由一道電磁感應(yīng)題目引發(fā)的思考

陳文敏

(浙江省仙居中學(xué) 317300)

1 原題呈現(xiàn)，感知物理情境

近年來(lái)，浙江省的物理高考題型相對(duì)穩(wěn)定，最后兩個(gè)大題目基本都是放在電磁感應(yīng)以及帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題情境中加以考查.浙江省內(nèi)各市地在聯(lián)考、模擬考以及期末統(tǒng)考中，對(duì)這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的考查也是非常常見(jiàn)的.

圖1

(1)求AB棒運(yùn)動(dòng)的最大速度vm；

(3)發(fā)生碰撞后，CD棒最終將停在離MN多遠(yuǎn)的地方？

本題主要從運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的角度考查了導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及最后的平衡狀態(tài)問(wèn)題；從能量觀的角度考查了導(dǎo)體棒切割磁感線過(guò)程中機(jī)械能與內(nèi)能之間的相互轉(zhuǎn)換，并且需要綜合運(yùn)用電路串并聯(lián)知識(shí)、熱量分配規(guī)律以及動(dòng)量定理.該題是一個(gè)典型的多過(guò)程問(wèn)題，考查知識(shí)面廣、思維要求高、綜合性強(qiáng)，可以有效的促使學(xué)生物理觀念的養(yǎng)成、科學(xué)思維的發(fā)展.本題的詳細(xì)解答過(guò)程在此不再贅述，有需要的讀者可以上網(wǎng)自行查閱.

2 學(xué)生視角，暴露認(rèn)知沖突

對(duì)于本題給出的解答過(guò)程，學(xué)生基本能夠理解，但是對(duì)于第二問(wèn)求解CD棒上產(chǎn)生的熱量Q的求解過(guò)程，學(xué)生存在疑惑.有學(xué)生給出解釋：因?yàn)锳B棒下滑過(guò)程，對(duì)于AB棒而言遵守動(dòng)量定律，得出：

mgsinθ·t-B1IL·t=mv，B1IL·t=B1Lq=2.25kgm/s

3 教師視角，追蹤沖突根源

如果沒(méi)有這位學(xué)生提出的問(wèn)題，筆者包括很多其他教師可能都會(huì)理所當(dāng)然的認(rèn)為：學(xué)生會(huì)從電量出發(fā)求解位移，利用能量守恒定律解決問(wèn)題.殊不知學(xué)生的思維是活躍的、想法是不可預(yù)設(shè)的.那么學(xué)生的解法到底哪里出現(xiàn)問(wèn)題了呢？

我們對(duì)學(xué)生的思路加以梳理會(huì)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生實(shí)際上是利用相同的沖量創(chuàng)設(shè)了另外一個(gè)情境：在這一情境當(dāng)中，學(xué)生把重力沿斜面方向分力的沖量等效成一個(gè)水平的初動(dòng)量.我們暫時(shí)不評(píng)價(jià)此類等效處理是否可行，我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單例子：一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的摩擦因數(shù)μ=0.2，物體受到一個(gè)F=10N的水平恒力作用從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t=1s，物體獲得的速度為8m/s.現(xiàn)在我們是否可以把它等效為：一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的摩擦因數(shù)μ=0.2，物體受到一個(gè)F=6N的水平恒力作用從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t=2s，物體獲得的速度為8m/s.

從以上兩個(gè)實(shí)例我們可以發(fā)現(xiàn)，兩種情況動(dòng)量的變換量是一致的，但是引起F力的沖量，以及F所做的功都是不一樣的，所以單純的利用動(dòng)量變化量一致作等效處理是不合適的.

對(duì)問(wèn)題深入分析可知，主要的問(wèn)題出在沖量是力在時(shí)間上的累積，而功是力在空間上的累積.保證動(dòng)量變化量一致的前提下是否能夠保證各個(gè)力所做的功也是一致的值得商榷.

4 條件挖掘，情境數(shù)據(jù)不自洽

根據(jù)導(dǎo)體棒AB的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到最大速度8m/s.由此作出v-t圖像如圖2所示.

圖2 圖3

根據(jù)I-t圖像所包圍的面積代表流過(guò)AB導(dǎo)體棒的電量可得：

5 提升自我，撥開(kāi)云霧見(jiàn)明月

以上分析，我們都是基于導(dǎo)體棒經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加速，當(dāng)mgsinθ=B1IL時(shí)出現(xiàn)最大速度，而后導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng).我們作出這樣的判斷是否是合理的？這個(gè)“自然前提條件”本身是否有問(wèn)題？此處筆者認(rèn)為科學(xué)推理的嚴(yán)謹(jǐn)性有所欠缺.

圖4

類似的問(wèn)題不單在此處存在，比如在機(jī)車啟動(dòng)問(wèn)題中也同樣存在，汽車保持功率不變，作加速度不斷減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度a=0時(shí)達(dá)到最大速度,如圖4所示.問(wèn)題還是因?yàn)槠囘\(yùn)動(dòng)過(guò)程只能是無(wú)限趨向于某一最大速度而永遠(yuǎn)不可能達(dá)到最大速度，而命題時(shí)總是把最大速度認(rèn)為是“過(guò)程必然結(jié)果”，導(dǎo)致物理過(guò)程不可實(shí)現(xiàn).

在新高考的背景下，物理情境的創(chuàng)設(shè)尤為重要，情境的創(chuàng)設(shè)不但可以讓學(xué)生學(xué)到知識(shí)，而且還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣，發(fā)展學(xué)生思維的高度.

物理情境的創(chuàng)設(shè)，一定要用“心”用“情”，切不可為了創(chuàng)設(shè)而創(chuàng)設(shè).在創(chuàng)設(shè)物理情境過(guò)程中，不但要能夠激發(fā)學(xué)生的興趣、發(fā)展學(xué)生的思維，所創(chuàng)設(shè)的物理情境應(yīng)該是真實(shí)可靠的，要能夠經(jīng)得起反復(fù)推敲的.