姚小琴 蔡才福

(南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校,江蘇 南京 210008)

2017年修訂的《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“通過高中階段的學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)具有批判性思維的意識(shí),能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑,從不同角度思考問題,追求科技創(chuàng)新．”課程標(biāo)準(zhǔn)將培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的意識(shí)和能力,作為發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分．

為了培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力,在“電場(chǎng)”這一章教學(xué)過程中,筆者將一些典型案例呈現(xiàn)在學(xué)生面前,讓學(xué)生用審視的眼光去分析,用質(zhì)疑態(tài)度去研究,通過充分的討論,甚至是激烈的辯論,從而找出這些案例中的認(rèn)識(shí)誤區(qū),學(xué)生對(duì)這樣的討論課興趣十分濃厚,參與度高,教學(xué)效果好．現(xiàn)選擇幾例,與各位同仁分享．

1 電荷總是從多的地方向少的地方移動(dòng)

圖1

案例1.如圖1所示,將一個(gè)不帶電的枕型導(dǎo)體靠近帶正電的小球,由于靜電感應(yīng),在a,b端分別感應(yīng)出現(xiàn)負(fù)、正電荷,則以下說法正確的是:

(A) 閉合S1,有電子從枕型導(dǎo)體流向大地.

(B) 閉合S1,有電子從大地流向枕型導(dǎo)體.

(C) 閉合S2,有電子從枕型導(dǎo)體流向大地.

(D) 閉合S2,有電子從大地流向枕型導(dǎo)體.

審視原解:閉合S1,枕型導(dǎo)體b端的正電荷要流向大地,但由于金屬正離子不能移動(dòng),故有電子從大地流向枕型導(dǎo)體,選項(xiàng)(A)錯(cuò)誤,選項(xiàng)(B)正確;閉合S2,枕型導(dǎo)體a端的負(fù)電荷要流向大地,故有電子從枕型導(dǎo)體a端流向大地,選項(xiàng)(C)正確,選項(xiàng)(D)錯(cuò)誤．本題的正確選項(xiàng)為(B)、(C)．

質(zhì)疑分析:許多學(xué)生初中做了很多的簡(jiǎn)單的習(xí)題,形成思維定勢(shì),錯(cuò)誤地認(rèn)為電荷總是從多的地方向少的地方移動(dòng),由于沒有正確理解電荷定向移動(dòng)的規(guī)律,便錯(cuò)誤地選擇選項(xiàng)(B)、(C)．

總結(jié)提升:由于電流總是從高電勢(shì)處流向低電勢(shì)處,而不是電荷從多的地方流向少的地方!因此,要從電勢(shì)高低的角度分析．在S1、S2都閉合前,取大地的電勢(shì)為零,枕型導(dǎo)體處于正電荷的電場(chǎng)中,其電勢(shì)大于零,不管是a端還是b端,其電勢(shì)均高于大地的電勢(shì),由于電流總是從高電勢(shì)處流向低電勢(shì)處,因此無(wú)論閉合S1還是S2,都有電子從大地流向?qū)w,本題應(yīng)選擇選項(xiàng)(B)、(D)．

2 “導(dǎo)體外表面”絕對(duì)化

圖2

案例2.如圖2所示,當(dāng)帶正電的絕緣空腔導(dǎo)體A的內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器的小球B連接時(shí),問驗(yàn)電器是否帶電?

審視原解:因?yàn)殪o電平衡時(shí),凈電荷只分布在空腔導(dǎo)體的外表面,內(nèi)部無(wú)靜電荷,所以導(dǎo)體A的內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器小球連接時(shí),驗(yàn)電器不帶電．

質(zhì)疑分析:原解對(duì)“導(dǎo)體外表面”理解絕對(duì)化了,其實(shí)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)變化會(huì)引起“外表面”的變化,當(dāng)空腔導(dǎo)體A的內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器的小球B連接后,導(dǎo)體A與驗(yàn)電器(含小球B、集電桿、金箔等)通過導(dǎo)線的連接,組成了一個(gè)“大”導(dǎo)體,驗(yàn)電器的金箔成了這個(gè)新的“大”導(dǎo)體的外表面的一部分,原來的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,電荷將重新分布．

總結(jié)提升:當(dāng)導(dǎo)體A的內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器的小球B連接時(shí),導(dǎo)體A和驗(yàn)電器組成為一個(gè)整體,整個(gè)導(dǎo)體為等勢(shì)體,驗(yàn)電器是這個(gè)導(dǎo)體的外表面的一部分,所以驗(yàn)電器帶正電．另一角度分析,原來絕緣空腔導(dǎo)體A帶正電,而驗(yàn)電器不帶電,導(dǎo)體A的電勢(shì)高于驗(yàn)電器的電勢(shì),當(dāng)帶正電的絕緣空腔導(dǎo)體A的內(nèi)部通過導(dǎo)線與驗(yàn)電器的小球B連接時(shí),一定有電流從高電勢(shì)處流向低電勢(shì),直到兩者電勢(shì)相等,故驗(yàn)電器一定帶正電．

