自制教具在解答物理高考题中的妙用

朱广明

【摘要】自制教具的使用在日常教学中能将抽象的物理问题具体化，将复杂的问题简单化.然而，高考试题中有较多的抽象复杂问题，教师可用自制教具化解难点，本文分析高考试题中充分利用自制教具，可以起到轻松建立物理模型的作用.

【关键词】自制教具；高中物理；解题技巧

例1 （2020年山东卷第12题）如图1所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形.一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动（不发生转动）.从图示位置开始计时，4s末bc边刚好进入磁场.在此过程中，导体框内感应电流的大小为I， ab边所受安培力的大小为F，二者与时间t的关系图象，可能正确的是（    ）

解析 可以在白纸上作出题目中的平面直角坐标系并在第一、二象限分别标注磁场方向，在y轴负方向作出单位长度，利用透明塑料作一个刚性导体框abcde，让导体框按照题目中的要求运动，让学生对照该教具思考分析导体框运动过程中各个物理量的变化，这样更直观、也更容易，并回归到电磁感应部分的单杆模型、双杆模型.当然也可以用类似的自制教具探究体验此过程.

学生平时学习物理知识时，养成这种积极主动利用身边一切可用物品制作成的教具进行探究思考的习惯，不仅有利于问题的解决，而且更能增强学生学习物理的兴趣，使抽象的物理情景在头脑中形成直观的表象，进而建立起相应的物理模型，久而久之，自然也就提高了自己的物理学科素养，高考解题时就能达到化难为易、化繁为简的奇妙效果.

2021年湖南卷第13题用到了磁聚焦模型和磁控束模型，建议教师可以先制作出磁聚焦模型和磁控束模型的视频课件，再用各种颜色的透明塑料纸裁剪制作出这两个物理模型的自制教具，先让学生观看视频课件，再用自制教具加以演示观摩，如此学生更容易理解其原理，那么解答这道高考题也就水到渠成了.

2023年山东卷第17题，教师可以引导学生用硬纸板结合圆形彩色纸片模拟探究其过程，用圆形彩色纸片模拟带电粒子、用画有组合场的硬纸片模拟组合场，思考探究带电粒子的运动过程并引导学生分析解决问题.

以上是电学中的一些物理情景较为抽象的题目，在力学中也有很多值得利用自制教具进行辅助思考的题目.

例2 （2017年全国卷Ι第21题）如图2，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N，初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为α（α>π/2），现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变.在OM由竖直被拉到水平的过程中（    ）

（A）MN上的张力逐渐增大.

（B）MN上的张力先增大后减小.

（C）OM上的张力逐渐增大.

（D）OM上的张力先增大后减小.

解析 教师在讲评这一题目时，可以找一根柔软轻绳和一重物，固定轻绳一端，重物栓在M点，从图示位置向右上方缓慢拉起，保持夹角α不变，演示OM从竖直到水平过程，可以在OM和MN上连着弹簧测力计或力传感器，最好是后者，这样能直观地看出两段绳上力的变化.再由此回归到力的合成与分解中常用的平行四边形定则模型和三角形定则模型.

2016年全国卷Ι第35题，可以让学生用儿童玩的小高压水枪来演示，让水枪向上稳定的喷水，在水柱上面放置一底部为平板的玩具，让玩具静止于水柱上某一位置，通过增大和减小水速让学生观察玩具静止的位置有何不同，来创设这一情景，启发学生思考玩具悬停在空中时，其底面相对于喷口的高度可能与哪些因素有关.并引导学生将此问题回归到流体中的动量模型和功能关系模型中的动能定理模型和机械能守恒模型.

另外，力学中有些较为复杂的运动过程和碰撞过程同样可以引导学生利用自制教具进行模拟探究，例如2023年山東卷第18题.

还有很多实验题的情景，也是在原有教材的基础上，做了生活化的改进，这些能用自制教具演示的实验可以尽可能的进行演示，例如2020年山东卷第13题，教师可以在课堂上用手机、垫块、木板、小物块进行演示，同时可配合大屏幕投影.目的就是为了让学生领悟这种测量该处重力加速度的方法，并将此问题建模至斜面模型.

在热学、光学部分也有很多可以用到自制教具的地方.

2022年山东卷第15题，教师可以用透明饮料瓶、透明气球各一上口对口套在一起的模拟鱼鳔来还原这一较新的物理情景，启发引导学生建立牛顿第二定律模型和玻意耳定律模型来解答这两个问题.再如，2020年山东卷第15题，教师在讲评这一道题时，可以准备好这样的火罐和抽气拔罐来现场操作.热学这一部分常见U型管可以用输液管来替代，容器可以用注射器、饮料瓶等来替代.其他的连通装置也可以用输液管、注射器、饮料瓶来组装使用.

2023年山东卷第5题，教师可以引导学生用玻璃砖配合玻璃片实验演示这一劈尖干涉模型，同卷第16题教师仍然可以引导学生用玻璃砖进行实验探究折射模型、全反射模型.

即便在原子物理部分，仍然可以制作一些动画视频和自制教具来模拟探究.例如2023年山东卷第1题，教师可以用制作出的氢原子跃迁的动画课件结合自制教具模型进行演示操作，让学生领悟氢原子能级跃迁模型图.其他的像光电效应、α粒子散射实验、康普顿效应等我们都可以制作出相应的动画视频二维演示，再用相应的自制教具进行三维模拟，让同学们通过观摩来领悟原子物理中的抽象模型.

近几年的高考试题中都有在三维空间中建模的题目，所以很有必要制作常见的立体模型让学生加以观摩，例如：球体、正方体、长方体、正四面体、棱柱、棱锥等.

结语

高考题往往是通过设置真实的问题情景，当然这些情景可以是开放性的、多元性的，考查考生的模型构建能力和灵活运用所学知识分析解决问题的能力，目的在于引导考生由“解题”向“解决问题”转变.并且难度较大的物理高考题，往往物理情景较为抽象，教师可以制作符合情景的教具进行演示，以帮助学生加深对题意的理解，进而构建出相应的物理模型，从而达到化难为易、事半功倍的解题效果，真正体现出自制教具在解题中的妙用.

更进一步，如果学生能积极主动的制作自制学具去操作物理实验或模拟物理情景，来分析解决物理问题，再加上自己的创意，这无疑是自制教具的深邃魅力和深远影响.

参考文献：

[1]朱成巧.从对一道物理高考题的解答反思简易小实验教学[J].教学仪器与实验，2011，27（07）：19-20.

[2]姜家亮.高考题对高中物理教学的启示[J].数理化解题研究，2019（15）：59-60.

[3]熊锦明.巧用方法，“秒”解物理高考题[J].文理导航（中旬），2020（07）：46-47.