高中物理課堂教學(xué)的問題設(shè)計(jì)

潘為杰

孔子有語“不憤不啟，不悱不發(fā)”，“憤”與“悱”有個(gè)共同的大前提，就是得有個(gè)問題，“啟”與“發(fā)”是后續(xù)的教學(xué)行為，離開問題的引領(lǐng)，“啟”與“發(fā)”就無從談起。從這一層面看，課堂教學(xué)能否成功，問題設(shè)計(jì)是第一步。什么樣的問題設(shè)計(jì)算是成功的呢？

1.能夠充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用

教師是課堂教學(xué)的組織者。課堂教學(xué)是否成功，某種意義上反映的就是教師主導(dǎo)課堂的能力。通過問題引領(lǐng)學(xué)生的思考，將教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合，是值得我們優(yōu)選的一種方法。如高中物理選修3-4《波的衍射》一節(jié)，教師可以通過“聞其聲不見其人”的情境，給出聲波的衍射概念：聲波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上設(shè)問：聲波是波，光波也是波，為什么聲波繞了過來，而光沒有繞過來呢（我們聽到了聲音但沒看到人）？從而激發(fā)學(xué)生認(rèn)知渴望，展開“探究產(chǎn)生明顯衍射條件”的教學(xué)。整個(gè)課堂教學(xué)如行云流水，自然流暢。

2.有助于學(xué)生認(rèn)知水平的提高

通過一系列富有啟發(fā)性的問題設(shè)置，降低思維的難度，引領(lǐng)學(xué)生思考，這是攻堅(jiān)克難時(shí)常用的問題設(shè)計(jì)思路。如在“電流的定義式”的教學(xué)時(shí)，很多學(xué)生對(duì)以下這個(gè)問題甚為困惑：計(jì)算0.1秒內(nèi)10個(gè)質(zhì)子與10個(gè)電子同時(shí)以相反的方向通過一個(gè)界面所形成的電流大小。這個(gè)問題中，學(xué)生的困惑主要在于，電荷量是兩個(gè)相加還是相減的問題。對(duì)此，我們可以設(shè)置以下幾個(gè)有梯度的問題予以引領(lǐng)：（1）電流的方向是如何規(guī)定的？答：我們規(guī)定正電荷的定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯姆较?。?）此題中10個(gè)質(zhì)子與10個(gè)電子定向移動(dòng)所形成的電流是相互加強(qiáng)還是相互削弱的？答：二者形成的電流方向相同，故是相互加強(qiáng)的。（3）如果只有10個(gè)質(zhì)子定向移動(dòng)，電流如何求？考慮到還有10個(gè)電子反向通過，應(yīng)該如何求？答：如果只有10個(gè)質(zhì)子定向移動(dòng)，電流大小應(yīng)為I=■=■A=1.6×10■A；考慮到同時(shí)有10個(gè)電子方向通過（加強(qiáng)了電流），則I=■=■A=3.2×10■A

3.內(nèi)同上有一定的延續(xù)性，思維上有一定的挑戰(zhàn)性

內(nèi)容上有延續(xù)性，這樣的問題設(shè)計(jì)承前啟后、自然流暢，節(jié)省了學(xué)生的審題時(shí)間，有利于學(xué)生認(rèn)清前后知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系；思維上具有一定的挑戰(zhàn)性，這樣的問題設(shè)計(jì)才能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。下面是筆者在總復(fù)習(xí)時(shí)設(shè)計(jì)的一組這種類型的問題。

例1：如圖1，一小物塊質(zhì)量為3kg，它與水平地面的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.1，在一與水平方向成37°角、大小為50N的恒力作用下，從靜止開始運(yùn)動(dòng)，求其3s內(nèi)位移的大?。╣=10m/s■）。

解析：

（1）對(duì)小物塊進(jìn)行受力分析（如圖2）：

其中，支持力F■和摩擦力F■只是可能有，是否真的有要通過力的運(yùn)算方可知曉。

（2）對(duì)小物塊的受力進(jìn)行運(yùn)算：

將F沿水平和豎直方向進(jìn)行分解。

水平分力F■=Fcos37°=50×0.8N=40N

豎直分力F■=Fsin37°=50×0.6N=30N

∵F■=G ∴F■=0 F■=0

即小物塊僅受G和F兩個(gè)力的作用，它將在水平方向做初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

（3）用牛二定律求出加速度：

豎直方向合力為0，加速度在水平方向，物體做水平方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

F■=maa=■=■m/s■

（4）用勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式求出位移：

x=■at■=■×■×3■m=60m

點(diǎn)評(píng)：此題考查的是學(xué)生動(dòng)力學(xué)的基本功，較簡單。需要注意的是，此題需要通過計(jì)算方能知道支持力與摩擦力的有無。

