高中物理力學(xué)部分易錯(cuò)題歸因研究

任俊瑞　杜明榮　張振華　李歡歡

摘 要： 由于剛進(jìn)入高中，學(xué)生對(duì)高中的生活和學(xué)習(xí)環(huán)境不適應(yīng)，進(jìn)而對(duì)物理的學(xué)習(xí)造成一定的困擾。高一物理部分主要是力學(xué)，因此本文分析了力學(xué)問(wèn)題中幾類易錯(cuò)原因，并針對(duì)其提出了應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞： 高中物理力學(xué) 易錯(cuò)題 前概念 思維定勢(shì)

一線教師在日常教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)不同的學(xué)生會(huì)發(fā)生相同或類似的問(wèn)題，很多教師沒(méi)有深層次地探究出現(xiàn)問(wèn)題的原因，也沒(méi)有找到最直接解決問(wèn)題的辦法，因而很多教師在解決學(xué)生易錯(cuò)的知識(shí)點(diǎn)或習(xí)題時(shí)往往事倍功半，希望以下的研究能夠讓一線教師有所啟發(fā)，能夠更好地進(jìn)行教學(xué)。

1.前概念的影響

高中生在系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理知識(shí)前，已經(jīng)接觸了很多物理現(xiàn)象，對(duì)所接觸的物理現(xiàn)象形成了初步印象，也就是物理前概念。前概念就是前科學(xué)概念的簡(jiǎn)稱[1] 。但是，在學(xué)生形成的這些概念中，有一部分是片面的，甚至有相當(dāng)一部分是錯(cuò)誤的，是與物理的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性相矛盾的。如很多人認(rèn)為的“速度越大，慣性越大”，這種“先入為主”的“經(jīng)驗(yàn)”阻礙了物理概念的正確形成。“先入為主”的錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)有時(shí)表現(xiàn)在學(xué)習(xí)新概念或新規(guī)律時(shí)，遇到與已有的知識(shí)形似但質(zhì)不同的知識(shí)時(shí)，就會(huì)以原有的知識(shí)理解或取代現(xiàn)在學(xué)習(xí)的新知識(shí)，因此成為學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的絆腳石。

例1.一汽車在路面情況相同的公路上沿直線行駛，下面關(guān)于車速、慣性、質(zhì)量和滑行路程的討論，正確的是（？搖？搖）

A.車速越大，剎車后滑行的路程越長(zhǎng)

B.車速越大，它的慣性越大

C.車速越大，剎車后滑行的路程越長(zhǎng)，所以慣性越大

D.質(zhì)量越大，它的慣性越大

本題正確答案為A、D。質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，因此慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與其他的物理量沒(méi)有關(guān)系，慣性是物體的固有屬性，不管這個(gè)物體是在地球上還是在月球上，物體都具有慣性，只要物體的質(zhì)量不發(fā)生變化，物體的慣性就不會(huì)發(fā)生變化。

很多學(xué)生會(huì)多選B或C，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪校囁僭酱螅囋诫y停下來(lái)。基于這樣的生活現(xiàn)象，學(xué)生已經(jīng)形成了根深蒂固的想法，在學(xué)習(xí)慣性的時(shí)候，往往會(huì)認(rèn)為慣性和速度有關(guān)，這就是前概念的影響。

為了避免這種前概念的影響，教師一方面可以就相近的知識(shí)，有意多次設(shè)置誤區(qū)讓學(xué)生上當(dāng)，再引導(dǎo)學(xué)生辨析，清除學(xué)生頭腦中的不科學(xué)的前概念。另一方面可以多次強(qiáng)調(diào)正確的、科學(xué)的物理概念，用以取代學(xué)生頭腦中的不正確的、不科學(xué)的前概念。

2.思維定勢(shì)

思維定勢(shì)容易產(chǎn)生思維慣性，養(yǎng)成一種千篇一律的解題習(xí)慣，若新知識(shí)與原有的知識(shí)形似而質(zhì)異時(shí)，思維定勢(shì)往往會(huì)使學(xué)生進(jìn)入解題誤區(qū)。當(dāng)一個(gè)物理問(wèn)題的物理情境發(fā)生質(zhì)的變化時(shí)，思維定勢(shì)會(huì)使學(xué)生因循守舊，仍然按照以前的解題思路解題，從而對(duì)新知識(shí)點(diǎn)的記憶、理解和應(yīng)用造成知識(shí)負(fù)面影響，以至于解題出現(xiàn)錯(cuò)誤。

例2.兩互相垂直的力F 和F 作用在同一物體上，使物體運(yùn)動(dòng)一段位移后，力F 對(duì)物體做功4J ，力F 對(duì)物體做功3J，則合力對(duì)物體做功為（ ）

