習題教學與物理思維品質的訓練

1、<p>　　習題教學與物理思維品質的訓練</p><p>　　(阜新市教師進修學院遼寧 阜新123000) </p><p>　　物理思維是指人們在研究和解決物理問題以及學習物理知識的過程中逐步形成和發(fā)展的，并在這個過程中表現(xiàn)出來的、直接影響工作效率的個體智力特征，主要包括思維的深刻性、靈活性、批判性、獨創(chuàng)性和敏捷性五個方面.在習題教學中訓練和提高學生的物理思維品質是提高學生物理

2、學習成績的關鍵所在. </p><p>　　高中物理教學中，習題教學的時間占有相當大的比例.充分利用好習題教學是訓練和提高學生物理思維品質的重要途徑.下面談談在習題教學中怎樣訓練學生的物理思維品質. </p><p>　　1精練精講習題，訓練物理思維的深刻性 </p><p>　　思維的深刻性也叫抽象邏輯性，反應思維的抽象程度和邏輯水平，以及思維活動的廣度、深度和難

3、度.它表現(xiàn)在善于深入地，邏輯清晰地思考物理問題；善于把握物理事物的本質和規(guī)律，而不被表面的現(xiàn)象所迷惑；善于開展系統(tǒng)的、全面的物理思維活動；善于從整體上用聯(lián)系的觀點認識物理事物，掌握物理知識，嚴密地推理論證. </p><p>　　在習題教學中，教者要選擇有質量的習題，讓學生去精練.學生通過練習，會發(fā)現(xiàn)解決物理習題的問題，同時也會了解到來自學生好的解題方法.在這個基礎上，教者有針對性地精講習題，肯定學生好的解法，分

4、析學生解題中出現(xiàn)的問題，找到問題的原因，進而及時解答，有時可讓優(yōu)秀的學生講解，給學生確實有效的指導.堅持長期這樣做，就會使學生的思維的深刻性得到訓練. </p><p>　　例1如圖1，在某個空間內有一個水平方向的勻強電場，電場強度E=103 V/m，又有一個與電場垂直的水平方向勻強磁場，磁感強度B=10 T.現(xiàn)有一個質量m=2×10-6 kg、帶電量q=2×10-6 C的微粒，在這個電場和磁

5、場疊加的空間作勻速直線運動.假如在這個微粒經(jīng)過某條電場線時突然撤去磁場，那么，當它再次經(jīng)過同一條電場線時，微粒在電場線方向上移過了多大距離.(g取10 m/s2) </p><p>　　解析題中帶電微粒在疊加場中作勻速直線運動，意味著微粒受到的重力、電場力和磁場力平衡.進一步的分析可知：洛倫茲力f與重力、電場力的合力F等值反向，微粒運動速度v與f垂直，如圖2.當撤去磁場后，帶電微粒作勻變速曲線運動，可將此曲線運動

6、分解為水平方向和豎直方向兩個勻變速直線運動來處理，如圖3. </p><p>　　由圖2可知tanα=Eqmg=3,α=60°, </p><p>　　α為重力mg與F的夾角, </p><p>　　又f=(Eq2)+(mg)2,f=Bqv, </p><p>　　解之得v=2 m/s. </p><p>　

7、　由圖3可知，微粒回到同一條電場線的時間 </p><p>　　t=2vyg=2vsin60°g=0.23 s， </p><p>　　則微粒在電場線方向移過距離 </p><p>　　s=vxt+12?Eqmt2=vcos60°?t+12?Eqmt2 </p><p><b>　　=1.39 m. </b

8、></p><p>　　本題涉及到知識點有電場強度、磁感應強度、電場力、洛倫茲力、位移、速度、加速度等；規(guī)律有力的平衡條件、牛頓第二定律、平行四邊形定則等；方法有力的合成、運動的合成與分解等；還要運用數(shù)學知識.其中關鍵有兩點：(1)根據(jù)平衡條件結合各力特點畫出三力關系；(2)將勻變速曲線運動分解.由此可見，學生完成它，不具有思維的深刻性是做不到的.教者一定要耐心地講解，有效地指導，確實達到訓練和提高學生的思

