淺談因果聯(lián)系法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

趙蘭

摘 要：在物理教學(xué)中，因果聯(lián)系法發(fā)揮著極其重要的作用，許多物理規(guī)律的獲得以及物理問題的解決都需要借助因果聯(lián)系法。因果聯(lián)系法是中學(xué)物理教學(xué)常用的一種思維方式?，F(xiàn)通過對(duì)因果聯(lián)系法的簡(jiǎn)介，并結(jié)合物理教學(xué)實(shí)踐給出一些應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：因果聯(lián)系法；中學(xué)物理教學(xué)；物理教育實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2017）35-0082-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.35.048

因果聯(lián)系是解決數(shù)理化學(xué)科問題常用的思維方法，在中學(xué)物理教學(xué)中更為常見。靈活運(yùn)用這些方法，能夠幫助學(xué)生更好地理解物理現(xiàn)象和物理公式間的因果關(guān)系，使學(xué)生掌握正確的解題規(guī)律，培養(yǎng)邏輯思維能力。下面以運(yùn)動(dòng)的合成分解和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題為例，簡(jiǎn)明闡述高中物理教學(xué)中因果聯(lián)系的運(yùn)用。

一、運(yùn)動(dòng)的合成與分解問題

運(yùn)動(dòng)的合成與分解最為典型最有代表性的就是繩子拉船問題，但很多學(xué)生對(duì)這類型問題感到非常困惑。引入因果聯(lián)系的方法，能夠使學(xué)生正確理解并牢固掌握這一問題。

例如，如圖1所示，河岸距水面上方高h(yuǎn)，一人通過定滑輪O用繩子勻速地拉動(dòng)停在水面上的一條船，假設(shè)人拉動(dòng)繩子的速度是V，那么當(dāng)繩子OA與水平面的夾角是θ時(shí)，求小船運(yùn)動(dòng)的速度是多少。

（一）常見的錯(cuò)誤解答

對(duì)于這樣的問題，多數(shù)同學(xué)常見錯(cuò)誤出在運(yùn)動(dòng)的分解上，直接把繩子運(yùn)動(dòng)速率V作垂直和水平方向分解（如圖2所示），這樣也就錯(cuò)誤地理解為，船沿水面運(yùn)動(dòng)是分運(yùn)動(dòng)，而繩子的運(yùn)動(dòng)是合運(yùn)動(dòng)，即V船=Vcosθ。如果按照這種錯(cuò)誤分析，船還有一個(gè)垂直向上的分運(yùn)動(dòng)，那么的話船是會(huì)離開水面的，很顯然船沒有離開水面，所以與事實(shí)不相符。

（二）造成錯(cuò)誤的原因分析

造成上述解答錯(cuò)誤的原因是對(duì)合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的定位不夠清楚，通常把物體實(shí)際發(fā)生的運(yùn)動(dòng)看作是合運(yùn)動(dòng)；根據(jù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的來(lái)源尋找出的相關(guān)的運(yùn)動(dòng)視作是該運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)。那么，如何去找合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)呢？我們來(lái)研究繩與船相連接的A點(diǎn)，可以把A點(diǎn)認(rèn)為是繩上的點(diǎn)，參與了繩子的運(yùn)動(dòng)，也可以把A點(diǎn)認(rèn)為是船上的點(diǎn)，參與了船的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小船受到繩子的拉力，沿著水平方向向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，繩子OA的運(yùn)動(dòng)一方面是，沿著繩子向方向的運(yùn)動(dòng)，另一方面，要參與繩子和定滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。正因?yàn)锳點(diǎn)同時(shí)參與了繩子方向的收縮運(yùn)動(dòng)和繩子繞定滑輪O的轉(zhuǎn)動(dòng)。它的合運(yùn)動(dòng)才是水平向左的（如圖3所示）。得出的結(jié)論就是人拉動(dòng)繩子的速度大小等于繩子沿拉力方向的分速度大小，那么小船的運(yùn)動(dòng)速度為V=。

（三）解題過程中需要注意的問題

1.解決速度分解問題時(shí)，物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度一定是合速度，取繩（桿）的方向和垂直繩（桿）的方向作為兩個(gè)分速度的分解方向。

2.解決小船過河問題，一定要弄清楚小船同時(shí)參相對(duì)于水的運(yùn)動(dòng)和隨水運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。分析時(shí)可以用正交分解或者平行四邊形定則，還可以用解析法和圖解法分析等。

二、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題

歷年高考試題中出現(xiàn)較多就是帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題，命題形式比較多樣，有比較簡(jiǎn)單的選擇題，也有難度較大的綜合性計(jì)算題，較為常見的命題形式是：對(duì)運(yùn)動(dòng)量的考核，即在洛倫茲力作用下帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)量（半徑、速度、時(shí)間、周期等）的考核；對(duì)概念理解的考核，即對(duì)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的相關(guān)概念的理解掌握以及與力學(xué)問題綜合方法的考核；對(duì)知識(shí)應(yīng)用的考核，即對(duì)思維能力和理論聯(lián)系實(shí)際能力的考核。

例如，如圖4所示，有一垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，存在于x軸上方，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力）以速度v從坐標(biāo)原點(diǎn)O處進(jìn)入磁場(chǎng)，速度方向與x軸正方向成120°夾角，并垂直于磁場(chǎng)，若粒子穿過y軸正半軸后，在磁場(chǎng)中到x軸的最大距離為a，則該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是（ ）

（二）解題過程中需要注意的問題

解決帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，要注意把握好“三找兩確定一計(jì)算”的解析方法，即找出圓心、半徑、周期或時(shí)間，確定圓心和半徑，計(jì)算出半徑。洛倫茲力是指向圓心的，當(dāng)速度與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)洛倫茲力垂直速度方向也垂直磁場(chǎng)方向，可以畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡中任意兩點(diǎn)，通常就是射入和射出磁場(chǎng)的兩點(diǎn)的洛倫茲力的方向，沿這兩個(gè)洛倫茲力可以作出其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)，即為圓心；同時(shí)，也可用“圓心位置必定在圓中任一根弦的中垂線上”這條規(guī)則來(lái)判定?？梢岳闷矫鎺缀侮P(guān)系來(lái)求出圓的半徑（或運(yùn)動(dòng)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角），這里需要利用到一個(gè)重要的幾何特點(diǎn)，就是粒子速度的偏向角（φ）等于圓心角（α），并等于弦AB與切線的夾角（弦切角θ）的2倍，即φ=α=2θ。

在任何課程的課堂教學(xué)中，知識(shí)的獲得都要靠學(xué)生自己去思考、歸納和總結(jié)。因果聯(lián)系法教學(xué)是高中物理教學(xué)中的一個(gè)重要方面，要在教學(xué)中經(jīng)常運(yùn)用這種方法，把這種思想觀點(diǎn)運(yùn)用到學(xué)習(xí)中，用科學(xué)的學(xué)習(xí)方法去理解、學(xué)習(xí)、掌握物理知識(shí)，弄清其中的因果邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，認(rèn)真歸納總結(jié)，達(dá)到在解題過程中靈活運(yùn)用的目的。在物理教學(xué)中通過運(yùn)用因果聯(lián)系法，不僅能揭示出新舊知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，體現(xiàn)物理知識(shí)自身的統(tǒng)一性，而且能對(duì)教材中有限的知識(shí)進(jìn)行整理，建立起系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)，便于學(xué)生理解。

參考文獻(xiàn)：

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