例2：將例1中的外力由50N改為60N，其他條件不變，求小物塊3s內(nèi)位移的大?。╣=10m/s■）。

解析：

（1）由例1的分析可知，小物塊所受外力為50N時(shí)，恰好與地面沒有擠壓與摩擦，現(xiàn)將外力增大為60N，其與地面間更不會(huì)有擠壓與摩擦。小物塊僅受重力與外力兩個(gè)力，兩力均為恒力，小物塊的初速為0，故它將做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，方向斜向右上。

（2）將外力F分解到水平和豎直兩個(gè)方向（如圖3）。

圖3

水平分力F■=Fcos37°=60×0.8N=48N

水平分加速度a■=■=■m/s■=16m/s■

3秒內(nèi)水平分位移x■=■a■t■=■×16×3■m=72m

豎直分力F■=Fsin37°=60×0.6N=36N

豎直分加速度a■=■=■m/s■=2m/s■

3秒內(nèi)豎直分位移x■=■a■t■=■×2×3■m=9m

（3）小物塊3秒內(nèi)的位移x=■=■m=■m=9■m

點(diǎn)評(píng)：此題僅將例1的50N改為了60N，對(duì)于小物塊來說，它依然做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，但不再是沿水平方向了。分別求出其水平、豎直方向的分位移，然后進(jìn)行合成，可以簡便地算出位移。這一方法在處理曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)用得更多。

例3：如圖4，一小物塊質(zhì)量為3kg，它與水平地面的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.1，在一與水平方向成37°角、大小為60N的恒力作用下，從2m/s的水平初速開始運(yùn)動(dòng)，求其3s內(nèi)位移的大?。╣=10m/s■）。

解析：

小物塊初速方向水平，而其所受合力方向不在水平方向，故小物塊將做曲線運(yùn)動(dòng)。處理方法與例2相同，先求出水平、豎直分位移，再用平行四邊形定則合成求出合位移大小。

（1）水平分力F■=Fcos37°=60×0.8N=48N

水平分加速度a■=■=■m/s■=16m/s■

3秒內(nèi)水平分位移x■=v■t+■a■t■=2×3+■×16×3■m=78m

豎直分力F■=Fsin37°=60×0.6N=36N

豎直分加速度a■=■=■m/s■=2m/s■

3秒內(nèi)豎直分位移x■=■a■t■=■×2×3■m=9m

（2）小物塊3秒內(nèi)的位移x=■=■m=■m=3■m

點(diǎn)評(píng)：有了例2的方法，處理這個(gè)題目就顯得很容易了，可以作為例2的鞏固練習(xí)。

例4：如圖5，一帶電量為+1.5×10■C的小物塊質(zhì)量為3kg，它與水平絕緣地面的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.1，在一豎直向上、場(chǎng)強(qiáng)為5×10■N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，以2m/s的水平初速開始運(yùn)動(dòng)，求其3s內(nèi)位移的大?。╣=10m/s■）。

解析：

如圖5，對(duì)小物塊進(jìn)行受力分析。

所受靜電力qE=1.5×10■×5×10■N=75N

重力G=mg=30N

由于靜電力大于重力，故小物塊對(duì)地面無壓力、摩擦力，它的初速與合力垂直，并且合力為恒力，因此它做的是類平拋運(yùn)動(dòng)。其加速度大小a=■=■m/s■=15m/s■

3s內(nèi)初速方向的分位移x■=v■t=2×3m=6m

3s內(nèi)合力方向的分位移x■=■at■=■×15×3■m=67.5m

小物塊3s內(nèi)位移的大小x=■=■≈67.8m

點(diǎn)評(píng)：此題將電場(chǎng)拉了進(jìn)來，通過受力分析可以確定小物塊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。運(yùn)用上面兩題“先分后合”的思路，可以很快得出結(jié)果。

例5：如圖，一帶電量為+1.5×10■C的小物塊質(zhì)量為3kg，它與水平絕緣地面的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.1，在一豎直向上、場(chǎng)強(qiáng)E為2×10■N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)和一垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為■T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以2m/s的水平初速開始運(yùn)動(dòng)，求其3s內(nèi)位移大?。╣=10m/s■）。

解析：

小物塊共受三個(gè)力的作用（如圖6），其中，重力與電場(chǎng)力為恒力，且大小相等。故小物塊將在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。要求其3s內(nèi)的位移大小，得先求出其運(yùn)動(dòng)的周期T。

T=■=■s=6s

3s恰好是半個(gè)周期，故其位移大小

等于圓周的直徑。

x=2r=■=■m≈3.8m

點(diǎn)評(píng)：通過受力分析確定小物塊的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是解決本題的關(guān)鍵。知道小物塊做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)后，求解位移就很簡單了。