常熟市第一中学苏锦文
多年的初中物理教学生涯让我能不断地以学生的视角去看待问题,并发现很大一部分学生的物理概念、物理知识掌握得很不错,但无法自如地去解决一些实际问题。经常听到学生有这样一些说法:物理课上听老师讲解倒也不觉得特别,但自己单独去求解问题时觉得物理这门课真的很难。这种说法真实地反映了许多学生所面临的困惑,反映出学生自己分析时常出现“阅读理解障碍”的问题。这让我意识到培养学生提取、处理和应用信息的能力也是物理课中非常重要的一个环节,因此我总结了一些物理问题中信息获取的几个方面。
㈠文字信息的解读
物理题通常以文字的形式叙述出来,并希望学生能从中得到相应的信息。一般在学生初学某个概念时会大多遇到这类文字信息的解读题,但有些文字信息题,不是直接用所学知识能够解决的,特别是在新课程理念下,不少物理题是要求学生充分利用题中所给的信息,建立起一个书本上从未学到的、全新的物理规律来求解答案。苏州市05年物理中考的最后一题就是这一类型的问题。
阅读短文:
技术是一把双刃剑,电磁波的应用也是这样。它在使人类的生活发生日新月异变化的同时也存在副作用------电磁污染。例如,频率超过0.1MHz的电磁波的强度足够大时就会对人体构成威胁。按照有关规定,人体所受到的电磁辐射强度(即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量)不得超过某一规定值Ie。
已知某无线通信设备发射电磁波的功率为P,设该通信设备向四面八方均匀地发射电磁波,且电磁波在传播过程中无能量损失。由数学知识可知,球面的面积S=4πr2(式中r为球半径),球半径与球面始终是垂直的。
根据上述资料,可估算出人体到该通信设备发射电磁波处的安全距离至少应为________,这时人体所受到的电磁辐射强度才不会超过规定值。
这是一个很典型的、必须获取有效信息,找出规律才能求得结果的问题。
从题目提供的信息来看,电磁辐射强度(即单位时间内垂直通过单位面积的电磁波的能量)不得超过某一规定值Ie。这句话无疑是最关键的,这句话中的“单位时间”、“单位面积”我们似曾相识。
让我们不妨来回顾一下比热容的定义。比热容是这样定义的:“单位质量的某种物质,温度升高1℃吸收的热量,叫做这种物质的比热容”,并将这两个概念作一比较。通过比较不难看出:
“单位时间-----t”、“单位面积-----S”对应于“单位质量-----m”、“升高1℃----△t”;
“电磁波的能量------E”对应于“吸收的热量-------Q”;
“电磁辐射强度------Ie”对应于“比热容----c”。
这样,根据比热容公式c=Q/m△t就可以写出计算电磁辐射强度的公式:Ie=E/tS
进一步分析,E/t的含义其实就是单位时间内的能量---------即为功率P,那么刚才的那个公式Ie=E/tS又可写成Ie=PS。
接不来要做的工作就好办多了,把S=4πr2代人Ie=P/S中,稍加整理,很容易求出r=P/4πIe
由此可以看出,当学生拿到问题后,在处理文字信息时,一定要把握好如何在众多的信息中获取有效的信息,否则解题时一定是不知所云,无从下手。我认为,对于文字信息的处理,可以用将文字信息转化为物理语言或数学表达式的形式,这样处理起来就有目的性了,就会去伪存真,由表及里,直至寻找到正确的结果。
㈡图像信息的解读
图像是物理题中常用的表达条件的方法。物理题中的图像以两个物理量的函数关系来表示某次实验的结果,所以对于学生对于处理图像能力的要求大大提高了。图像信息的特点是直观,但是学生认识图像时常常只大致了解两个量的关系,而忽略了很多细节,因而造成解题时发现条件不够,无法解答。2007年南通市中考试题第30题便有这样一道题。(该题只节选其中的第(3)小题为例进行分析)
连接南通和苏州的苏通长江大桥是当今世界最大跨径的斜拉桥。
(3)大桥在水下施工时,要向江中沉放大量的施工构件,假设一边长2m的正方体被缓缓吊入水中(如图甲所示)在沉入过程中,其下表面到水面的距离为h,随着h的增大,钢绳拉力F、物体所受浮力F浮的变化如图乙所示。图中反映F浮随h变化的图线是____________(填序号);根据图中信息,计算出该物体的重力(江水的密度为1.0?103kg/m3,g取10N/kg)。
关于第(3)小题,大部分学生能回答出第一小孔的答案是图线②,但觉得要计算物体的重力有困难,似乎缺少条件。在这里,学生的思维障碍主要体现在不能正确地获取图像所提供的信息。事实上,图像表示的是F与h的关系,这个F,一方面既是钢绳的拉力,另一方面是正方体所受的浮力。从图像可以看出,随着h的不断增大,F浮也在不断增大,而拉力F是在不断减小,最终两个力相等。再分析:开始时,拉力F=G-F浮,既然最终两个力相等,就应该有G-F浮=F浮,即:G=2F浮=2ρ水gV排=2×1×103kg/m3×10N/kg×(2m)3=1.6×105N
所以我认为,在解读图像信息时,首先是大致上看看图像反映的是哪两个物理量之间的关系,然后要仔细分析图像上每条图线表示的物理含义,特别要注意区分向上倾斜、向下倾斜和水平直线分别表示什么含义,这样才能将图像的有效信息完全的提取出来,不至于出现漏条件或错误解题的现象。
㈢表格信息的解读
进行科学探究时,在已有大量实验数据的情况下,就需要对收集到的数据所提供的信息进行简单的比较,进行简单的逻辑推理,从而归纳出相关的结论和科学规律。05年苏州市的一道中考题就是这样的题目。
我们知道,测量时总存在误差,通常将测量值与真实值之差叫做绝对误差。初中电学实验中所用电流表的准确度等级一般是2.5级的。2.5级电流表的含义是,用该电流表测量时的最大绝对误差不超过满刻度值的2.5%。下表给出了2.5级电流表测量电流时,电流表指针的偏转角度与百分误差(即最大绝对误差与电流表示数之比的百分数)之间的关系。
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⑴上表中的最后一空处相应的百分误差应是_________%
⑵从上表中的数据可以看出,该电流表的指针偏转的角度越大,百分误差_______(选填“越大”“越小”或“不变”).
