導(dǎo)語(yǔ)：初中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：初中物理中運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題一般以勻速直線運(yùn)動(dòng)為模型，研究路程、時(shí)間和速度三個(gè)物理量之間的關(guān)系。而在解決聲學(xué)類運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題時(shí)，由于時(shí)間的復(fù)雜性，造成學(xué)生解題上的思維困難。本文從2020年一道中考試題人手．提出了解決此類問(wèn)題的一般方法，并指出應(yīng)注意培養(yǎng)思維的可視化和提髙思維模式的定勢(shì)與遷移能力，以期對(duì)物理教學(xué)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：聲音運(yùn)動(dòng)學(xué)；時(shí)間序數(shù)軸；物理思維

1源起

2020年蘇州市中考物理試卷壓軸題是一道頗具時(shí)代氣息的題目。它以智能手機(jī)搭載的物理實(shí)驗(yàn)軟件為載體，研究了一個(gè)傳統(tǒng)的物理問(wèn)題：測(cè)量聲音在空氣中的傳播速度。例1Phyphox是一款功能強(qiáng)大的物理實(shí)驗(yàn)手機(jī)軟件，其中的AcousticStopwatch功能能夠自動(dòng)記錄下所接收到的兩次響聲之間的時(shí)間間隔：當(dāng)手機(jī)接收到第一次響聲時(shí)便自動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)再次接收到響聲時(shí)計(jì)時(shí)自動(dòng)停止（類似于使用秒表時(shí)的啟動(dòng)和停止），由于對(duì)聲音的響應(yīng)非常靈敏，計(jì)時(shí)可精確到0？001s〇甲、乙兩人使用手機(jī)在空曠安靜的廣場(chǎng)上測(cè)M聲音的傳播速度．他們分別站于間距測(cè)量值為；的A、B兩處，打開(kāi)手機(jī)軟件做好計(jì)時(shí)準(zhǔn)備。甲先在手機(jī)邊擊掌一次，乙聽(tīng)到擊掌聲之后，也在手機(jī)邊擊掌—次．査看甲、乙兩手機(jī)均有效記錄下了兩次掌聲的時(shí)間間隔，分別為岣、圪。（1）若已知空氣中的聲速為340m／s，0．001s內(nèi)聲音的傳播距離為m；（2）本實(shí)驗(yàn)中兩手機(jī)所記錄的時(shí)間大小關(guān)系是＾？乙（選填”或“＜”）；（3）測(cè)得空氣中聲音的傳播速度辦＝（用s、f甲、f乙表7TC）。評(píng)析：試題緊扣課程基本理念，就科學(xué)探究的考査而言，試題設(shè)置了新的問(wèn)題情境（對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是陌生的），讓學(xué)生在解決陌生的問(wèn)題過(guò)程中，展示并發(fā)展探究能力，學(xué)習(xí)新知識(shí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。就科學(xué)方法的考査而言，需要學(xué)生具有分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，在具體、形象基礎(chǔ)上抽象出一般或一類解題方法，讓思維變成一種“圖式”，即需要學(xué)生具備較高的思維品質(zhì)。思考：若以知識(shí)的考査點(diǎn)而言，本題無(wú)非就是涉及了速度問(wèn)題的一般解法，但因兩部手機(jī)和兩段時(shí)間的介人使問(wèn)題的解決稍顯閑難，讀備實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程成為解題的第一步。從解決物理問(wèn)題的視角來(lái)看，學(xué)生需要掌握解題的一般方法，形成科學(xué)的思維模式。物理問(wèn)題的表述方式主要有文字、公式和圖像三種形式，很多時(shí)候是以純粹的文字形式描述了較為復(fù)雜的物理問(wèn)題過(guò)程。筆者認(rèn)為，首先應(yīng)該教會(huì)學(xué)生將文字信息轉(zhuǎn)化為圖俅信息，基于圖像的信息融合將問(wèn)題可視化和簡(jiǎn)化。然后根據(jù)閣像中的信息尋找對(duì)應(yīng)的物理滑關(guān)系，并建立對(duì)？應(yīng)的公式進(jìn)行分析求解．具體過(guò)程見(jiàn)圖2。但是，對(duì)于聲學(xué)類運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題套用上述方法并不完全可行，因?yàn)橛小皶r(shí)間”這個(gè)物理量的參與，且初中生的物理思維基本上還處在具體運(yùn)算階段和前運(yùn)算階段，其對(duì)空間位置關(guān)系的想象力還不足，思維能力有待提高?；诖?，筆者提出了利用“時(shí)間序數(shù)軸”解決聲學(xué)類運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的一般方法，用以拋磚引玉。

