解答高中物理多情景過程問題的策略

李正春

摘要：從解答多情景物理問題的流程來看，把培養(yǎng)學(xué)生用物理思想方法處理問題的能力放在解答過程的核心地位，再復(fù)雜、再多情景的物理過程，只要抓住關(guān)鍵字，明確各階段物理過程，再正確鏈接對(duì)應(yīng)的概念、定律，思維障礙、知識(shí)難點(diǎn)就會(huì)迎刃而解.

關(guān)鍵詞：思想方法；多情景；策略

學(xué)生高中階段的物理學(xué)習(xí)更多的涉及定量描述和計(jì)算，然而，受初中物理學(xué)習(xí)階段定性描述的影響，缺乏研究物理問題的思想方法意識(shí)，面對(duì)高中物理問題時(shí)，往往不知道如何解答，遇到多情景問題時(shí)，更是無從下手，部分學(xué)生出現(xiàn)邏輯混亂、思路不清、理解錯(cuò)誤，或無法完成解答等現(xiàn)象，直接后果就是學(xué)生的物理成績不理想或始終低于其他學(xué)科，學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣大打折扣，嚴(yán)重的將影響學(xué)生大學(xué)專業(yè)的選擇和長遠(yuǎn)發(fā)展.其中物體運(yùn)動(dòng)的多情景過程問題是高考的熱點(diǎn)、重點(diǎn)，更是學(xué)生集中的難點(diǎn)，是影響學(xué)生高考物理成績提升的關(guān)鍵.

一、解決多情景物理問題的策略，即運(yùn)用研究物理的思想方法

確定物體運(yùn)動(dòng)過程的狀態(tài)和狀態(tài)變化，以及狀態(tài)變化的物理過程產(chǎn)生的原因，這里應(yīng)當(dāng)包括運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)、力學(xué)的觀點(diǎn)、動(dòng)量及其守恒、能量守恒、電與磁的相互作用等觀點(diǎn)的相互聯(lián)系，這即是研究物理問題的思想方法.在遇到物體運(yùn)動(dòng)多情景問題時(shí)，就能抓住物理多情景過程的關(guān)鍵，從而突破難點(diǎn)，變復(fù)雜問題為清晰的邏輯流程，進(jìn)而正確、快速的解答物理問題.

二、物理思想方法貫穿多情景問題的分析和解答策略

研究物理問題的思想方法是高中物理核心素養(yǎng)的重要目標(biāo)，因此，讓學(xué)生把握物理過程及對(duì)應(yīng)規(guī)律的鏈接，是解決物理問題的關(guān)鍵，必須培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成物體運(yùn)動(dòng)的物理過程分析的習(xí)慣.以下面的例題解析過程為例，談解答高中物理多情景過程問題的策略實(shí)施.

例題將一總質(zhì)量為m、總電阻為R、每邊邊長為L的均勻?qū)Ь€制成的正方形閉合線框ABCD置于磁場(chǎng)方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小按B=B0+ky變化（k為大于零的常數(shù)）的水平有界磁場(chǎng)上方h處，如圖1所示.從圖示位置靜止釋放線框，運(yùn)動(dòng)過程中線框平面保持在豎直平面內(nèi)，且CD邊始終與x軸平行.當(dāng)線框在有界磁場(chǎng)中下降h0（h0

（1）當(dāng)CD邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線時(shí)，CD兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大?。?/p>

（2）當(dāng)線框在有界磁場(chǎng)中下降h0高度時(shí)速度大小v1；

（3）線框從開始釋放到線框AB邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的電能ΔE.

