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为什么说单摆是一种理想化模型(单摆的原理有哪些)

来源:原点资讯(www.yd166.com)时间:2023-11-13 10:28:20作者:YD166手机阅读>>

为什么说单摆是一种理想化模型,单摆的原理有哪些(1)

​一、真题展示

为什么说单摆是一种理想化模型,单摆的原理有哪些(2)

​二、试题评析

单摆是高中物理中一个重要的理想化模型之一,这个理想化模型的建构不仅仅是教学难点,而且是一个极容易被忽视的教学内容。恕号主直言,与其说这个教学难点被忽视,不如说这个教学内容通常采用灌输式教学,草率讲就是​死记硬背​的教学。

一条绳子或杆的一端悬挂,另一端栓着一个重物,在小角度来回摆动,可视为单摆模型。事实上,单摆模型有下面几点理想化条件需要满足:

①绳子与细杆的质量,相比于重物质量可忽略不计;

②绳子与细杆的劲度系数可视为无穷大,长度几乎不变;

③绳子和细杆的重力、空气阻力等相比于重物重力可忽略不计;

④细绳和细杆的长度远大于重物的尺度;

⑤摆角应当小,一般认为要<5度。

⑥悬点位置不变。

以上六条理想化条件,几乎任何一条,从“建构”视角来看,要么来自于深邃的直觉,要么是来自缜密的推理,而这两点,对于高中生而言,如果是必须要完成的教学内容,那么这些教学内容无疑都是教学难点。

建构教学太难,难以突破,而高考又要考,怎么办?“唯一”办法就是,强势灌输,死记硬背。记住了,第(1)就得分了,否则哪位考生能够把“为什么”在考场上想清楚呢?

至于第(2)问,命制视角非常常规,就不在这里赘述了。

关于第(3)问,似乎考查科学思维素养中的科学论证要素,然而论证的观点正确吗?论证依据“简述”能达成论证之目的吗?参考答案如何设置?

请看,朱老师为了这个问题,发表过两篇论文,都是驳斥“计时起点应该在最低点”这一观点,并强烈建议在高考题中规避这个问题或者修正观点,为此,年已退休的朱老师都产生了“三论”的教研写作冲动。然而,22年上海高考命题组参考答案如何设置的?阅卷组又是如何制定得分细则的——如何规范得分要点的?

615-20220724-难道真需要“三论------”吗?——关于累积法测单摆周期时“计时起点选取”问题的持续关注(朱建廉)

​三、拓展讨论

教育部教育考试院在自评理综卷

《深化基础考查 加强教考衔接——2022年高考理科综合全国卷试题评析》一文中明确提出​深化基础性,引导减少“机械刷题”​的评论观点,具体阐述如下:

试题遵循教育规律,深化基础性考查,丰富学科主干内容考查的方式方法,注重对解决自然科学问题本原性方法的考查,引导教学把精力放在讲透教材重点内容上,引导学生减少“机械刷题”,向发现问题、提出问题、解决问题转变。


物理试题加强定性和半定量的分析,在具体情境中考查学生对物理本质的理解,引导学生知其然,更知其所以然,逐渐形成对物理全局性、整体性的认识,避免将学生导向细枝末节知识的过度辨析、典型题套路和技巧的运用。同时,试题注重考查一些通用性的物理方法,引导减少“机械刷题”现象。

从这一段描述,“深化基础考查”,不是指强化基础知识的(记忆)考查,而是指​“注重对解决自然科学问题本源性方法的考查”,​或“注重一些通用性的物理方法的考查”,与此同时,还要“避免将学生导向细枝末节知识的过度辨析、典型题套路和技巧的运用”。

模型建构,不仅仅是科学思维素养中的一个要素,也是解决自然科学问题中一个本源性方法,恐怕也是通用性的物理方法。为反复落实学科核心素养教学任务,在“单摆”教学中,应当勇于突破教学难点,在模型建构教学中下足功夫。然而,高考试卷中恐怕不宜把这一教学内容中的知识结论作为考查内容,而是把模型建构这一素养(或关键能力、或通用方法)作为考查内容。

​四、试题改编

基于上面讨论分析,号主尝试改变试题如下:

改编题:摆钟是一种古老的计时家庭生活用品,有些家庭现在也摆放摆钟,除了计时功用外,还有装饰功能。小明观察摆钟摆锤摆动时,认为摆锤来回摆动可能也可视为单摆模型,于是设计制作了由悬杆、摆杆和重物组成的摆动装置(请手机屏幕前的你自己绘制示意图)。

(1)若小明设计制作的摆动装置摆动可视为单摆模型,那么写出两条可视为单摆模型的理想化条件:

为什么说单摆是一种理想化模型,单摆的原理有哪些(3)

(2)小明对设计制作的装置按照“单摆模型”理想化条件进行优化后,进行了若干次实验,得到T平方—l图像如图所示,根据图示测得当地重力加速度g=

(3)为了减小误差,有两种观点:①应从最高点开始计时;②应从最低点开始计时。请选择你支持的观点,并简要陈述理由(选取观点非得分要点,陈述理由才是得分要点)。

​讨论​:(1)由细绳悬挂重物,改为细杆悬挂重物,这是情景迁移,考查了迁移能力,虽然不能完全打击刷题教学,但能起到导引作用,不能死记硬背。特别是,就模型建构素养考查,采用开放性设问——真正进行了单摆模型建构教学过程的,才易正确作答,得分概率大,继而起到进一步打击死记硬背,引导深化基础教学的作用。

(2)第三问,恐怕还是争议题,然而设置为论述题,不聚焦观点,关注论证过程,有利于引导教学落实科学论证、质疑创新等素养要素的教学任务,培养批判精神和科学精神。

(3)第②题命制,注意措词,引导教学注重科学本质教学——实验结果不仅仅存在系统误差制约,还受到偶然误差影响——第①题就是关涉系统误差,第③问主要是偶然误差。

为什么说单摆是一种理想化模型,单摆的原理有哪些(4)

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