注重悖論問題，探尋問題真相

中學(xué)物理教學(xué)中，學(xué)生在運(yùn)用物理知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)解答問題時(shí)，會(huì)出現(xiàn)解答結(jié)果與原有知識(shí)或常識(shí)相悖的情形。出現(xiàn)這些悖論時(shí)，教師沒有簡(jiǎn)單粗暴的否定或敷衍了事，而是重視并正確引導(dǎo)學(xué)生對(duì)出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，給出創(chuàng)新的含義，尋得導(dǎo)致悖論的根源。這不但能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)和解題過程的理解，還原問題真相，同時(shí)還能拓展學(xué)生的物理思維，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。本文結(jié)合具體教學(xué)實(shí)例來(lái)談?wù)劷虒W(xué)中所碰到的幾種悖論。

一、重視數(shù)學(xué)檢驗(yàn)，突破思維定式

物理概念和規(guī)律的運(yùn)用是一個(gè)靈活的分析問題的過程，而學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時(shí)常常以習(xí)慣來(lái)認(rèn)識(shí)問題，先入為主。對(duì)有些物理現(xiàn)象只記結(jié)論不善于分析；教師在講解習(xí)題也習(xí)慣用一些常見的典型的練習(xí)來(lái)分析，這樣就導(dǎo)致一些學(xué)生對(duì)問題產(chǎn)生了定格理解，即形成了物理學(xué)習(xí)中的思維定勢(shì)。

例1.如圖1所示，質(zhì)量為m的小球C和A、B兩根細(xì)繩相連，兩繩固定在細(xì)桿的A、B兩點(diǎn)，細(xì)桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。其中A繩長(zhǎng)L，當(dāng)兩繩都拉直時(shí)，A、B兩繩和細(xì)桿的夾角θ1=30°，θ2=45°，重力加速度為g，求：當(dāng)細(xì)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω滿足什么條件時(shí)，球與桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)只有A繩張緊？

圖1

悖論：

因?yàn)锽繩是松的，影響忽略不計(jì)，判定球與桿一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，

對(duì)球進(jìn)行受力分析如圖2所示，將A繩拉力正交分解后可得：

FTsinθ=mω2Lsinθ，F(xiàn)Tcosθ=mg

聯(lián)立求解后可得：

明顯與數(shù)學(xué)知識(shí)相矛盾，出現(xiàn)悖論。

悖論分析：

圓錐擺運(yùn)動(dòng)在中學(xué)物理中是非常常見的運(yùn)動(dòng)模型，學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)后熟練掌握了分析此類問題的動(dòng)力學(xué)方法，形成了運(yùn)動(dòng)模型判定的思維定式，沒做深入分析。

二、巧用實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)質(zhì)疑精神

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，是理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)。在高中階段我們更注重理論教學(xué)。由于物理知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)的局限，我們的很多教學(xué)都做了簡(jiǎn)化處理，有時(shí)分析得到的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有出入的。

例2.一根鐵鏈長(zhǎng)為L(zhǎng)，放在光滑的水平桌面上，一端下垂，長(zhǎng)度為a，將鏈條由靜止釋放，求鏈條剛好離開桌子邊緣時(shí)的速度是多少？

悖論：

對(duì)于此類題我們都是判定離開桌子邊緣時(shí)鐵鏈?zhǔn)琴N著桌邊緣呈豎直態(tài)落地的。確定了鐵鏈的初末狀態(tài)，再根據(jù)機(jī)械能守恒定律進(jìn)行求解。所有的教輔書上也是這樣教的。但有學(xué)生對(duì)此提出疑問。他不小心輕輕碰到了放在桌上的回形針串成的鏈條，發(fā)現(xiàn)鏈條并不是豎直下落，而是在即將離開桌面時(shí)，鏈條的上端被快速的水平甩出，最終落地時(shí)與桌邊緣有一定距離，并且平鋪在地面上，并沒有堆成一堆。他在更光滑的玻璃表面重復(fù)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)都是相同的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與我們?cè)瓉?lái)的判定相悖，到底哪里出了問題呢？

悖論分析：

我們選仍在桌面上的鐵鏈為研究對(duì)象，他始終受到鏈條內(nèi)部向右的拉力F，因此一直處于加速狀態(tài)。越遲離開桌面的鐵鏈水平速度越大，所以鐵鏈這樣下落是絕不可能發(fā)生的。也就是是說我們平時(shí)的解答都是錯(cuò)誤的。這種類型的題目要由高中知識(shí)解決出正確答案還有數(shù)學(xué)上的困難。但由實(shí)驗(yàn)卻很明顯的就可判定：鐵鏈在還未完全離開桌子邊沿時(shí)的某個(gè)位置已被水平拋出。

三、重視理想化模型條件，發(fā)展物理思維的深刻性

為了解決實(shí)際問題，往往從實(shí)際物理情境中抽象出物理模型。中學(xué)物理中有很多理想化模型。忽略次要因素，抓住主要因素的理想化處理成了我們的法寶。

但是事情往往有兩面性，太多的理想化有時(shí)會(huì)把我們帶入困境。

總之，來(lái)自教學(xué)中的“悖論”是每個(gè)教師都會(huì)碰到的現(xiàn)實(shí)問題，教師的恰當(dāng)引導(dǎo)會(huì)十分有助于培養(yǎng)學(xué)生思維的發(fā)散性、批判性和深刻性，為他們以后成為創(chuàng)新拔尖人才打好基礎(chǔ)，因此教師一定要多加利用，并且要合理引導(dǎo)。