從實(shí)例中提煉科學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力

杜麗興

【摘要】物理教學(xué)的核心素養(yǎng)思想，讓學(xué)生從解題變?yōu)榻鉀Q實(shí)際問題。因此在學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)學(xué)生提煉科學(xué)問題，這些問題是激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)物理的心理動力，也讓學(xué)生更容易掌握物理概念和規(guī)律，從而解決物理問題。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)設(shè)問 ? 核心素養(yǎng) ? 解決問題

【中圖分類號】G633.7【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1992-7711（2020）28-075-02

愛恩斯坦曾經(jīng)說過：“一個人掌握了學(xué)科的基本原理，并學(xué)會如何獨(dú)立思考的時(shí)候，他將找到屬于他自己的道路”。在學(xué)生學(xué)習(xí)物理過程中科學(xué)設(shè)問，讓學(xué)生深入思考并嘗試獨(dú)立或合作解決問題，從而提升學(xué)生的物理思維。多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可以看到多數(shù)學(xué)生在高三物理備考中，都是不停地刷題，而實(shí)際上同類型題目稍變一下，我們的同學(xué)卻又不會做了，于是不停地刷題，卻還是感覺做不完的題，不停地有新題出現(xiàn)，學(xué)生的備考壓力很大。高中物理學(xué)習(xí)中對學(xué)生的思維能力要求極高的，而人的思維活動是從問題開始的，因此在學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)學(xué)生提煉科學(xué)問題，這些問題是激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)物理的心理動力，也讓學(xué)生更容易掌握物理概念和規(guī)律，從而解決物理問題。

一、提煉科學(xué)問題，理解物理概念的內(nèi)涵和外延

在高考復(fù)習(xí)到《電磁感應(yīng)》這一章時(shí)，對于楞次定律的考查題型中，關(guān)于磁通量變化的判斷是學(xué)生解答這種題的難點(diǎn)。巧設(shè)問題讓學(xué)生掌握分析方法。

例題1.如圖所示，膠木圓盤P水平放置，負(fù)電荷均勻分布在其側(cè)面，一個金屬圓環(huán)Q用絕緣絲線懸掛在P的正上方，讓膠木圓盤P的盤面與金屬環(huán)Q的環(huán)面平行，且膠木盤P的軸線OO′與金屬環(huán)Q的軸線重合?，F(xiàn)在使膠木圓盤P由靜止開始繞軸線OO′按箭頭所示方向減速轉(zhuǎn)動，則（ ）

A.絲線對環(huán)Q的拉力不變，環(huán)Q的面積有擴(kuò)大的趨勢，

B.絲線對環(huán)Q的拉力增大，環(huán)Q的面積有縮小的趨勢，

C.絲線對環(huán)Q的拉力減少，環(huán)Q的面積有縮小的趨勢，

D.絲線對環(huán)Q的拉力減少，環(huán)Q的面積有擴(kuò)大的趨勢。

變式1：如圖所示，絕緣圓環(huán)A帶均勻正電荷，金屬圓環(huán)B與圓環(huán)A同心共面放置，當(dāng)圓環(huán)A在其所在平面內(nèi)繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓環(huán)B有收縮的趨勢且產(chǎn)生了逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，由此可知，圓環(huán)A（ ）

A.沿順時(shí)針方向減速旋轉(zhuǎn)

B.沿順時(shí)針方向加速旋轉(zhuǎn)

C.沿逆時(shí)針方向減速旋轉(zhuǎn)

D.沿逆時(shí)針方向加速旋轉(zhuǎn)

楞次定律的應(yīng)用分析關(guān)鍵在于學(xué)生能夠理解磁通量這個概念。磁通量概念：通過某個面的磁通量大小可以用磁感線條數(shù)來表達(dá)。所以設(shè)計(jì)一些問題讓學(xué)生學(xué)會正確找出通過某個面的磁感線條數(shù)，那么學(xué)生就可以準(zhǔn)確判斷磁通量的變化。

問題1.你知道空間的磁場是磁體還是電流產(chǎn)生？你能夠正確畫出它在空間產(chǎn)生的磁感線的分布和磁場方向嗎？

問題2.根據(jù)畫出的磁感線，你確定磁感線只有一個方向通過某個面，還是都有正反方向通過？若磁感線正反兩個方向都有通過這個面， 那么通過這個面的磁感線條數(shù)應(yīng)該是兩方向的磁感線條數(shù)的和還是差？

例題1和變式2中的磁場都是由電流產(chǎn)生，用安培定則判斷它在空間產(chǎn)生的磁感線分布和方向。例題1中P產(chǎn)生的磁場磁感線是向下通過線圈Q的面，P加速轉(zhuǎn)動，通過Q的磁感線條數(shù)就會增加，即是Q內(nèi)的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，金屬環(huán)Q的面積有縮小的趨勢，且Q有向上升的趨勢，絲線受到的拉力減小。故選C.

