物理圖象能直觀形象地表達(dá)物理狀態(tài)和物理過程,也能描述抽象的物理概念和物理規(guī)律,因而從圖象中獲取有用信息能為我們分析和解決問題帶來許多方便。反過來,如果獲取的是錯誤信息,那么它將把我們的思路引入歧途。下面通過對幾個具體例子的分析來談?wù)勅绾伪苊膺@方面的錯誤。
1 由于受生活經(jīng)驗的影響而產(chǎn)生錯誤判斷
例1 如圖1所示,容器中盛滿水,一木球用細(xì)線系于容器底部,當(dāng)容器靜止時,細(xì)線繃直且豎直。現(xiàn)使容器以某一加速度a勻加速向右運動,則此時木球相對容器( )
A.向左偏移。B.保持不變。
C.向右偏移。D.無法判斷。
分析 由于在日常生活中,當(dāng)汽車加速時,車上人相對汽車要后移,那么根據(jù)日常乘車的經(jīng)驗或推動物體的經(jīng)驗,很容易得出選項A這個結(jié)論。產(chǎn)生這種錯誤的原因是:認(rèn)為木球的加速度是靠細(xì)線拉力的水平分力提供的,而實際上木球的加速度是水的水平壓力和細(xì)線拉力的水平分力的合力提供的。讓我們假設(shè)把木球拿掉,用同樣體積的水球來替代,很顯然,當(dāng)這個水球隨容器以加速度a作勻加速直線運動時,水球受到的水平合力為F水=m水a(chǎn),且水球相對于容器的原來位置不會改變。我們知道,同樣體積的木球質(zhì)量要比水球質(zhì)量小,即m木 2 由于受直觀思維影響而產(chǎn)生錯誤判斷 例2 如圖2所示,長為L的輕繩,一端用輕環(huán)套在光滑的水平直桿上,另一端連接一質(zhì)量為m的小球。開始時,將系球的輕繩拉直并轉(zhuǎn)到與桿平行的位置,然后放手,試問輕繩豎直前小球的運動軌跡(相對直桿)( ) A.圓周運動。 B.普通的曲線運動。 C.自由落體。 D.以上說法都不對。 分析 由于受直觀思維影響,許多同學(xué)選擇選項A或選項B。產(chǎn)生這種錯誤的原因是:認(rèn)為小球受到了繩子的拉力作用。而實際上輕環(huán)和輕繩的質(zhì)量都可以不計,且水平直桿是光滑的,因而繩子對小球的拉力為零,故放手后小球的運動軌跡是自由落體,即選項C正確。 3 由于生搬硬套結(jié)論而產(chǎn)生錯誤 例3 如圖3所示,導(dǎo)體M和N在點電荷電場中處于靜電平衡狀態(tài)。①如果在b、c間用導(dǎo)線連接,瞬間電流的方向(b→c、c→b)。②如果在a、d間用導(dǎo)線連接,瞬間電流的方向________(a→d、d→a)。 分析 第一空很容易得出正確結(jié)論,其瞬間電流的方向應(yīng)b→c。對于第二空許多同學(xué)會在第一空的基礎(chǔ)上得出瞬間電流的方向應(yīng)是d→a,產(chǎn)生這種錯誤的原因是:對電荷定向移動的原因理解不清。正確的理解是:根據(jù)圖示,在正點電荷產(chǎn)生的電場中,兩導(dǎo)體靜電平衡時,M的電勢比N高,因而當(dāng)a、d兩點用導(dǎo)線連接時,瞬間電流的方向應(yīng)該是a→d。 4 由于圖像本身缺陷而產(chǎn)生錯誤判斷 例4 在全日制普通高級中學(xué)教科書中(必修加選修)物理第三冊中有這樣一幅插圖,書上是這樣描述的,在偏振片P的后面再放置另一個偏振片Q,當(dāng)Q的偏振化方向與P的偏振化方向平行時,透射光的強(qiáng)度最大,當(dāng)Q與P的偏振化方向垂直時,透射光的強(qiáng)度最弱,幾乎為零。書上對偏振片的特點描述是非常清楚的,但書上偏振片的圖像卻容易讓人產(chǎn)生誤解。