⑶如果用准确度等级是2.5级的电流表进行测量时要求百分误差小于3.75%。则该电流表指针的偏转角度应大于满刻度的_________.
对于这样的表格信息的题目,在初中物理中是最常见的。解题的关键就是信息的提取、处理和应用。首先对表格的三项内容进行解读,可以看出电流表指针的偏转角度和电流表的示数是一样的,其次是找出百分误差与偏转角度之间的关系,得出:偏转角度为原来的几分之一倍,百分误差就是原来的几倍。这样第⑴、⑵两空的答案就自然而然出来了,分别是“50”和“越小”。至于第⑶小题,进行简单的逻辑推理,3.75%是7.5%的一半,那对应的偏转角度就是三分之一的两倍,即偏转角度应大于满刻度的三分之二。
表格信息题的特点是信息量庞大,往往是涉及了好几个物理量之间的关系。解题的关键是用控制变量法进行信息的解读,理清各物理量之间的关系,一般步骤是比较、推理和得出结论,再用结论去解决问题。
㈣函数信息的解读
虽然初中物理淡化函数信息的解读,但物理学科完全离开函数是不现实的。所以新课程标准下的初中物理对涉及到函数的题目要求不是太高,但象下面类型的题目,不具备一定的函数知识,或者说不通过对函数信息的解读是很难解决此类问题的。题目是这样的:
有一天,小明在家观察洗衣机排水后,对容器排尽水的时间与排水孔的大小之间的关系产生了浓厚的兴趣,对此他找来四个同样大小的圆柱形塑料容器,在它们的底部相同位置各开一个排水圆孔,排水孔的直径d分别是1.50cm、2.00cm、3.00cm和5.00cm.在容器里放入30.00cm深的水,打开排水孔让水流出,用停表测量水完全流出所需要的时间t分别为73.0s、41.2s、18.4s和6.8s.
⑴请在图中画出排水的时间t与排水孔直径d的关系图线。(此小题略)
⑵分析实验数据,初步可以看出t与d之间的关系:d越大,t________,但是还不能确定它们之间明确的数量关系。
⑶请你猜想t与d之间可能存在的数量关系,并根据以上数据写出证实你猜想的思路。
猜想:____________________________________________.
思路:____________________________________________________.
得出t与d之间的定性关系并不困难,但确定t与d之间数量关系就不简单了。我们可以分以下几步来进行分析。第一步:从数据可以看出,d越大,t越小;第二步:t可能与d成反比,但图线不是直线,说明t与d不成反比;第三步:图线是类似双曲线的曲线,说明t可能与d的平方成反比;第四步:t与d的平方成反比,不就是t与d2的倒数成正比吗;第五步:如果t与d2的倒数成正比,那么在t与1/d2的关系图线上应该是一根直线。基于上面的分析,那么:
猜想:t与d2成反比。
思路:以1/d2作为横轴,以t作为纵轴,画出t与1/d2的关系图线,如果是一根直线,则证明了t与d2成反比。
由此题,我们发现有时题目会给予一些函数信息(此题的信息是隐性的),只有将函数信息的解读与建模思想有机的结合起来才能成为开启这类题型的钥匙,才能顺利地解决此类问题。
一般来说,物理条件很容易融入到上述四种信息当中,如果能够解读这些信息,就找到了解题的一把钥匙,如果无法解读这些信息,就成了阻碍我们学生解题的一块大石头。而当今社会又是一个信息发达的时代,如何从许多庞杂的信息中提取有效的信息,确实也成为我们学生从物理学科中需要学会的能力。因此,锻炼学生这方面的能力,也成为我们物理课的重要组成部分,成为物理老师需要研究的一个课题。希望通过老师注重这方面能力的培养,让更多的学生成为信息时代的主人。