9、維的深刻性的目的. </p><p>　　2倡導一題多解，訓練物理思維的靈活性 </p><p>　　物理思維的靈活性是指物理思維活動的靈活程度，物理思維活動能夠根據(jù)客觀情況的變化而變化，能夠從不同的角度、不同的方面去思考問題；善于應用不同的知識，用不同的方法，正確地解決問題；善于組合分析物理問題，伸縮性大；思維的結果具有多樣性、靈活性和合理性. </p><p>

10、　　在習題教學中，教者要提倡和引導學生一題多解，并且對解題的結果進行分析，還要比較多種解法的優(yōu)劣，會使學生的思維的靈活性得到訓練和提高. </p><p>　　例2如圖4所示木箱中有一傾角為θ的斜面，斜面上放一質量為m的物體.斜面與物體間動摩擦因數(shù)為μ，當木箱以加速度a水平向左運動時，斜面與物體相對靜止.求斜面對物體的支持力N和摩擦力f. </p><p>　　解法1對m作受力分析，沿水平

11、、豎直分別取x軸和y軸，如圖5所示. </p><p><b>　　依牛頓第二定律有 </b></p><p>　　∑Fx=Nsinθ-fcosθ=ｍa(1) </p><p>　　∑Fy=Ncosθ+fsinθ-mg=0(2) </p><p>　　由(1)、(2)可得N=mgcosθ+masinθ, </p&g

12、t;<p>　　f=mgsinθ-macosθ. </p><p>　　解法2對m作受力分析，平行于斜面、垂直于斜面分別取x軸和y軸.如圖6所示： </p><p>　　由牛頓第二定律可知： </p><p>　　∑Fx=mgsinθ-f=macosθ(3) </p><p>　　∑Fy=N-mgcosθ=masinθ(4) &

13、lt;/p><p>　　由(3)、(4)可得N=mgcosθ+masinθ, </p><p>　　f=mgsinθ-macosθ. </p><p>　　由兩種解法比較可知，合理巧妙選取坐標軸，可以減少矢量(特別是未知矢量)的分解，給解題帶來極大方便.本題兩未知矢量N 、f相互垂直，解法1中沿水平、豎直分別取x軸和y軸，最后要處理二元一次方程組；解法2中以N、 f所在

14、直線取x軸和y軸，最后處理一元一次方程就得到了結果. </p><p>　　高中物理習題有許多題都可以用多種解法去解.引導學生從不同角度采用不同的方法去解決它，會使學生解題思路拓寬，會將學到的知識復習和運用，從而達到提高學生的思維的靈活性的目的. </p><p>　　3注重糾錯類題，訓練物理思維的批判性 </p><p>　　思維的批判性是指思維中嚴格估計思維材料

15、和檢查思維過程，善于獨立思考，不受暗示干擾，善于發(fā)現(xiàn)問題，提出質疑，進行爭論，不斷分析解決問題所依據(jù)的條件，反復檢查已擬定的假設、計劃和方案；善于客觀地考慮正反方面的論據(jù)；善于明辨是非曲直，不人云亦云，盲從附和. </p><p>　　在習題教學中，教者選用糾錯類的習題，進行分析，通過糾正習題的錯解，首先會讓學生有意識地去發(fā)現(xiàn)解題的錯誤所在，然后去糾正錯誤.要求學生在教者或學生講解習題時，發(fā)現(xiàn)問題，大膽質疑.經(jīng)常

16、這樣做，會使學生的思維的批判性得到訓練和提高. </p><p>　　例3如圖7所示，一質量為m的物體系于長度分別為L1、L2的兩根細線上，L1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為θ，L2水平拉直，物體處于平衡狀態(tài).現(xiàn)將L2線剪斷，求剪斷瞬時物體的加速度. </p><p>　　(1)下面是某同學對該題的一種解法： </p><p>　　設L1線上拉力為T1，L2