如圖4中的第三個圖所示讓偏振片Q繞中心軸旋轉(zhuǎn)30°,則屏上明暗情況如何變化? A.屏上透射光強(qiáng)度不變。 B.屏上透射光強(qiáng)度減弱。 C.屏上透射光強(qiáng)度幾乎為零。 D.無法確定。 由于圖4中偏振片表達(dá)不太完整,很容易讓學(xué)生認(rèn)為,只要起偏片P和檢偏片Q的透振方向不平行,那么屏上的透射光強(qiáng)度就應(yīng)該是幾乎為零,故而認(rèn)為選項C正確。其產(chǎn)生這種錯誤的原因是:對偏振片透光的真正原理理解不清,而題中偏振片Q其偏振化方向從與P平行開始,慢慢旋轉(zhuǎn)到與P垂直的過程中,屏上透射光的強(qiáng)度應(yīng)該是慢慢地減弱,直到屏上透射光強(qiáng)度幾乎為零,所以選項B正確。 5 由于思維定勢而產(chǎn)生錯誤判斷 例5 如圖5所示,物體M與m用繩相連,繩通過定滑輪,M靜止在傾角為θ的斜面上,則關(guān)于M與斜面間的靜摩擦力的大小和方向的說法中,正確的是:( ) A.Mgsinθ-mg,沿斜面向上。 B.Mgsinθ-mg,沿斜面向下。 C.mg-Mgsinθ,沿斜面向下。 D.條件不足,無法判斷。 在大多數(shù)題目中會說明M表示質(zhì)量大的物體,m表示質(zhì)量小的物體,所以在這個習(xí)慣思維定勢影響下,許多同學(xué)會選擇A和B。而M和m的質(zhì)量關(guān)系本題目沒有說明,因而正確的選項應(yīng)該是D。 6 由于受平面圖意識限制而產(chǎn)生錯誤判斷 例6 如圖6所示,在某一空間固定著兩個等量同種電荷,另一帶負(fù)電微粒在這兩電荷間運動,如果該微粒只受電場力作用且不影響兩等量同種電荷所產(chǎn)生的電場,那么該微粒的運動狀態(tài)可能是:( ) A.勻變速直線運動。 B.勻變速曲線運動。 C.勻速圓周運動。 D.上面三種運動狀態(tài)都不可能。 絕大多數(shù)學(xué)生會選擇D選項,學(xué)生是這樣想的:該電場不是勻強(qiáng)電場,而選項A、B需要一個恒力,故選項A、B錯誤,而選項C雖然需要一個變力,但其大小要不變,故選項C也錯誤,所以選擇選項D。產(chǎn)生這種錯誤的原因是:平常學(xué)生接觸的圖像都是一些平面圖,因而對等量同種電荷所產(chǎn)生電場認(rèn)識只停留在平面上,其實該電場應(yīng)布滿整個空間,那么該帶負(fù)電微粒就可以在過中垂線兩電荷連線的平面上作勻速圓周運動如圖7所示,所以選項C的正確的。 通過上面分析,筆者認(rèn)為在分析物理圖像時要注意這樣幾個方面:第1、要注意題目中關(guān)鍵詞,如“輕桿”、“輕彈簧”、“相對靜止”等,我們要從這些關(guān)鍵詞中獲得一些隱含條件的信息;第2、要注意一些相關(guān)物理量的大小或方向有沒有明確?如質(zhì)量M、m哪個大?角度α、β哪大?長度L、l哪個長?外力F和摩擦力f是否同方向?等等;第3、圖像中的一些邊界是否與題中條件相符?第4、對干涉、電場、磁場或復(fù)合場的圖像我們要習(xí)慣從平面圖聯(lián)想到立體圖。不管怎樣,解決上述問題的關(guān)鍵是要把看圖和讀題有機(jī)結(jié)合起來,要弄清產(chǎn)生這些物理現(xiàn)象的原因是什么?而不是光通過看圖就草率地得出結(jié)論。 (欄目編輯陳 潔) 注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。