A.7 J B.1 J C.5 J D. 3.5 J

正確答案為A。本題考查的是功的概念，功是標(biāo)量，求力對(duì)物體做功之和運(yùn)用的是算數(shù)加減法，即各個(gè)力對(duì)物體做功的代數(shù)和。

很多學(xué)生會(huì)誤選C，主要是之前在學(xué)習(xí)力的合成與分解時(shí)新學(xué)到了一個(gè)運(yùn)算法則——平行四邊形定則，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的練習(xí)和老師的點(diǎn)撥之后，終于養(yǎng)成了對(duì)力進(jìn)行相加減時(shí)應(yīng)該用平行四邊形定則的思維習(xí)慣，所以看到這類題之后，立即就想到了平行四邊形定則。其實(shí)本題考查的是功的概念，功是標(biāo)量，而力是矢量，它們遵循不同的運(yùn)算法則，即對(duì)矢量進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候應(yīng)該用平行四邊形定則，而對(duì)標(biāo)量進(jìn)行計(jì)算時(shí)只需求其代數(shù)和。

為了克服這種思維定勢(shì)，教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)大量列舉生活和學(xué)習(xí)中的典型事例，充分利用實(shí)驗(yàn)、多媒體及練習(xí)等手段，讓學(xué)生與真實(shí)的、具體的物理情境多接觸，使學(xué)生獲得足夠多的生動(dòng)的、直觀的感性認(rèn)識(shí)，創(chuàng)設(shè)借以引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生探索公式或規(guī)律本質(zhì)屬性的物理環(huán)境。此外，對(duì)于形似而質(zhì)異的知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)注意揭示它們之間的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，可以刻意地設(shè)置誤區(qū)讓學(xué)生上當(dāng)，再引導(dǎo)學(xué)生理解它們之間的共同點(diǎn)，并區(qū)分它們之間的不同之處，糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

3.挖掘隱含條件、臨界條件不夠

高中物理習(xí)題中，很多題目會(huì)設(shè)置一些“陷阱”，或者設(shè)置一些相近的物理情境，讓學(xué)生分辨不出本題中的正確的物理情境，這就需要學(xué)生挖掘題目中隱含條件，只有能夠準(zhǔn)確地找出隱含條件及準(zhǔn)確地理解隱含條件，才能夠完整理解本題的物理問(wèn)題。

例3.經(jīng)檢測(cè)汽車A的制動(dòng)性能：以標(biāo)準(zhǔn)速度20m/s在平直公路上行駛時(shí)，制動(dòng)后40s停下來(lái)。現(xiàn)A在平直公路上以20m/s的速度行駛發(fā)現(xiàn)前方180m處有一貨車B以6m/s的速度同向勻速行駛，司機(jī)立即制動(dòng)，能否發(fā)生撞車事故？

這是典型的追擊相遇問(wèn)題。在此類問(wèn)題中，要抓住兩個(gè)關(guān)系：“位移關(guān)系”和“時(shí)間關(guān)系”，運(yùn)用兩個(gè)公式：速度公式和位移公式，畫出兩物體運(yùn)動(dòng)的位置關(guān)系圖，然后列出方程解題。此外，關(guān)鍵還要弄清楚“相遇而不相撞”的條件，這就是所謂的臨界條件，抓住關(guān)鍵字眼，如“剛好”、“恰好”、“最多”、“至少”等，每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的條件都有一個(gè)臨界狀態(tài)，由此找出滿足相應(yīng)的臨界條件即可。

解：由v=v +at，得汽車A制動(dòng)的加速度大小為a=0.5m/s 。

當(dāng)A車與B車同速時(shí)，A車與B車相距最遠(yuǎn)，這時(shí)A車若能超過(guò)B車則相撞，反之則不能相撞。

由v -v =2as，

得A車與B車同速時(shí)的位移 s = =364m。

由v=v +at，得t=28s，

這段時(shí)間內(nèi)B車的位移為：s =v t=168m，

△s=364-168=196>180（m），故兩車相撞。

很多學(xué)生由于不能夠正確地找到隱含條件或者不能正確地理解隱含條件所代表的物理意義，因此找不到解此類題的突破口。要做到這一點(diǎn)，一方面，學(xué)生要正確理解已經(jīng)學(xué)過(guò)的物理概念和基本規(guī)律，另一方面，要仔細(xì)審題，分析題目中一些關(guān)鍵的字詞和語(yǔ)句，從物理概念、物理情境、物理模型、題中所給圖像及題中的臨界條件等方面尋找物理?xiàng)l件。

4.不能熟練地運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解題

物理試題的求解過(guò)程可以看做是：將物理問(wèn)中的物理情境提煉，然后運(yùn)用物理規(guī)律列出方程，轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解題之后，再還原為物理結(jié)論的過(guò)程[2]。經(jīng)過(guò)對(duì)最近幾年的高考試題的分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，很多物理題目都會(huì)考查數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，這幾乎是物理高考命題中不變的主題，可以說(shuō)，物理試題的解答離不開數(shù)學(xué)知識(shí)和方法的應(yīng)用。