3 動(dòng)態(tài)過程靜態(tài)化

圖3

案例3.如圖3所示,3個(gè)絕緣的不帶電的相同金屬球A、B、C靠在一起,現(xiàn)將一個(gè)帶正電的物體從左邊靠近A球,并固定好,再依次拿走C球、B球、A球,問:這三個(gè)金屬球各帶什么電?并比較它們帶電量的多少．

審視原解:將帶正電的物體從左邊靠近A球,A球帶負(fù)電,C球帶正電,B球不帶電．將C、B、A三球依次拿走,C球帶正電,B球不帶電,A球帶負(fù)電,且QA=QC．

質(zhì)疑分析:原解認(rèn)為將C球拿走后,A、B球上所帶電量不改變．其實(shí),將C球拿走是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程,當(dāng)C球拿走后,A、B球原來的靜電平衡已被破壞,電荷將要重新分布,直到重新達(dá)到靜電平衡．

總結(jié)提升:將帶正電的物體從左邊靠近A球,A、B、C三球達(dá)到靜電平衡后,C球帶正電,A球帶負(fù)電,B球不帶電．將帶正電的C球移走的過程中,A、B兩球的靜電平衡被打破,B球右端電子受帶正電的C球的吸引力在逐漸減小,在左端帶正電的物體的電場(chǎng)的作用下向A運(yùn)動(dòng),直到重新平衡,此時(shí)B球帶正電,A球所帶負(fù)電將比C球移走前多．故依次將C、B、A移走,C球帶正電,B球帶少量正電,A球帶負(fù)電,且A球帶電荷量比C球帶電量多,滿足|QA|=|QB|+|QC|．

4 忽視定律的適用條件

案例4.置于真空中的兩塊帶電的金屬板,相距1 cm,面積均為10 cm2,帶電荷量分別為Q1=2×10-8C,Q2=-2×10-8C,若在兩板之間的中點(diǎn)放一個(gè)電荷量q=5×10-9C的點(diǎn)電荷,求金屬板對(duì)點(diǎn)電荷的作用力是多大?

審視原解:點(diǎn)電荷分別受到兩板所帶電荷的作用力,此二力大小相等,方向相同,由庫(kù)侖定律

F=F1+F2=2F1=7.2×10-2N,

且方向指向帶負(fù)電的金屬板．

質(zhì)疑分析:庫(kù)侖定律只適用于點(diǎn)電荷間相互作用,本題中兩個(gè)帶電金屬板面積較大,相距較近,不能再看作是點(diǎn)電荷,用庫(kù)侖定律求解就錯(cuò)了!

圖4

總結(jié)提升:兩個(gè)平行帶電金屬板相距很近,構(gòu)成一個(gè)電容器,兩金屬板間的電場(chǎng)可近似認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng),如圖4所示,電場(chǎng)中的點(diǎn)電荷受到電場(chǎng)力的作用．

點(diǎn)電荷q受到的電場(chǎng)力F=qE=1.15×10-2N．

5 臨界條件分析不完整

圖5

案例5.如圖5所示,帶正電小球質(zhì)量為m=1×10-2kg,帶電荷量為q=1×10-6C,置于光滑絕緣水平面上的A點(diǎn),當(dāng)空間存在著斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),該小球從靜止開始始終沿水平面做勻加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),測(cè)得其速度vB=1.5 m/s,此時(shí)小球的位移為s=0.15 m,重力加速度g取10 m/s2,求此勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E的取值范圍．

審視原解:設(shè)電場(chǎng)方向與水平面之間夾角為θ,

質(zhì)疑分析:原解思維不嚴(yán)謹(jǐn),沒有對(duì)小球進(jìn)行認(rèn)真的受力分析,如果電場(chǎng)強(qiáng)度過大,電場(chǎng)力在豎直方向的分力大于重力時(shí),小球?qū)⒉谎厮矫孀鰟蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng),故勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E應(yīng)有兩個(gè)臨界值．

總結(jié)提升:為使小球始終沿水平面運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力在豎直方向的分力必須小于等于重力,即qEsinθ≤mg

1.25×105V/m.

即 7.5×104V/m

6 受干擾因素誤導(dǎo)

圖6

質(zhì)疑分析:不少學(xué)生在做這道題時(shí),一看到“固定光滑絕緣斜面”就想物體沿光滑斜面下滑,其實(shí)本題中“固定光滑絕緣斜面”是一個(gè)干擾因素,仔細(xì)受力分析可以發(fā)現(xiàn),物體根本不會(huì)沿斜面下滑,而是沿著重力和電場(chǎng)力合力的方向脫離斜面做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．

圖7

總結(jié)提升:物塊的受力情況如圖7所示,

設(shè)合外力F與水平方向成θ角,則

綜上所述,學(xué)生在解題過程中出現(xiàn)的錯(cuò)解,常常反映了學(xué)生思維的誤區(qū),究其原因,有的是因?yàn)椤扒拔锢碛^念”的思維定勢(shì),有的是思維不嚴(yán)謹(jǐn)、不全面、不靈活,有的是思維不夠深刻,這些誤區(qū)具有一定的共性,且具有一定的隱蔽性,以這樣的案例為素材,引發(fā)學(xué)生深入思考與討論,從而找出錯(cuò)誤形成的原因,這種方法對(duì)培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的意識(shí)和能力,提高學(xué)生的思維品質(zhì)有顯著效果．