17、線上拉力為T2，重力為mg，物體在三力作用下保持平衡 </p><p>　　T1cosθ=mg， </p><p>　　T1sinθ=T2， </p><p>　　T2=mgtanθ， </p><p>　　剪斷線的瞬間，T2突然消失，物體即在T2反方向獲得加速度. </p><p>　　因為mgtanθ=ma，所以加

18、速度a=gtanθ，方向在T2反方向.你認為這個結果正確嗎?清對該解法作出評價并說明理由. </p><p>　　解答錯.因為L2被剪斷的瞬間，L1上的張力大小發(fā)生了變化.此瞬間 </p><p>　　T2=mgcosθ， </p><p><b>　　a=gsinθ. </b></p><p>　　(2)若將圖中的細線

19、L1改為長度相同、質量不計的輕彈簧，其他條件不變，求解的步驟和結果與(1)完全相同，即a =gtanθ，你認為這個結果正確嗎?請說明理由. </p><p>　　解答對，因為L2被剪斷的瞬間，彈簧L1的長度未及發(fā)生變化，T1大小和方向都不變. </p><p>　　4選用特解類題，訓練物理思維的獨創(chuàng)性 </p><p>　　思維的獨創(chuàng)性即思維的創(chuàng)造性，它表現(xiàn)為善于獨

20、立思考，善于創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.獨創(chuàng)性品質有三個特點：一是獨特性，即有自己獨特的思維方式；二是新穎性，即善于采用新的思維方法進行思維.新穎性是思維獨特性的最重要的標志；三是發(fā)散性，即善于在廣闊的領域內思考問題. </p><p>　　在習題教學中，教者有意識地選用特殊解法的習題，分析它的解題思路，從而訓練和提高學生的思維的獨創(chuàng)性. </p><p>　　例4圖9示為一個內、外半徑分

21、別為R1和R2的圓環(huán)狀均勻帶電平面，其單位面積帶電量為σ.取環(huán)面中心O為原點，以垂直于環(huán)面的軸線為x軸.設軸上任意點P到O點的距離為x，P點電場強度的大小為E.下面給出E的四個表達式(式中k為靜電力常量)，其中只有一個是合理的.你可能不會求解此處的場強E，但是你可以通過一定的物理分析，對下列表達式的合理性做出判斷.根據(jù)你的判斷，E的合理表達式應為 </p><p>　　A.E=2πkσ(R1(x2+R21-R2(

22、x2+R22)x </p><p>　　B.E=2πkσ(1(x2+R21-1(x2+R22)x </p><p>　　C.E=2πkσ(R1(x2+R21+R2(x2+R22)x </p><p>　　D.E=2πkσ(1(x2+R21+1(x2+R22)x </p><p>　　解析對于A項和C項而言，表達式E的單位與電場強度的單位不符，

23、故A項和C項錯誤.當x→∞時E→0，而D項中E→4πκσ,故D項錯誤.所以正確選項只能為B. </p><p>　　這類習題能讓學生想各種常用規(guī)方法可去解，可是解不出來，必然逼向去找獨特的方法，如排除法、賦值法、作圖法、量綱法、等效法等，進而訓練和提高了學生的思維的獨創(chuàng)性. </p><p>　　5限時定量解題，訓練物理思維的敏捷性 </p><p>　　思維的敏捷

24、性，是指思維過程的速度或迅速程度.有了思維的敏捷性，在處理問題和解決問題的過程中，能夠適應緊急情況來積極思維，周密地考慮，正確地判斷和迅速地做出結論.在習題教學中，教者要精心選用不同類型的習題，讓學生在規(guī)定時間內來完成.這是訓練學生的思維的敏捷性的一種好做法.這樣做能夠讓學生珍惜時間，拋棄無限制的長時間完成習題的做法，提高學習效率. </p><p>　　綜上所述，在習題教學中，教者選用習題要動腦思考，精心設計，