2運(yùn)用“時(shí)間序數(shù)軸”解題的案例分析

2．1案例運(yùn)用

鳴號(hào)聲，持續(xù)時(shí)間為。若列車的速度為功，空氣中的聲速為％，則站臺(tái)上的人聽(tīng)到鳴號(hào)聲持續(xù)的時(shí)間為。以例1為例，題中涉及了運(yùn)動(dòng)學(xué)中的聲速、時(shí)間、路程等問(wèn)題，且問(wèn)題的復(fù)雜性在于題中有多個(gè)時(shí)間點(diǎn)（時(shí)刻）和時(shí)間段，特別是如何理解兩次掌聲的時(shí)間間隔。考后學(xué)生的反饋普遍是讀不懂題意、不理解如何有效地表達(dá)峋、毛，更遑論正確求解！顯然問(wèn)題的死結(jié)在“時(shí)間”上?；诖?，可以將題中的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)在數(shù)軸上進(jìn)行有序標(biāo)注。而在運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題中，B寸間的取值均為正值，故只需從原點(diǎn)向右標(biāo)注具體值即可。我們先來(lái)找一找題目中的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)（時(shí)刻）：①甲擊掌時(shí)刻、②乙聽(tīng)到甲掌聲時(shí)刻、③乙擊掌時(shí)刻。那么，甲聽(tīng)到乙掌聲時(shí)刻在哪里？顯然有必要將這一隱含的時(shí)刻挖掘出來(lái)，并以此構(gòu)建“時(shí)間序數(shù)軸”來(lái)分析，如圖3所示。設(shè)甲擊掌時(shí)刻為時(shí)間“原點(diǎn)”（同時(shí)也是甲自動(dòng)計(jì)時(shí)點(diǎn)），記為＆，乙聽(tīng)到甲掌聲時(shí)刻為A（同時(shí)也是乙自動(dòng)計(jì)時(shí)點(diǎn)），則有以＝A—i。。乙聽(tīng)到擊掌聲之后，乙擊掌時(shí)刻設(shè)為（同時(shí)也是乙停止計(jì)時(shí)點(diǎn)），也；乙＝6—h。設(shè)甲聽(tīng)到乙掌聲的時(shí)刻為＾，因?yàn)槁曇魪腁處傳到B處和從B處傳到A處的路程相等，故f3—〇＝￡l－f。＝＝Ai。通過(guò)“數(shù)軸”分析知，甲手機(jī)兩次計(jì)時(shí)的時(shí)間差為峋＝￣，且化＞k。根據(jù)“數(shù)軸”上的時(shí)間段關(guān)系和速度公式建立方程組：

2．2案例拓展

含“時(shí)”的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題一般涉及聲源和接收聲音的物體（下面簡(jiǎn)稱物體）的運(yùn)動(dòng)，下面根據(jù)聲源或物體是否運(yùn)動(dòng)分別舉例分析。（1）聲源運(yùn)動(dòng)，物體靜止例2（2006年大同杯）即將進(jìn)站的列車發(fā)出一首先根據(jù)文本畫出問(wèn)題的運(yùn)動(dòng)草圖，如圖4所示。圖中1、2位置分別表示列車開(kāi)始鳴號(hào)和鳴號(hào)結(jié)束的位置，列車距離站臺(tái)的距離分別為＆和52。根據(jù)草圖構(gòu)建“時(shí)間序數(shù)軸”如圖5所示。本題涉及四個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別是列車開(kāi)始鳴號(hào)時(shí)刻i。，人剛聽(tīng)到鳴號(hào)時(shí)刻＾，列車?guó)Q號(hào)結(jié)束時(shí)刻t2，人聽(tīng)到鳴號(hào)結(jié)束時(shí)刻￣，則人聽(tīng)到鳴號(hào)聲持續(xù)的時(shí)間為6b根據(jù)圖中的數(shù)量關(guān)系構(gòu)建關(guān)系式：（2）聲源靜止，物體運(yùn)動(dòng)例3（2018年德陽(yáng)）為監(jiān)督司機(jī)遵守限速規(guī)定，交管部門在公路上設(shè)置了固定測(cè)速儀。如圖6所示，汽車向放置在路中的測(cè)速儀勻速駛來(lái)，測(cè)速儀向汽車發(fā)出兩次短促的（超聲波）信號(hào)，第一次發(fā)出信號(hào)到測(cè)速儀接收到信號(hào)用時(shí)〇．5s，第二次發(fā)出信號(hào)到測(cè)速儀接收到信號(hào)用時(shí)〇．3s，若兩次發(fā)出信號(hào)的間隔是〇．9s，汽車在兩次接收到信號(hào)間隔過(guò)程中行駛的距離是m，汽車的速度是m／s。（超聲波速度是340m／s）借鑒例1的方法，我們構(gòu)建“時(shí)間序數(shù)軸”鋪展問(wèn)題中的時(shí)間關(guān)系，如圖7所示。根據(jù)題意，可將測(cè)速儀第一次發(fā)出信號(hào)的時(shí)間定為《＝〇，經(jīng)過(guò)〇．5S收到回聲，則汽車第一次收到信號(hào)的時(shí)刻為〇．25s，可求得汽車第一次收到信號(hào)時(shí)距離測(cè)速儀的距離為340m／sXO．25s＝85m。測(cè)速儀第二次發(fā)出信號(hào)的時(shí)間為f＝〇．9s，經(jīng)過(guò)0．3s收到回聲，則汽車第二次收到信號(hào)的時(shí)刻為0．9s＋0．15s＝1．05s，可求得汽車第二次收到信號(hào)時(shí)距離測(cè)速儀的距離為340m／sX0．15s＝51m。由此可得汽車在兩次接收到信號(hào)間隔過(guò)程中行駛的距離是85m—51m＝34m。當(dāng)然，更為復(fù)雜的情形是聲源與物體同時(shí)在做勻速運(yùn)動(dòng)，所解方法與上述問(wèn)題類似，現(xiàn)舉一例，過(guò)程不再贅述。

