解答高中物理多情景過程問題的策略

李正春

摘要：從解答多情景物理問題的流程來看，把培養(yǎng)學生用物理思想方法處理問題的能力放在解答過程的核心地位，再復雜、再多情景的物理過程，只要抓住關鍵字，明確各階段物理過程，再正確鏈接對應的概念、定律，思維障礙、知識難點就會迎刃而解.

關鍵詞：思想方法；多情景；策略

學生高中階段的物理學習更多的涉及定量描述和計算，然而，受初中物理學習階段定性描述的影響，缺乏研究物理問題的思想方法意識，面對高中物理問題時，往往不知道如何解答，遇到多情景問題時，更是無從下手，部分學生出現(xiàn)邏輯混亂、思路不清、理解錯誤，或無法完成解答等現(xiàn)象，直接后果就是學生的物理成績不理想或始終低于其他學科，學生的物理學習興趣大打折扣，嚴重的將影響學生大學專業(yè)的選擇和長遠發(fā)展.其中物體運動的多情景過程問題是高考的熱點、重點，更是學生集中的難點，是影響學生高考物理成績提升的關鍵.

一、解決多情景物理問題的策略，即運用研究物理的思想方法

確定物體運動過程的狀態(tài)和狀態(tài)變化，以及狀態(tài)變化的物理過程產(chǎn)生的原因，這里應當包括運動學觀點、力學的觀點、動量及其守恒、能量守恒、電與磁的相互作用等觀點的相互聯(lián)系，這即是研究物理問題的思想方法.在遇到物體運動多情景問題時，就能抓住物理多情景過程的關鍵，從而突破難點，變復雜問題為清晰的邏輯流程，進而正確、快速的解答物理問題.

二、物理思想方法貫穿多情景問題的分析和解答策略

研究物理問題的思想方法是高中物理核心素養(yǎng)的重要目標，因此，讓學生把握物理過程及對應規(guī)律的鏈接，是解決物理問題的關鍵，必須培養(yǎng)學生養(yǎng)成物體運動的物理過程分析的習慣.以下面的例題解析過程為例，談解答高中物理多情景過程問題的策略實施.

例題將一總質量為m、總電阻為R、每邊邊長為L的均勻導線制成的正方形閉合線框ABCD置于磁場方向垂直紙面向里、磁感應強度大小按B=B0+ky變化（k為大于零的常數(shù)）的水平有界磁場上方h處，如圖1所示.從圖示位置靜止釋放線框，運動過程中線框平面保持在豎直平面內，且CD邊始終與x軸平行.當線框在有界磁場中下降h0（h0

（1）當CD邊剛進入磁場切割磁感線時，CD兩點間的電勢差大小；

（2）當線框在有界磁場中下降h0高度時速度大小v1；

（3）線框從開始釋放到線框AB邊剛進入磁場的過程中產(chǎn)生的電能ΔE.

首先教師呈現(xiàn)研究物理問題的思想方法，解答物理多情景過程的思維流程表（涂黑的條目標題，開始學物理時要求學生將流程寫在筆記本上，逐漸讓學生去掉流程表銘記在心里），并按照流程表要求具體逐一分析，如下表所示：

線框在有界磁場中下降h0時CD邊和線框受重力和安培力變速運動法拉第電磁感應定律、牛頓運動定律

線圈AB邊剛進場時線框受重力和安培力勻速運動歐姆定律、牛頓運動定律、能量守恒定律

解析

（1）設CD邊剛進入磁場切割磁感線時的速度大小為v；

【確定運動狀態(tài)】如上表所示，剛進入磁場之前線框做自由落體運動

【確定研究對象】整個線框

【提出問題】線框在該狀態(tài)下v的大小如何求解？

【受力分析與運動性質分析】受重力作用，線框做自由落體運動

【鏈接物理規(guī)律】得v=2gh……①

【體驗探究】要計算CD兩點間的電勢差，應當先確定和找出什么物理量？

【學生討論、交流】必須先求出CD邊切割磁感線時產(chǎn)生的感應電動勢.

【再鏈接物理規(guī)律】法拉第電磁感應定律，得E=B0Lv……②

【教師引導學生分析】根據(jù)閉合電路歐姆定律，找到UCD和E之間的關系.

CD兩點間的電勢差 UCD=34E……③

解得UCD=34B0L2gh……④

（2）當線框在有界磁場中下降h0高度時速度大小v1；

【運動狀態(tài)、運動性質分析】

線框在有界磁場中下降h0高度的過程中做變速運動

【確定研究對象】線框和CD邊

【再搜索鏈接物理規(guī)律】根據(jù)電磁感應定律和閉合電路歐姆定律可得，口頭表達并寫出電路中產(chǎn)生的感應電流I=（B0+kh0）Lv1R ……⑤

突破第一個思維障礙的難點：找到了電流與運動速度之間的關系

【分析受力，狀態(tài)變化】 線框加速度為零時達到最大速度（提醒學生注意，題中關鍵詞“最大速度”），此時閉合線框處于平衡狀態(tài).

【再搜索鏈接物理規(guī)律】重力與安培力平衡，即mg=（B0+kh0）LI……⑥

解得v1=mgR（B0 + kh0 ）2L2……⑦

突破思維障礙的幾個難點：解決了電流、安培力、重力、速度之間的定量關系.

（3）線框從開始釋放到線框AB邊剛進入磁場的過程中產(chǎn)生的電能ΔE.

【運動狀態(tài)分析】很多學生難以確定下降過程中幾個不同運動性質的階段，引導學生分析：

第一階段：CD邊進入磁場前做自由落體運動；

第二階段：線框從CD邊剛進入磁場到下降h0高度時，線框做變速運動；

第三階段：線框達到最大速度，在磁場中做勻速運動.

線框的AB邊剛進入磁場時，電路中的感應電流為

I'=[（B0+kL）-B0]Lv2R……⑧

【確定研究對象】整個線框

【受力分析】線框受重力、安培力

根據(jù)線框開始做勻速直線運動可得，mg=[（B0+kL）-B0]LI'……⑨

【鏈接物理規(guī)律】整個下降過程中的機械能減少量等于線框的電能增加量，學生容易糾結分階段去求解，導致過多的繁瑣過程和計算環(huán)節(jié)，這也是部分學生不能把握能量守恒觀點，即電能的獲取，是以機械能的損失為代價.

根據(jù)能量守恒定律，可得ΔE=mg（h+L）-12mv22……⑩

解得△E=mg（h+L）-m3g2R22k4L8

從以上解答多情景物理問題的流程來看，把培養(yǎng)學生用物理思想方法處理問題的能力放在解答過程的核心地位，再復雜、再多情景的物理過程，只要抓住關鍵字，明確各階段物理過程，再正確鏈接對應的概念、定律，思維障礙、知識難點就會迎刃而解.