创设物理情境 建构“活结”模型

张娇珍

福建省大田县第一中学  福建三明  366100

摘要：物理教学中，如何借助生活情境，建构易于研究，能反应事物本质特征的理想模型。笔者结合教学实践探讨借助怒江溜索的情境，建构“活结”的物理模型，帮助学生抓住活结模型的关键要素，解释生活中的物理现象。

关键词：物理情境；“死结”模型；“活结”模型

物理模型建构是当前新课改强调的一种重要的思维方式，它是根据研究的物理问题和物理情境对研究对象进行分析，建构易于研究，能反应事物本质特征的理想模型。下面笔者结合《共点力平衡条件的应用》教学实践，探讨一下，课堂教学中如何借助怒江溜索的情境，建构“活结”的物理模型，帮助学生抓住活结模型的关键要素，解释生活中的物理现象。

一、复习归纳“死结”模型

首先我们先要把握学情，借助挂灯笼的情境，设置三力平衡的“死结”模型，让学生掌握受力分析和分析共点力平衡的方法。

例题：AO、BO和CO三根绳子，O为节点，悬挂物质量为m，绳子OB与竖直方向的夹角θ。求：AO、BO、CO三根绳子拉力的大小。

依据例题分析的结论，引导学生分析死结模型的特点：①绳子的结点不可沿绳移动。

②结点两侧的绳子因打结而变成两段独立的绳子，因此两段绳子的弹力不一定相等。

二、创设“活结”的物理情境

首先展示防战士借助一根平直溜索，在水流湍急河面上艰难渡河的情境，引导学生在回顾动滑轮的基础上，简单构建“平溜”的物理模型。

再展示云南怒江高低倾斜的溜索，孩子上学，通过“溜索”从高处溜向低处过河的情境，引导学生在回顾动滑轮的基础上，简单构建“陡溜”的物理模型。

三、建构“活结”模型

学生在图纸上将“溜索”通过画图转化为初步的物理模型后，进一步引导他们借助光滑的鱼线和小滑轮进行分组实验，模拟“平溜”（如图2）和“陡溜”（如图3）的物理情境。

思考问题：溜索也称为钢索，钢索重且接触面粗糙，如何将它转化成理想模型？

学生在模拟实验的基础上，将溜索与鱼线进行类比，建构理想模型：①忽略钢索的自重，理想化为不计重量的轻质绳。②忽略钢索与滑轮的摩擦力，以及运动过程的其它阻力。③忽略钢索的形变量。④只讨论物体（悬挂物）静止平衡的问题。

模型探究：在AB等高的平溜模型如图4中，挂重物的滑轮能在任何一个位置保持平衡吗？为什么？

在学生分组实验的基础上，学生发现挂重物的滑轮平衡的位置在AB的中垂线上，在学生分组实验的基础上进行受力分析，如图5，推算出，了解同一根绳上的张力处处相等。再借助朗威力传感器拉绳AB两端的数据分析，进一步验证了学生的结论。

引出了活结模型：“活结”看似把绳子分成了两部分，但还是同一根绳，活结是可以沿绳移动的结点。生活中的“活结”，一般是由滑轮或者光滑挂钩形成。

①“活结”结点可随绳子移动。绳子上的滑轮或挂钩及活结,绳子弹力大小处处相等。

②“活结”两侧绳子的合力方向沿两侧绳子的角平分线。

对于建构好的“活结”模型，我们还可以结合实际情境进一步拓展学生的思维。例如：若用一根长期日晒雨淋的晾衣绳晾晒毛衣，为了避免晾衣绳断掉，可采取什么办法？学生通过解决生活中的晾衣问题，会提出不同的方法灵活应用“活结”模型分析问题。教学中重视物理建模过程，不仅能帮助学生分析问题，还培养了学生在真实情境中构建模型的意识和能力。

参考文献

［1]普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].高等教育出版社.2018年6月

本文系三明市基础教育科学研究2021年度立项课题：《高中物理力学模型构建的教学理论与实践研究》（课题立项编号：JYKT-21063）的研究成果之一。