重現(xiàn)物理情境 活化習(xí)題示圖

虞艷美

(寧波市慈湖中學(xué) 浙江 寧波 315031)

習(xí)題課在高中物理教學(xué)中有著舉足輕重的地位.通過習(xí)題課教學(xué)，可以讓學(xué)生從不同側(cè)面、不同角度完善對概念、規(guī)律的理解和內(nèi)化，有助于知識的活化，擴(kuò)大知識面，了解物理現(xiàn)象間的內(nèi)在聯(lián)系.另外，習(xí)題課的效果很大程度會影響學(xué)考或選考的結(jié)果.習(xí)題課的有效教學(xué)、教學(xué)策略已經(jīng)得到重視.習(xí)題課是不是就不需要實驗？習(xí)題課是否只是講解幾道習(xí)題，歸納總結(jié)方法就可以了呢？如何突破學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”？ 如果把實驗融入習(xí)題課是否會有意外的收獲？

朱正元教授曾提出過“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗”的教學(xué)理念，在這個理念的指引下，發(fā)現(xiàn)有一件小東西可以發(fā)揮很大的作用——釹鐵硼磁鐵.

目前絕大多數(shù)教室已經(jīng)配備了磁性黑板.釹鐵硼磁鐵是一種強(qiáng)磁體，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在生活和生產(chǎn)中.釹鐵硼磁鐵磁性強(qiáng)，小巧，形狀各異，可以跟磁性黑板完美匹配(圖1).

圖1 將釹鐵硼磁鐵應(yīng)用于課堂中

1 把水平的桌面實驗移到豎直的黑板面上

在習(xí)題課教學(xué)中，不免會有一些習(xí)題學(xué)生比較難理解，需要教師或者學(xué)生的演示，讓習(xí)題中的圖“活”起來，幫助學(xué)生重現(xiàn)物理情境，形成完整的物理過程.很多實驗是在水平桌面完成的，缺點是不便于學(xué)生的觀察.利用釹鐵硼磁鐵就可以巧妙地把桌面實驗轉(zhuǎn)移到黑板面上.例如測半圓形玻璃磚的折射率實驗.

【例1】某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖2中實線所示，使大頭針P1,P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1和P2的像，且使P2的像擋住P1的像.如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失.請用你的測量量表示出折射率n.

圖2 測半圓形玻璃磚折射率實驗示意圖

在磁性黑板上放一塊較薄的泡沫板，用來代替木板，泡沫板上放一張白紙，白紙的4個角上各放一枚釹鐵硼磁鐵，將泡沫板和白紙牢牢地固定在磁性黑板上，玻璃磚后面粘有釹鐵硼磁鐵，可將其吸附在黑板上.用激光束代替大頭針，旋轉(zhuǎn)玻璃磚觀察折射光線，如圖3(a)、(b)、(c)所示，學(xué)生能明顯看到當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失.

2 代替圖釘 起固定作用

圖釘是物理實驗中經(jīng)常用到的小部件，經(jīng)常起固定作用.當(dāng)把實驗移到黑板上時，釹鐵硼磁鐵就可以代替圖釘.

【例2】如圖4所示，在x軸上方的空間存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.許多相同的離子，以相同的速率v，由O點沿紙面向各個方向(y>0)射入磁場區(qū)域.不計離子所受重力，不計離子間的相互影響.圖中曲線表示離子運(yùn)動的區(qū)域邊界，其中邊界與y軸交點為M，邊界與x軸交點為N，且OM=ON=L.由此可判斷( )

圖4 例2題圖

A．這些離子是帶負(fù)電的

B．這些離子運(yùn)動的軌道半徑為L

D. 當(dāng)離子沿y軸正方向射入磁場時會經(jīng)過N點

這道題考查了學(xué)生對帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動、向心力、牛頓第二定律等考點的理解.部分學(xué)生對離子運(yùn)動的區(qū)域邊界理解不清晰，導(dǎo)致無法判斷離子運(yùn)動的軌跡.用一圓盤來模擬，圓盤的邊表示離子運(yùn)動的軌跡，用釹鐵硼磁鐵固定圓盤上離子的入射點，改變離子的入射方向，以釹鐵硼為中心旋轉(zhuǎn)圓盤，即可畫出離子運(yùn)動的區(qū)域邊界,如圖5所示.

圖5 模擬離子運(yùn)動的軌跡

3 方便移動固定點

有些情況下，需要移動固定點，用釹鐵硼磁鐵就可以很容易做到.

【例3】穿過掛有重物的光滑動滑輪的繩子兩端分別固定于兩堵豎直墻上的A和B兩點，如圖6所示.已知A點和B點等高，把B端緩慢向下移動到C點，再從C點移到D點，在整個過程中，兩墻之間繩子的總長保持不變，繩上的拉力大小( )

A.先變小，后變大

B. 先變大，后變小

C. 先不變，后變大

D. 先不變，后變小

圖6 例3題圖

本題的難點在于運(yùn)用幾何知識得到當(dāng)繩子B端慢慢向下移時，繩子與豎直方向的夾角不變.對于滑輪問題，解題要充分利用拉力的對稱性.為了把這一過程形象化，可以借助釹鐵硼磁鐵進(jìn)行如圖7(a)、(b)、(c)所示的操作：在磁性黑板上畫出兩堵豎直的墻，將繩子穿過掛有鉤碼的滑輪，并將繩的兩端分別固定在A,B兩點，測量兩側(cè)繩子與豎直方向的夾角，或測量兩側(cè)繩子的長度，不難判斷出兩側(cè)繩子拉力大小相同.將B點緩慢移至C點，再次測量兩側(cè)繩子與豎直方向夾角，得出繩子拉力大小沒有發(fā)生變化的結(jié)論.

圖7 模擬例3的變化過程

【例4】穿過掛有重物的光滑動滑輪的繩子兩端分別固定于天花板上的A和B兩點，如圖8所示.在把B端緩慢向右移動到C點的過程中，繩子的總長保持不變，關(guān)于兩側(cè)繩子和豎直方向夾角α和β的大小關(guān)系和繩上的拉力F大小，下列說法正確的是( )

A.α=βB.α>β

C. 不斷變小 D. 不斷增大

圖8 例4題圖

為了把這一過程形象化，可以借助釹鐵硼磁鐵進(jìn)行如圖9(a)、(b)的操作：在磁性黑板上畫出天花板，將繩子穿過掛有鉤碼的滑輪，并將繩的兩端分別固定在A和B兩點，測量兩側(cè)繩子與豎直方向夾角，或測量兩側(cè)繩子的長度，判斷出兩側(cè)繩子拉力大小關(guān)系.將B點緩慢移至C點，觀察得到兩側(cè)繩子與豎直方向夾角變大，得出繩子拉力大小增大的結(jié)論.

(a)

(b)

綜上所述，在習(xí)題課中利用釹鐵硼磁鐵輔助實驗，幫助學(xué)生感受物理情境，便于理解和分析物理過程，有利于知識的掌握和應(yīng)用，加速從“最近發(fā)展區(qū)”向“現(xiàn)有發(fā)展區(qū)”的轉(zhuǎn)化.釹鐵硼磁鐵輔助實驗不僅可以用在習(xí)題課上，更可以應(yīng)用在新課教學(xué)中，使實驗現(xiàn)象更加便于觀察.