首先教師呈現(xiàn)研究物理問題的思想方法，解答物理多情景過程的思維流程表（涂黑的條目標(biāo)題，開始學(xué)物理時(shí)要求學(xué)生將流程寫在筆記本上，逐漸讓學(xué)生去掉流程表銘記在心里），并按照流程表要求具體逐一分析，如下表所示：

線框在有界磁場(chǎng)中下降h0時(shí)CD邊和線框受重力和安培力變速運(yùn)動(dòng)法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律

線圈AB邊剛進(jìn)場(chǎng)時(shí)線框受重力和安培力勻速運(yùn)動(dòng)歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量守恒定律

解析

（1）設(shè)CD邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線時(shí)的速度大小為v；

【確定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)】如上表所示，剛進(jìn)入磁場(chǎng)之前線框做自由落體運(yùn)動(dòng)

【確定研究對(duì)象】整個(gè)線框

【提出問題】線框在該狀態(tài)下v的大小如何求解？

【受力分析與運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分析】受重力作用，線框做自由落體運(yùn)動(dòng)

【鏈接物理規(guī)律】得v=2gh……①

【體驗(yàn)探究】要計(jì)算CD兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，應(yīng)當(dāng)先確定和找出什么物理量？

【學(xué)生討論、交流】必須先求出CD邊切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).

【再鏈接物理規(guī)律】法拉第電磁感應(yīng)定律，得E=B0Lv……②

【教師引導(dǎo)學(xué)生分析】根據(jù)閉合電路歐姆定律，找到UCD和E之間的關(guān)系.

CD兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 UCD=34E……③

解得UCD=34B0L2gh……④

（2）當(dāng)線框在有界磁場(chǎng)中下降h0高度時(shí)速度大小v1；

【運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分析】

線框在有界磁場(chǎng)中下降h0高度的過程中做變速運(yùn)動(dòng)

【確定研究對(duì)象】線框和CD邊

【再搜索鏈接物理規(guī)律】根據(jù)電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律可得，口頭表達(dá)并寫出電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I=（B0+kh0）Lv1R ……⑤

突破第一個(gè)思維障礙的難點(diǎn)：找到了電流與運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系

【分析受力，狀態(tài)變化】 線框加速度為零時(shí)達(dá)到最大速度（提醒學(xué)生注意，題中關(guān)鍵詞“最大速度”），此時(shí)閉合線框處于平衡狀態(tài).

【再搜索鏈接物理規(guī)律】重力與安培力平衡，即mg=（B0+kh0）LI……⑥

解得v1=mgR（B0 + kh0 ）2L2……⑦

突破思維障礙的幾個(gè)難點(diǎn)：解決了電流、安培力、重力、速度之間的定量關(guān)系.

（3）線框從開始釋放到線框AB邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的電能ΔE.

【運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析】很多學(xué)生難以確定下降過程中幾個(gè)不同運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的階段，引導(dǎo)學(xué)生分析：

第一階段：CD邊進(jìn)入磁場(chǎng)前做自由落體運(yùn)動(dòng)；

第二階段：線框從CD邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到下降h0高度時(shí)，線框做變速運(yùn)動(dòng)；

第三階段：線框達(dá)到最大速度，在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng).

線框的AB邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，電路中的感應(yīng)電流為

I'=[（B0+kL）-B0]Lv2R……⑧

【確定研究對(duì)象】整個(gè)線框

【受力分析】線框受重力、安培力

根據(jù)線框開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)可得，mg=[（B0+kL）-B0]LI'……⑨

【鏈接物理規(guī)律】整個(gè)下降過程中的機(jī)械能減少量等于線框的電能增加量，學(xué)生容易糾結(jié)分階段去求解，導(dǎo)致過多的繁瑣過程和計(jì)算環(huán)節(jié)，這也是部分學(xué)生不能把握能量守恒觀點(diǎn)，即電能的獲取，是以機(jī)械能的損失為代價(jià).

根據(jù)能量守恒定律，可得ΔE=mg（h+L）-12mv22……⑩

解得△E=mg（h+L）-m3g2R22k4L8

從以上解答多情景物理問題的流程來看，把培養(yǎng)學(xué)生用物理思想方法處理問題的能力放在解答過程的核心地位，再復(fù)雜、再多情景的物理過程，只要抓住關(guān)鍵字，明確各階段物理過程，再正確鏈接對(duì)應(yīng)的概念、定律，思維障礙、知識(shí)難點(diǎn)就會(huì)迎刃而解.