在變式1中用安培定則判定帶正電的A環(huán)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的磁場磁感線方向在環(huán)里、環(huán)外的方向是相反的。由于B環(huán)面積比A環(huán)的大，所以通過B環(huán)的磁感線方向是里、外都有。B環(huán)的磁感線條數(shù)應(yīng)該是里外方向磁感線條數(shù)的差。因?yàn)橄蚶锎鸥芯€條數(shù)是不變的，而向外的磁感線條數(shù)會因?yàn)锽環(huán)收縮而減少。所以B環(huán)收縮，穿過B環(huán)總的磁感線條數(shù)會反而增加即磁通量增大。由此可以確定通過B環(huán)的原磁通量是在減少的，因此A環(huán)應(yīng)該做減速運(yùn)動，排除BD兩個選項(xiàng)。要使B環(huán)產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流，用安培定則可以判斷B環(huán)內(nèi)的磁場方向應(yīng)該是向外，由楞次定律可以確定A環(huán)內(nèi)的磁感線方向也應(yīng)該是向外，即A環(huán)也應(yīng)該是逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。故選C.

通過以上兩題的訓(xùn)練可以發(fā)現(xiàn)，只要讓學(xué)生在分析這類題能夠都按照以上的兩個設(shè)問去思考分析，那么磁通量的變化他們就能夠正確判斷出來，楞次定律應(yīng)用的難點(diǎn)就解決了。

二、科學(xué)設(shè)問，建立正確的物理模型

建立物理模型是解決物理問題必須手段，通過科學(xué)的設(shè)問，讓學(xué)生養(yǎng)成審題時(shí)能夠建立物體正確的運(yùn)動模型是解題的關(guān)鍵。學(xué)生分析帶電粒子在電場或磁場的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，容易把模型張冠李戴，導(dǎo)致丟分。所以通過科學(xué)的設(shè)問，讓學(xué)生對這類題審題的時(shí)候可以帶著這些問題思考，學(xué)生就不容易掉進(jìn)出題者的陷阱。

例題2.如圖所示，兩正對的板長為2L、板間距為L的水平金屬板M、N，放置在方向垂直紙面向外且磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B的勻強(qiáng)磁場中。一電阻為r的金屬棒垂直放置在極板上，金屬棒在水平恒力F作用下極板上沿極板向左側(cè)運(yùn)動。金屬極板、金屬棒與阻值為R的電阻構(gòu)成閉合電路。重力加速度設(shè)為g.不計(jì)金屬極板電阻及接觸電阻。

（1）閉合開關(guān)S后金屬棒能獲得的最大速度vm（設(shè)此過程金屬棒不會脫離金屬極板）;

（2）當(dāng)金屬棒獲得最大速度時(shí)斷開開關(guān)S，再撤去金屬棒。之后使一帶電油滴如圖從兩板右端的正中間射入兩極板間，設(shè)油滴的質(zhì)量為m、電荷量為q.為使油滴能以恒定的速率在兩板間運(yùn)動，并恰好從N極板左邊緣離開，求油滴質(zhì)量m以及初速度的大小v0.

這道題的第（2）問中，很多同學(xué)沒有仔細(xì)分析就想當(dāng)然認(rèn)為油滴的偏轉(zhuǎn)是做類平拋運(yùn)動而出現(xiàn)錯誤。因此，在帶電粒子在場的運(yùn)動這類題型，可以科學(xué)設(shè)問，讓學(xué)生讀題時(shí)帶著這些問題分析，把帶電粒子的正確運(yùn)動模型建立起來。我在課堂教學(xué)中，先讓學(xué)生明確物體做直線運(yùn)動或是曲線運(yùn)動，是勻變速還是非勻變速運(yùn)動，都是從物體的受力和速度關(guān)系確定，所以我們可以設(shè)定這幾個問題：帶電粒子所在的空間有電場或磁場嗎？粒子的重力是否可以忽略？粒子在運(yùn)動過程受到了哪幾個力，它應(yīng)該做什么運(yùn)動？讓學(xué)生每次做到這類題都要帶著這些問題去審題分析。所以這道題，學(xué)生在分析時(shí)就會發(fā)現(xiàn)斷開開關(guān)，金屬棒滑動，MN間就會產(chǎn)生電壓，撤走金屬棒即兩板間電壓為電源電動勢。電場和磁場都是存在的，油滴要考慮重力，所以油滴受到重力、電場力和洛倫茲力三個力的作用。而題中說到油滴射入后以恒定速率偏轉(zhuǎn)從N極板左邊緣離開，因此可以確定三力之間應(yīng)該是電場力和重力相互平衡，油滴在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動，并非是在勻強(qiáng)電場中的類平拋運(yùn)動。學(xué)生再根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場做部分圓周的思路分析計(jì)算即可。