构建传送带模型提升科学思维的教学实例

文/佛山市南海区九江中学

科学思维的培养是物理素养中最关键的环节，而构建物理模型则是培养科学思维的一条最重要、最有效的途径。如何在物理教学过程中通过建模能力的培养提升学生的科学思维，渗透物理的学科核心素养，是值得教师思考并探索的课题。本文以高中最常见的一类问题为例，阐述如何培养学生的建模能力和科学思维，落实物理学科核心素养的渗透。

传送带问题是高中物理不可回避的重难点，涉及受力分析，尤其是静摩擦力方向的判断和摩擦力的突变问题，也涉及多个阶段的运动分析。因此在高三一轮复习的教学中教师要引导学生全面分析各种情况，构建物理模型，从模型中提炼出核心知识，明确解决问题的关键因素。

笔者首先用幽默美妙的语言来描述传送带和物体这对“恋人”的美好愿望，就是生死与共(共速)，学生听了会觉得很新奇，并且每当在分析物体速度的转折或摩擦力的突变时我都提醒学生谨记这个愿望。该如何努力实现这个愿望？不忘初心，方得始终。

接着按水平和倾斜把传送带分为两大类，对于水平传送带我从两者初速度方向和大小的关系，传送带是否足够长这几种情况再细分归类讨论，而对于倾斜的足够长的传送带则是按两者初速度方向和大小关系，并结合μ和tanθ的大小关系去归类，每一类型都需把物体所受摩擦力的突变情况分析清楚，从而得知物体的运动情况。具体分类情况如下：

一、愿望

传送带和物体这对“恋人”希望能生死与共(共速)。

二、分类

1.水平 ：物体初速V0，传送带V传，两者同向。

V0

不够长——匀加速，还没有加到同速就滑离。

V0>V传:足够长——先匀减速再匀速。

不够长——匀减速，还没有减速到同速就滑离。

2.水平 ：物体初速V0，传送带V传，两者反向。

V0

不够长——先匀减速还没至0就滑离。

V0>V传:足够长——先匀减速至0再反向匀加速至V传，之后匀速。

不够长——先匀减速还没至0就滑离。

3.倾斜 ：物体初速V0，传送带V传，足够长，两者同向。

V0tanθ——先匀加速至V传再匀速。

μ

V0>V传:μ>tanθ——先匀减速至V传再匀速。

μ

4.倾斜 ：物体初速V0，传送带V传，足够长，两者反向。

V0tanθ——先匀减速至0再反向匀加速至V0恰好滑离。

μ

V0>V传:μ>tanθ——先匀减速至0再反向匀加速至V传之后匀速。

μ

三、注意要点

1.共速时注意f动的突变：消失(水平)，愿望达成。

动变静(斜面μ>tanθ)愿望达成。

动变动，但反向(斜面μ

2.讨论传送带的是否足够长。

3.功能关系：Q=fΔS

W多=ΔEk+ΔEp+Q(发动机多做的功等于滑块动能的增量和重力势能的增量和产生的内能)。

传送带问题最关键的就是摩擦力的分析，尤其是共速后摩擦力的突变，对于足够长的水平传送带，共速后摩擦力变消失，美好愿望最终实现；而倾斜且μ>tanθ的传送带则动摩擦突变为静摩擦力，美好愿望也能实现；但倾斜且μ

物理学理论起源于思维和观念，在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用，因此教师要想尽一切办法，比如借助物理模型的建构，提升学生的科学思维。