2．3方法歸納

解決含“時(shí)”的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題時(shí)，其基本的解題策略和方法可以歸納為以下三步：首先，以草圖或示意圖構(gòu)建問(wèn)題情境，通過(guò)“圖式”體現(xiàn)路程關(guān)系；其次，構(gòu)建時(shí)間序數(shù)軸，標(biāo)注題中涉及的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)，并找出相關(guān)時(shí)間點(diǎn)間的數(shù)量關(guān)系＞再次，利用速度公式對(duì)前述路程、時(shí)間和速度值列出關(guān)系式并求解。需注意的是，在時(shí)間軸上必須厘淸某一個(gè)時(shí)刻和某一段時(shí)間的區(qū)別，并按照先后順序?qū)⒏鱾€(gè)時(shí)刻進(jìn)行合理的標(biāo)注。

3教學(xué)啟示

回到例1試題，為什么學(xué)生的反饋普遍是讀不懂題意、不理解如何有效地表達(dá)細(xì)、屹？表面上是解題方法的缺失，本質(zhì)上是物理思維能力特別是解題思維的品質(zhì)決定的。從物理思維來(lái)分析，應(yīng)該注意培養(yǎng)思維的可視化和提髙思維模式的定勢(shì)與遷移能力。我們一般首先需要借助形象思維來(lái)尋求解決問(wèn)題的方向和策略，故可以通過(guò)畫受力分析圖、電路圖、光路圖以及構(gòu)建“時(shí)間序數(shù)軸”等方法，將抽象的物理現(xiàn)象或情景可視化，化抽象為形象，然后再通過(guò)物理規(guī)律來(lái)解決問(wèn)題。如上述試題中的幾個(gè)案例展示了運(yùn)用“時(shí)間序數(shù)軸”解決含“時(shí)”運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的具體操作過(guò)程，解題的過(guò)程蘊(yùn)含了物理思維形象與抽象的統(tǒng)一性。特別是利用算式、圖像將物理現(xiàn)象和過(guò)程可視化，可以有效降低思維難度，提高解決問(wèn)題的能力。在平時(shí)的教學(xué)中，要有意識(shí)地進(jìn)行這方面的針對(duì)性訓(xùn)練和熏陶，通過(guò)思維可視化較好地提升思維品質(zhì)。從本質(zhì)上講，物理思維模式屬于一種定勢(shì)思維。在教學(xué)中，首先應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的正確方法和思維模式，特別是教給學(xué)生解決一類問(wèn)題的方法，構(gòu)建解決物理問(wèn)題的一般范式，讓學(xué)生潛移默化地體驗(yàn)到物理思想方法在解決問(wèn)題中的應(yīng)用?；诖?，在解決新問(wèn)題時(shí)，借助于所學(xué)過(guò)的知識(shí)對(duì)新的情境進(jìn)行描述和思考，通過(guò)思維的遷移，尋求解決新問(wèn)題的方法和途徑。同時(shí)，又必須努力克服定勢(shì)思維的束縛和偏見(jiàn)。在平時(shí)的教學(xué)中，要有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行這兩方面的思維訓(xùn)練，從而真正提升學(xué)生的思維能力和核心素養(yǎng)。

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作者：李冬裕 單位：蘇州大學(xué)附屬尹山湖中學(xué)