潘述昌
(睢寧縣第一中學,江蘇 徐州 221200)
造成高中物理學習中“懂而不會”現(xiàn)象,既有教師原因,也有學生原因,本文僅探討學生原因,且僅以“摩擦力”的學習為例進行探討。
學習物理必須理解和熟記基本概念、規(guī)律和結論,這是學好物理的首要條件和最基本要求,沒有這一步,后續(xù)學習無從談起[1]。
對所學習的物理基礎知識和技能,有些學生當時是真理解了,是真懂了,但是沒有用心記憶;有些學生是一知半解,沒有真正理解其物理原理、內涵、實質,懂的只是“皮毛”,而且是在教師講解之下的懂,卻誤認為自己懂了,其實是“似懂非懂”;有些學生是“不懂裝懂”,是“假懂”,這些都是“懂而不會”的原因。
例如,在學習“摩擦力”時,如不能準確無誤地理解并記住“摩擦力”“滑動摩擦力”“靜摩擦力”“最大靜摩擦力”等概念的內涵、產生的條件,以及“滑動摩擦力”“靜摩擦力”“最大靜摩擦力”的計算方法;“最大靜摩擦力”與“滑動摩擦力”的大小關系等,則不可能正確解題。
案例1用2N 的力握住總重力為1N 的水杯靜止不動,若將手的握力增大到4N,手與水杯之間摩擦力的大小將( )(選填“變大”“變小”“不變”)
生1(錯解):因為手的氣力增大,所以手與水杯之間摩擦力的大小將變大。
剖析:生1 誤認為摩擦力的大小與手的握力大小有關,根本原因是對“摩擦力”的相關基本知識理解不透。事實上,在求摩擦力的大小時,首先,應先判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力;其次,應根據(jù)靜摩擦力大小、滑動摩擦力大小的計算方法進行計算。
正解:此題中由于手與水杯之間相對靜止,故兩者之間的摩擦力應為靜摩擦力,而靜摩擦力大小總是等于引起相對運動趨勢方向上的外力的大小,而此題引起相對運動趨勢方向上的外力只有重力,重力大小不變,所以手與水杯之間摩擦力的大小不變,所以此題答案應填“不變”。
日常教學中,物理概念、結論都是逐個地學,如果在學完一個單元、一章、一個模塊之后,不及時將前后相關物理知識連貫起來,不將新知識納入原有知識的認知結構之中,不將全單元、全章,甚至全學段的物理知識、技能串成線、連成片,必將影響對新舊知識理解的深刻性、系統(tǒng)性和完整性,必將造成當時聽得懂,過一段時間卻不會解題的現(xiàn)象發(fā)生。
案例2物體P疊放在物體Q上,Q置于光滑水平面上,P、Q的質量分別為mP=4kg,mQ=1kg,P、Q之間的動摩擦因數(shù)μ=0.3,力F作用在物體P上,開始時F=10N,此后逐漸增加,請問當F增大到多大時,P和Q間有相對運動趨勢但沒有相對運動?(取g=10m/s2)
生2(錯解):最大靜摩擦力總是大于滑動摩擦力,但在通常的計算中,可以認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。所以最大靜摩擦力fmax=μ(m P?g)=0.3×(4×10)=12(N),所以當F增大到12 N 時,P和Q間有相對運動趨勢但沒有相對運動。
剖析:生2 沒有對物體P和Q進行受力分析,沒有研判物體所受到的摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力,沒有研判隨著拉力的增大摩擦力的變化情況及物體的運動狀態(tài),進而錯解。
事實上,解決動力學問題,首先是對物體進行正確的受力分析,其次是根據(jù)物體的受力情況分析物體的運動狀態(tài)。
正解:物體P、物體Q受力分析分別為如圖1、如圖2。
圖2
當P和Q間有相對運動趨勢但沒有相對運動時,它們的加速度應相等,設為am/s2,
此時P、Q之間的摩擦力為最大靜摩擦力,設其大小為f牛,
根據(jù)牛頓第二運動定律,
所以當F=60N時,P和Q兩物體之間的摩擦力取到最大靜摩擦力,此時P和Q間有相對運動趨勢但沒有相對運動。
點評:如果學生懂的知識不全面、不系統(tǒng),前后知識不連貫,對“摩擦力”“牛頓運動定律”和“運動狀態(tài)”只懂其一不懂其二,那么遇到此題時定會做錯。
一題多變是指解完一道題目后,并不立即去解答其它題目,而是變換題目的條件或結論編制變式題進行再練習。通過變式題,可從“變”中發(fā)現(xiàn)“不變”的本質或規(guī)律,利于加深學生對相關物理知識、技能的理解,利于鞏固相關的解題思路和方法,利于消減學生在物理學習中“課上聽得懂,課下不會做題”的“懂而不會”現(xiàn)象。
變式題可以是來自課本、教輔用書,可以是由教師編制,也可以是學生本人參與編制。作為補償練習的變式題數(shù)量要適中,1 至3 題為宜;難度要恰當,過易、過難都是廢題;層次要明顯,由淺入深。例如,對于案例2,可做如下變式題進行補償練習。
