高中物理作圖的誤區與反思

施育峰

(1. 蘇州大學物理與光電能源學部,江蘇 蘇州 215006； 2. 海門市第一中學, 江蘇 海門 226100)

高中物理作圖的誤區與反思

施育峰

(1. 蘇州大學物理與光電能源學部,江蘇 蘇州 215006； 2. 海門市第一中學, 江蘇 海門 226100)

本文對幾道典型題的作圖誤區進行展示,剖析由于作圖的不恰當所導致的誤解，反思作圖時應該遵循一定的原則．

作圖； 誤區； 反思

眾所周知,作圖在高中物理學習中占有極其重要的地位．作圖生動形象,使物理題目表達的復雜情景直觀化,抽象問題具體化,降低學生的思維梯度.正確的作圖使學生在學習物理過程中更容易理解物理知識．但是筆者在教學中發現不恰當的作圖會導致誤解．本文試圖結合筆者的教學實際,對高中物理作圖存在的誤區進行剖析．

誤區1:視角不恰當.

圖1

人教版物理選修3-2(2010年4月第3版)第17頁有這樣一題:動圈式揚聲器的結構如圖1所示．線圈圓筒安放在永磁體磁極間的空隙中,能夠自由運動．按音頻規律變化的電流通進線圈,安培力使線圈運動．紙盆與線圈連接,隨著線圈振動而發聲．這樣的揚聲器能不能當做話筒使用?也就是說,如果我們對著紙盒說話,揚聲器能不能把聲音變成相應的電流?為什么?

解答:可以．聲音使紙盒振動,紙盒振動帶動線圈切割磁感線,產生感應電流．

圖2

從線圈切割磁感線的角度看顯然沒什么問題,但如果作出從右向左看的圖(圖2),將會產生這樣的疑問:線圈運動到任何一個位置時,磁感線均與線圈平面平行,那么左右運動過程中穿過線圈的磁通量始終不發生變化,不會產生感應電流．究竟是書上所說的產生感應電流的條件有誤,還是答案有誤?

圖3

為了弄清楚這個問題,我們不妨做出動圈式揚聲器磁體磁感線分布正視圖(圖3)．由圖可知,空隙中的磁感線是一根根閉合曲線．所以當線圈左右運動時,穿過線圈的磁感線條數在不斷變化,所以線圈的磁通量是變化的,因此線圈會產生感應電流．

反思1:本題沒有正確選擇畫圖的視角,導致只考慮了局部的磁感線,沒有考慮磁場的磁感線整體分布情況,因而產生了錯誤的認識．

誤區2:作圖不完整.

圖4

牛頓第三定律的普遍適用性對于高中學生已經不言而喻,但有這么一題似乎與牛頓第三定律不符．題目如下:兩根通電直導線L1,L2在同一平面內,分別通有如圖4所示的電流．根據右手螺旋定則,L1在L2所處位置產生的磁場方向垂直紙面向里,由左手定則可知L2受到的安培力方向向上．但L1在L2的延長線上,所以L2在其周圍產生的磁場對L1無安培力．該情景明顯說明力的作用不是相互的．乍一看說的有理有據,但仔細一想他哪里能找到這個物理模型．孤立的線段電流是不存在的,他創設的情景在現實生活中是不存在的．其實L1所在的閉合回路和L2所在的閉合回路整體間有相互作用力,牛頓第三定律依然成立．

反思2:剖析錯誤,我們不難發現,作圖的孤立不完整是導致錯誤認識的主要原因．

誤區3:缺少輔助線.

人教版物理選修3-2(2010年4月第3版)第13頁的第1題:如圖5,由于電磁感應,在超導圓環中產生了電流,電流的方向如何?

筆者發現本題會對哪一側才是左端(從順著條形磁鐵運動方向來看)產生誤解．

圖5

圖6

反思3:為什么會出現這種問題?原因是缺少必要輔助線．筆者建議最好添上輔助線,如圖6所示,這樣就可以明確左右側位置．

誤區4:誤作三角形.

如圖7所示,在三角架B點用一根細繩掛一個50N的重物G,求橫梁AB和斜梁BC所受力的大小．筆者在教學實踐中發現,相當一部分學生會作出如圖7的示意圖．

圖7

反思4:分析圖7我們會發現這部分學生把斜梁BC的長度誤認為就是分力的示意圖,這樣做雖然沒錯,但事實上這個平行四邊形畫大畫小都可以, 分力長度并不局限于和斜梁BC等長．

作圖是高中階段解決物理問題的基本手段之一,一般情況下只要求學生能作出圖、解對題就行,對作圖并沒有什么特殊的要求．但是在某些特定情景下作圖的視角不能隨意,也不能從實物圖中任意取一部分作圖,否則就會出現思維上的誤導,甚至得出荒謬的結論．以上就是筆者長期教育教學實踐中總結積累歸納出的幾種類型的作圖誤區,希望能起到拋磚引玉的效果．

2017-02-20)