學(xué)生存在不同程度的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)象，對(duì)于有些題目，雖然能讀懂題意，列出算式或者方程式，但常常因計(jì)算能力欠缺而造成失誤，甚至只會(huì)列式而不會(huì)求解，有的學(xué)生是不能把物理問(wèn)題很好地轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，從而不會(huì)求解。

例4.在某星球上，宇航員用彈簧測(cè)力計(jì)提著質(zhì)量為m的物體以加速度a豎直上升，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F，而宇宙飛船在靠近該星球表面繞星球做勻速圓周而成為該星球的一顆衛(wèi)星時(shí)，宇航員測(cè)得其環(huán)繞周期是T。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，試求該星球的質(zhì)量。

解：由牛頓第二定律可知F-mg=ma ①

星球半徑為R，在星球表面mg=G ②

宇宙飛船的質(zhì)量用表示，則G =m′（ ） R ③

聯(lián)立得M= 。

上面的解題過(guò)程看似簡(jiǎn)單，但是很多學(xué)生計(jì)算不出來(lái)，不是不能把物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題解題，而是轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題之后，在計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，這是數(shù)學(xué)基本功不扎實(shí)導(dǎo)致的。還有部分學(xué)生看見(jiàn)計(jì)算這么復(fù)雜，就打了退堂鼓，其實(shí)如能冷靜、耐心地計(jì)算，也是能夠做對(duì)的。因此在學(xué)習(xí)物理時(shí)一定要心靜，并且有足夠的耐心和信心。

數(shù)學(xué)計(jì)算過(guò)程本身就是一個(gè)繁雜的過(guò)程，因此學(xué)生在運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解物理試題時(shí)，不能因?yàn)榇祟}較復(fù)雜就放棄，而要冷靜地、耐心地推理計(jì)算過(guò)程，科學(xué)地運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題。

5.邏輯推理不嚴(yán)密

物理學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒂兄砘壿嬻w系的科學(xué)理論，物理概念比較抽象，其思維形式和過(guò)程比較復(fù)雜[3]。好的邏輯思維能力，能把一個(gè)難的問(wèn)題容易化、復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象問(wèn)題實(shí)際化，能夠從繁瑣的物理問(wèn)題中抽絲剝繭，清晰地、有條理地分析物理問(wèn)題，達(dá)到事半功倍的效果。

例5.如圖1所示，用繩AC和 BC吊起一重物，繩與豎直方向夾角分別為30°和60°，AC繩能承受的最大的拉力為150N，而BC繩能承受的最大的拉力為100N，求物體最大重力不能超過(guò)多少？

圖1

解：以結(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，由牛頓第二定律可知：

F sin30°-F sin60°=0 ①

F cos30°+F cos60°=0 ②

由①式可知F = F ，當(dāng)F =100N時(shí)，F(xiàn) =173N，AC將斷。

而當(dāng)F =150N時(shí)，F(xiàn) =86.6N<100N

將F =150N，F(xiàn) =86.6N代入②式得G=173.32N

所以重物的最大重力不能超過(guò)173.2N。

很多學(xué)生想當(dāng)然地認(rèn)為AC繩和BC繩上的拉力就是兩繩能夠承受的最大拉力，并沒(méi)有運(yùn)用物理知識(shí)進(jìn)行嚴(yán)密的、科學(xué)的邏輯推理。物理學(xué)是一門嚴(yán)密的學(xué)科，不能想當(dāng)然，不能把生活中的經(jīng)驗(yàn)當(dāng)做物理規(guī)律，必須經(jīng)過(guò)科學(xué)的、嚴(yán)密的邏輯推理，得出的結(jié)論才會(huì)正確。

學(xué)生在平常學(xué)習(xí)中要注意理清各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系與結(jié)構(gòu)，解題時(shí)注意解題過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系、明確題目中的問(wèn)題和條件、分析題目中的物理概念和規(guī)律、建立合理的物理模型和理想化過(guò)程。教師平常給學(xué)生的作業(yè)中，也要對(duì)相同類型的習(xí)題多次練習(xí)，提高學(xué)生的邏輯思維能力。

其實(shí)學(xué)生做錯(cuò)題很多時(shí)候原因并不是單一的，而是多方面的，但追其根本，大都具有共性，因此教師在平常的教學(xué)中應(yīng)該時(shí)刻注意學(xué)生的共性，在一些特定時(shí)期就其錯(cuò)誤共性進(jìn)行統(tǒng)一的、專題性的訓(xùn)練，以防學(xué)生在學(xué)習(xí)中走入誤區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

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