物理教學(xué)中應(yīng)注重學(xué)生對稱思維的培養(yǎng)
——從近幾年幾道高考題的剖析談起

王金霞 黃紹書

(六盤水市第23中學(xué) 貴州 六盤水 553001)

1 問題的背景

物質(zhì)世界總存在某些對稱性，使得物理學(xué)理論也具有相應(yīng)的對稱性，從而使對稱問題普遍存在于各種物理現(xiàn)象和物理規(guī)律中．要處理好對稱問題，就要有相應(yīng)的對稱思維．

在高中物理模型中，對稱性模型占據(jù)相當(dāng)大的比例．比較典型的如圓周運(yùn)動(dòng)模型、簡諧運(yùn)動(dòng)模型及拋體運(yùn)動(dòng)模型等．

歷屆物理高考都滲透著對稱思維能力的考查，并且這種趨勢在將來的命題中會(huì)更加明顯．因此，在物理教學(xué)中，注重學(xué)生對稱思維能力的培養(yǎng)尤為重要．

2 高考題剖析

近幾年的物理高考中，考查考生對稱思維能力的要求明顯的加強(qiáng)．命題立足點(diǎn)新穎，取材廣泛．

【例1】(2014年高考山東卷第18題)如圖1所示，場強(qiáng)大小為E，方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中有一矩形區(qū)域abcd，水平邊ab長為s，豎直邊ad長為h．質(zhì)量均為m，帶電荷量分別為+q和-q的兩粒子，由a，c兩點(diǎn)先后沿ab和cd方向以速率v0進(jìn)入矩形區(qū)域(兩粒子不同時(shí)出現(xiàn)在電場中)．若不計(jì)重力，兩粒子的軌跡恰好相切，則v0等于

圖1 例1題圖

所以

即，正確選項(xiàng)是B．

B.末速度沿水平方向

D.克服電場力做功為mgd

圖2 例2題圖

【題3】(2013年高考全國卷第15題)如圖3所示，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直圓盤且過圓心c的軸線上有a，b，d3個(gè)點(diǎn)，a和b，b和c，c和d之間的距離均為R，在a點(diǎn)處有一電荷量為q(q>0)的固定點(diǎn)電荷．已知b點(diǎn)處的場強(qiáng)為零，則d點(diǎn)處的場強(qiáng)大小為(k為靜電力常量)

圖3 例3題圖

剖析：關(guān)鍵點(diǎn)是首先明確圓盤就是一個(gè)對稱體，均勻帶電的的對稱體在關(guān)于其對稱的位置產(chǎn)生的場強(qiáng)是等大反向的．因此

EQb=-EQd

根據(jù)b點(diǎn)處的場強(qiáng)為零可得

因此，EQb方向向左，EQd方向向右．所以d點(diǎn)處的場強(qiáng)大小為

Ed=Eqd+EQd=

因而，選項(xiàng)B正確．

【例4】(2015年高考山東卷第18題)直角坐標(biāo)系xOy中，M，N兩點(diǎn)位于x軸上，G，H兩點(diǎn)的坐標(biāo)如圖4所示，M，N兩點(diǎn)各固定一負(fù)點(diǎn)電荷．一電荷量為Q的正電電荷置于O點(diǎn)時(shí)，G點(diǎn)處的電場強(qiáng)度恰好為零，靜電力常量用k表示，若將該正點(diǎn)電荷移到移到G點(diǎn)，則H點(diǎn)處場強(qiáng)的大小和方向分別為

圖4 例4題圖

剖析：關(guān)鍵點(diǎn)是明確M，N兩點(diǎn)的負(fù)點(diǎn)電荷在G，H兩點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)具有對稱性，且EH-沿y軸負(fù)向，EG-沿y軸正向．根據(jù)+Q放在O時(shí)，EG=0可得

所以，+Q放在G時(shí)，H點(diǎn)場強(qiáng)大小為

方向沿y負(fù)向．所以，選項(xiàng)B正確．

3 結(jié)語

利用對稱思維分析對稱性物理問題，關(guān)鍵是能否敏銳地看出和抓住對稱問題的某一方面的對稱特點(diǎn)．很多對稱模型極具隱蔽性，需要結(jié)合一定的基礎(chǔ)知識(shí)甚至是跨學(xué)科知識(shí)才能有效地建立起來．

學(xué)生解決物理問題的能力是其思維模式的體現(xiàn)，從某種程度上講也是教師教學(xué)模式和方法的體現(xiàn)．

1 2014年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試(山東卷)理科綜合能力測試卷

2 2015年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試(山東卷)理科綜合能力測試卷

3 2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試(全國Ⅰ卷)理科綜合能力測試卷