薛義榮
(揚州新華中學(xué) 江蘇 揚州 225009)
物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映,是物理事物的抽象[1].因此物理概念的抽象性,決定著學(xué)生對概念性習(xí)題容易犯錯.但借助于定性實驗,會對這些概念性習(xí)題的錯誤判斷起到糾正作用.
圖1
【例1】將一玻璃瓶裝水后封閉,放在水平桌面上,在瓶的中部有一個氣泡處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖1所示.現(xiàn)突然用力將瓶子向前推動一下,則可看到氣泡相對瓶子的運動情況是
A.不動 B.向前
C.向后 D.無法確定
評析:學(xué)生只有理解概念,才能正確應(yīng)用概念.直觀材料是形成概念的基礎(chǔ),因此,在教學(xué)中要借助于直觀材料,比如定性實驗,來啟發(fā)學(xué)生的思維,從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識,幫助學(xué)生理解概念.本題所需實驗器材比較簡單,一個帶蓋的礦泉水瓶即可.在學(xué)生思考分析的基礎(chǔ)上,教師可當(dāng)場演示,幫助學(xué)生辨別對錯.實驗現(xiàn)象不僅可以糾正錯誤的判斷,還會加深學(xué)生對“慣性”概念的全面理解.首先,一切物體都有慣性,不僅僅固體、液體有慣性,氣體也有;其次“慣性”是物體保持原有靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì),不是力;再次,質(zhì)量是物體慣性大小的量度.由于氣泡的質(zhì)量遠(yuǎn)小于瓶中水的質(zhì)量,因此瓶中氣泡的慣性比水的慣性小,即水比氣泡保持原有靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)大.所以當(dāng)突然用力將瓶子向前推動時,可看到氣泡相對瓶子向前運動.答案為B.
通過必要的習(xí)題訓(xùn)練,學(xué)生對物理規(guī)律才能真正理解.在習(xí)題課中,適當(dāng)插入一些定性實驗,會對規(guī)律的理解達到事半功倍的效果.比如,“超重 失重”這節(jié)課,要求學(xué)生正確理解超重、失重是物體對支撐物的壓力或物體對懸掛物的拉力發(fā)生變化,物體的實際重力并沒有改變.并且當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時,一切與重力相關(guān)的現(xiàn)象隨之消失.這個規(guī)律運用牛頓第二定律,通過理論推導(dǎo)可以得出.但學(xué)生已有錯誤的生活經(jīng)驗,會對規(guī)律的理解產(chǎn)生干擾或負(fù)遷移作用.為此,我們可以在彈簧秤下掛一重物,讓彈簧秤上下運動,會發(fā)現(xiàn)彈簧秤的示數(shù)跟著發(fā)生變化,說明在超重、失重狀態(tài)下拉力大小發(fā)生改變.我們也可以借助于圖2裝置進行演示.當(dāng)手抓住側(cè)壁有孔且裝滿水的礦泉水瓶時,水會流淌出來,但松開手后水不再流出,從而證明完全失重狀態(tài)下,與重物相關(guān)的現(xiàn)象消失.在此基礎(chǔ)上還可以進一步地問學(xué)生,將圖2(a)中的礦泉水瓶向空中拋出,水會流淌出來嗎?相信學(xué)生在剛才定性實驗演示的基礎(chǔ)上,會作出正確解答.
圖2
【例2】(2009年高考浙江物理卷第22題)某同學(xué)從標(biāo)稱為“220 V,25 W”,“220 V,300 W”,“220 V,500 W”的3只燈泡中任選一只,正確使用多用電表測量燈泡阻值,如圖3所示.該燈泡的阻值是______Ω,標(biāo)稱的額定功率為______W.
圖3
評析:第一問容易解決;示數(shù)16乘以倍率10,等于160Ω.關(guān)鍵是第二問,不少同學(xué)錯誤地選擇300 W,因為他們認(rèn)為.但忽視了一個常識,銘牌所標(biāo)的數(shù)值是燈泡正常工作狀態(tài)下的數(shù)值,而此題的燈泡并沒有接在電路中,所測的阻值是燈泡冷卻狀態(tài)下的值.本題考查的不是學(xué)生的計算能力,而是金屬的電阻率會隨溫度的升高而增大這一規(guī)律.因此在學(xué)完“電阻定律”后,可用萬用電表測銘牌為“220 V,40 W”的燈泡的電阻.會發(fā)現(xiàn)所測阻值在100Ω左右,不到正常工作狀態(tài)下阻值的.這樣學(xué)生對金屬絲電阻隨溫度變化的規(guī)律會理解的更加透徹.此題應(yīng)選擇25 W,而不是300 W,這就體現(xiàn)了定性實驗對規(guī)律性習(xí)題的理解具有突破作用.
