭論之后，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、，由于小球所受電場力向下，所以小球還是在最高點容易脫軌，且在最高點和最低點分別可列出下列方程：最高點：最低點：（動能定理）由得最高點的臨界速度為：最低點的最小速度為：在討論中，若電場方向豎直向上，則應分情況討論。當，則小球靜止時在最低位置，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方向豎直向下時完全相同。當時，小球靜止時的位置在最高點，因此運動中最易脫軌的位置在最低點，于是在最低點和最高點可列出方程：最低點：最高點：（動能定理）由可得小球在最低點的臨界速度為：，在平衡位置（最高點）所加的最小速度為：當時，學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，此時小球所受合

6、力是什么？學生回答是：只有繩的拉力。于是我又問，這與用細線系著在光滑水平面上作圓周運動有何區(qū)別？這時同學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，它就會作完整的圓周運動。BAqEmg圖3討論中，學生對平衡位置的確定存在困難，好像既不在最高點也不在最低點，于是我問他們小球在運動過程中受哪些力，其中哪些是恒力哪些是變力，這時有部分學生覺得有點明目了，又通過了短時間的爭論和討論之后，得出小球的平衡位置應在右下方的A點，如圖3所示。因電場力與重力大小相等，所以小球靜止時線與豎直方向成45度角，因此，最易脫軌的位置應在與A對稱的B點（即臨界位置在B點）。又經(jīng)過了幾分鐘，極大多數(shù)學生

7、都解出了小球在B點的臨界速度，在A點應獲得的最小速度為。討論中，多數(shù)學生都聯(lián)想到物體作勻速圓周運動的特點是所受合力大小不變而方向始終指向圓心，小球在運動過程中所受的重力和電場力大小和方向都是恒定的，因此這兩個力必須平衡，于是得出所加電場方向豎直向上，大小為。所加勻強磁場應垂直于軌道平面。到此，同學們認為這個問題討論完了，于是我提出問題中“不脫離軌道”這幾個字隱含著什么意思？學生還是沒什么反應，我便進一步啟發(fā)他們，問：若小球所受洛侖茲力指向圓心，則小球作圓運動的半徑還一定是r嗎？這時一部分學生覺得有點靈感了，我就讓他們繼續(xù)討論，過了一會兒，好點的學生得出結(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，應滿足，若洛侖茲力背離圓心，則小球不會脫軌，這種情況對磁感應強度B的大小沒什么要求。這時我總結(jié)并肯定了同學們的討論結(jié)果。然后，我把題型換成了輕桿模型，進一步提出下面的問題。如果把原題中細線換成輕桿，要使小球繞水平軸能在豎直平面內(nèi)作完整的圓周運動，又該如何分析呢？學生都知道桿與繩不同，桿是硬的，因此小球在運動中不會脫軌，所以，小球只要還有速度就能往上沖，于是得出小球能到達最高點的臨界條件是在最高點小球的速度為v0，由機械能守恒可得出小球在最低點的最小速度為：。接著我又問，在原題中小球在最高點有個臨界速度，那么在此題中小球到達最高點若速度，意味著什么呢？經(jīng)同學們討論之后，得出結(jié)論：

9、是在最高點桿對小球是否產(chǎn)生作用力的一個臨界速度，當時，桿對小球恰好無作用力；當時，桿對小球產(chǎn)生向下的拉力；當時，桿對小球產(chǎn)生向上的支持力。最后，我又叫同學們自己列舉一些輕桿模型的例子，然后讓同學們總結(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稱位置，此位置不一定在最高點或最低點），求出臨界位置的最小速度（此位置繩、桿、軌道均對小球無作用力），再由機械能守恒或動能定理、能量守恒求出平衡位置的最小速度。整個專題的復習過程全部由學生自己研究和討論完成，老師只起了個主持人的作用，所以學生的收獲特別大，效果非常好，達到了專題復習的目的。字數(shù)：2570作者簡介：楊光喜，男，1963年8月出生。大學本科（物理專業(yè)），1983年參加工作?，F(xiàn)是四川省寧南縣高級中學物理高級教師，擔任高中物理教學和物理教研組長，班主任等工作。寧南縣第三屆縣級拔尖人才，涼山州第四批學術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選。分別在西昌學院的學報高考與招生中學物理教學叢談獨生子女班主任之友中國教師報新風