變式1(2020 年江蘇高考物理試題第5 題)中歐班列在歐亞大陸開辟了“生命之路”,為國際抗疫貢獻了中國力量。某運送防疫物資的班列由40 節(jié)質量相等的車廂組成,在車頭牽引下,列車沿平直軌道勻加速行駛時,第2 節(jié)對第3 節(jié)車廂的牽引力為F。若每節(jié)車廂所受摩擦力、空氣阻力均相等,則倒數(shù)第3 節(jié)對倒數(shù)第2 節(jié)車廂的牽引力為( )
解設倒數(shù)第3 節(jié)車廂對倒數(shù)第2 節(jié)車廂的牽引力為F1,因為每節(jié)車廂質量相等,阻力相同,根據(jù)牛頓第二定律有,故選C。
變式2(2020 年山東高考物理試卷第8 題)如圖3 所示,一輕質光滑定滑輪固定在傾斜木板上,質量分別為m和2m的物塊A、B,通過不可伸長的輕繩跨過滑輪連接,A、B間的接觸面和輕繩均與木板平行。A與B間、B與木板間的動摩擦因數(shù)均為μ,設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。當木板與水平面的夾角為45°時,物塊A、B剛好要滑動,則μ的值為( )
圖3
解當木板與水平面的夾角為45°時,兩物塊剛好要滑動,對物塊A、B進行受力分析,各力大小如圖4和圖5。沿斜面方向A、B之間的滑動摩擦力大小為f1,B與斜面之間的滑動摩擦力大小為f2,
圖4
圖5
變式3兩個長方體木塊P、Q從上至下疊放在地面M上,F(xiàn)是作用于木塊Q上的水平方向上的力,木塊P和Q以相同的速度做勻速直線運動,則P、Q間的動摩擦因數(shù)μ1和Q、M間的動摩擦因數(shù)μ2有可能是( )。
解:因為木塊P和Q以相同的速度做勻速直線運動,所以P和Q處于相對靜止狀態(tài),沒有相對運動,不符合產生摩擦力條件,所以P和Q之間無摩擦力,所以P和Q相接觸的面可能粗糙也可能光滑,所以μ1可能為零,也可能不為零。
把P和Q當作一個整體,這個整體在水平方向上受外力F作用,且作勻速運動,所以M與這個整體之間有摩擦力,所以μ2≠0,所以選B、D。
點評:對于此題,部分學生易做出這樣的錯誤推斷:因為木塊P和Q以相同的速度做勻速直線運動,所以P和Q之間無摩擦力,又根據(jù)摩擦力公式“摩擦力f=μFN(μ為摩擦因數(shù),F(xiàn) N為正壓力)”,所以μ1=0,所以選B。這些學生雖“懂”摩擦力公式,但因沒有真正理解摩擦力的概念及產生的條件,生搬硬套公式,造成了“懂而不會”現(xiàn)象的發(fā)生。
一題多法是指從不同角度分析得到解決同一個問題的多種方法。經常進行一題多法的訓練,利于加深學生對基礎知識、基本方法的理解,利于培養(yǎng)學生思維的發(fā)散性、求異性,利于學生采擷優(yōu)法,消減“懂而不會”現(xiàn)象,利于培養(yǎng)學生的批判性思維能力。例如,對于上面的案例2 還可以把P和Q兩物體當作一個整體進行受力分析,于是有下面解法。
案例2 另解:當P和Q間有相對運動趨勢但沒有相對運動時,此時P和Q相對靜止,可把P和Q當作一個整體,這個整體的受力情況如圖6。當P和Q間有相對運動趨勢但沒有相對運動時,它們的加速度應相等,設為a,此時P、Q之間的摩擦力為最大靜摩擦力,設其大小為f,
圖6
根據(jù)牛頓第二運動定律,對于這個整體應有F=(mP+mQ)a,
不重視整理和利用錯題本,是造成當時糾錯后已“懂”,但過一段時間又不會做題的一個主要原因。實踐證明,將一道解錯了的題目的錯解原因徹底搞清,要比做一道甚至更多道新題更加有效。
可以說,在錯題本上及時主動地寫出題目、錯解、錯因、正解等,并經常翻閱,是一個自我反思、檢查、鞏固、提高的最佳手段,也是查找知識漏洞,彌補認知缺陷,避免再犯“老錯誤”,消減“懂而不會”現(xiàn)象的不二選擇。例如,在學習“摩擦力”時,常有如下“錯誤認識”,如能及時整理并記錄在案,一定有利于消減“摩擦力”問題中的“懂而不會”現(xiàn)象:運動的物體只能受到滑動摩擦力,靜止的物體只能受到靜摩擦力;摩擦力的方向總是與物體運動的方向相反;摩擦力的方向總是與物體的運動方向共線;摩擦力總是阻力,總是阻礙物體的運動;接觸面積越大摩擦力就越大;摩擦力的大小隨壓力的增大而增大;沿粗糙水平面相對滑動的物體間一定受到摩擦力,等等[2]。注重錯誤資源的挖掘與開發(fā),管理和利用好錯題集,不但利于消減學習中的“懂而不會”現(xiàn)象,更利于學生“批判意識”的培養(yǎng)和“物理核心素養(yǎng)”的提高。