習(xí)題教學(xué)的目的,不是讓學(xué)生記住結(jié)論,而是通過訓(xùn)練,加深對概念、規(guī)律的理解,提高解決問題的能力.經(jīng)過推理得出的結(jié)論,若配以實驗驗證,不僅可使人感覺物理思維的嚴(yán)密,也會從中體驗物理學(xué)的完美.如學(xué)過碰撞后,再研究一個典型案例.兩個完全相同的彈性小球,一個運動一個靜止,相碰時會交換速度.這個規(guī)律運用動量守恒和能量守恒,結(jié)合數(shù)學(xué)知識容易推出.但若借助于圖4裝置演示一下,學(xué)生對這種結(jié)論性習(xí)題會理解的更加深刻.今后遇到兩個完全相同的彈性小球,一個運動一個靜止,發(fā)生碰撞后,會自然想到兩者交換速度.
圖4
【例3】M,N是固定在水平面上的兩個光滑的金屬導(dǎo)軌,兩個導(dǎo)體棒ab,cd平行地放在導(dǎo)軌上,如圖5(a)所示.當(dāng)條形磁鐵從abcd的上方向下運動時,看到的現(xiàn)象是
A.兩個導(dǎo)體棒ab,cd相互靠近
B.兩個導(dǎo)體棒ab,cd相互遠(yuǎn)離
C.兩個導(dǎo)體棒ab,cd一起向右運動
D.兩個導(dǎo)體棒ab,cd一起向左運動
圖5
評析:此題的常規(guī)解法是作出如圖5(b)所示的示意圖,先根據(jù)右手定則判斷出條形磁鐵向下運動時導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向,再根據(jù)左手定則判斷出兩個導(dǎo)體棒受到的安培力,從而得到兩棒ab,cd相互靠近的結(jié)論.其實此題也可根據(jù)楞次定律來解.當(dāng)條形磁鐵向下運動時,若導(dǎo)體棒不動,則穿過abcd閉合回路的磁通量由于磁場的增強而增加,要阻礙其增加,可通過減小閉合回路的面積來實現(xiàn),因此兩個導(dǎo)體棒ab,cd相互靠近.應(yīng)該說這種解法要比常規(guī)解法快捷的多.但若學(xué)生對楞次定律理解不透,尤其不能深刻理解“阻礙”的含義,我們可以借助于圖5(a)裝置演示一下,加以驗證,幫助理解.其實這種事例很多,比如受“同種電荷互相排斥,異種電荷相互吸引;同性磁極相斥,異性磁極相吸”的影響,不少同學(xué)認(rèn)為,同向電流相斥,異向電流相吸.這種錯誤的結(jié)論教師可借助于圖6裝置加以論證,而且通過與電荷、磁體間相互作用的對比,更能加深學(xué)生對電流間作用力的理解.
圖6
有些習(xí)題屬于探究性,可以通過理論分析加以解決,但對其中操作性強的探究題,借助于定性實驗會對該題的快速突破有輔助作用.
【例4】如圖7(a)所示,某電腦愛好者設(shè)計了一個“貓捉老鼠”的動畫游戲即在一個邊長為a的大正方體木箱的頂角A處,老鼠從貓的爪中逃出而奔向木箱的另一個頂角M處的鼠洞.若老鼠的奔跑速率恒為v,且只能沿著木箱的棱運動,而貓可以沿木箱的表面運動,則貓應(yīng)沿怎樣的路線勻速奔跑,方能以最小的速率恰在M處再次捉住老鼠,其最小速率為多少?
評析:設(shè)貓的奔跑速率恒為u,經(jīng)時間t恰與老鼠同時到達M 處,貓沿如圖7(a)所示的奔跑路線APM 捉老鼠,取=x,由運動學(xué)規(guī)律可得
消去t得
再通過極值求解.
圖7
也可用紙剪拼成一個立方體“紙箱”,將貓奔跑所涉及的兩個相互垂直的平面展開到同一個平面內(nèi),如圖7(b)所示,這樣就將貓在三維空間內(nèi)選擇最短路線問題轉(zhuǎn)化為在二維平面上選擇路線問題.顯然當(dāng)A,P,M三點共線時速率最小.此時
這種定性實驗的方法,明顯要比上面的演繹推理簡便快速得多.
1 閻金鐸,田世昆.中學(xué)物理教學(xué)概論.北京:高等教育出版社,1999.172
2 王勝利.這道高考試題的額定功率為何不是300 W.中學(xué)物理教學(xué)參考,2010(3)
3 蔣天林.利用紙的剪、折、拼巧解物理題.中學(xué)物理教學(xué)參考,2004(9)