重現物理情境 活化習題示圖

虞艷美

(寧波市慈湖中學 浙江 寧波 315031)

習題課在高中物理教學中有著舉足輕重的地位.通過習題課教學，可以讓學生從不同側面、不同角度完善對概念、規律的理解和內化，有助于知識的活化，擴大知識面，了解物理現象間的內在聯系.另外，習題課的效果很大程度會影響學考或選考的結果.習題課的有效教學、教學策略已經得到重視.習題課是不是就不需要實驗？習題課是否只是講解幾道習題，歸納總結方法就可以了呢？如何突破學生的“最近發展區”？ 如果把實驗融入習題課是否會有意外的收獲？

朱正元教授曾提出過“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的教學理念，在這個理念的指引下，發現有一件小東西可以發揮很大的作用——釹鐵硼磁鐵.

目前絕大多數教室已經配備了磁性黑板.釹鐵硼磁鐵是一種強磁體，已經廣泛地應用在生活和生產中.釹鐵硼磁鐵磁性強，小巧，形狀各異，可以跟磁性黑板完美匹配(圖1).

圖1 將釹鐵硼磁鐵應用于課堂中

1 把水平的桌面實驗移到豎直的黑板面上

在習題課教學中，不免會有一些習題學生比較難理解，需要教師或者學生的演示，讓習題中的圖“活”起來，幫助學生重現物理情境，形成完整的物理過程.很多實驗是在水平桌面完成的，缺點是不便于學生的觀察.利用釹鐵硼磁鐵就可以巧妙地把桌面實驗轉移到黑板面上.例如測半圓形玻璃磚的折射率實驗.

【例1】某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖2中實線所示，使大頭針P1,P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉動，同時在玻璃磚的直徑邊一側觀察P1和P2的像，且使P2的像擋住P1的像.如此觀察，當玻璃磚轉到圖中虛線位置時，上述現象恰好消失.請用你的測量量表示出折射率n.

圖2 測半圓形玻璃磚折射率實驗示意圖

在磁性黑板上放一塊較薄的泡沫板，用來代替木板，泡沫板上放一張白紙，白紙的4個角上各放一枚釹鐵硼磁鐵，將泡沫板和白紙牢牢地固定在磁性黑板上，玻璃磚后面粘有釹鐵硼磁鐵，可將其吸附在黑板上.用激光束代替大頭針，旋轉玻璃磚觀察折射光線，如圖3(a)、(b)、(c)所示，學生能明顯看到當玻璃磚轉到圖中虛線位置時，上述現象恰好消失.

2 代替圖釘 起固定作用

圖釘是物理實驗中經常用到的小部件，經常起固定作用.當把實驗移到黑板上時，釹鐵硼磁鐵就可以代替圖釘.

【例2】如圖4所示，在x軸上方的空間存在著垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度的大小為B.許多相同的離子，以相同的速率v，由O點沿紙面向各個方向(y>0)射入磁場區域.不計離子所受重力，不計離子間的相互影響.圖中曲線表示離子運動的區域邊界，其中邊界與y軸交點為M，邊界與x軸交點為N，且OM=ON=L.由此可判斷( )

圖4 例2題圖

A．這些離子是帶負電的

B．這些離子運動的軌道半徑為L

D. 當離子沿y軸正方向射入磁場時會經過N點

這道題考查了學生對帶電粒子在勻強磁場中的運動、向心力、牛頓第二定律等考點的理解.部分學生對離子運動的區域邊界理解不清晰，導致無法判斷離子運動的軌跡.用一圓盤來模擬，圓盤的邊表示離子運動的軌跡，用釹鐵硼磁鐵固定圓盤上離子的入射點，改變離子的入射方向，以釹鐵硼為中心旋轉圓盤，即可畫出離子運動的區域邊界,如圖5所示.

圖5 模擬離子運動的軌跡

3 方便移動固定點

有些情況下，需要移動固定點，用釹鐵硼磁鐵就可以很容易做到.

【例3】穿過掛有重物的光滑動滑輪的繩子兩端分別固定于兩堵豎直墻上的A和B兩點，如圖6所示.已知A點和B點等高，把B端緩慢向下移動到C點，再從C點移到D點，在整個過程中，兩墻之間繩子的總長保持不變，繩上的拉力大小( )

A.先變小，后變大

B. 先變大，后變小

C. 先不變，后變大

D. 先不變，后變小

圖6 例3題圖

本題的難點在于運用幾何知識得到當繩子B端慢慢向下移時，繩子與豎直方向的夾角不變.對于滑輪問題，解題要充分利用拉力的對稱性.為了把這一過程形象化，可以借助釹鐵硼磁鐵進行如圖7(a)、(b)、(c)所示的操作：在磁性黑板上畫出兩堵豎直的墻，將繩子穿過掛有鉤碼的滑輪，并將繩的兩端分別固定在A,B兩點，測量兩側繩子與豎直方向的夾角，或測量兩側繩子的長度，不難判斷出兩側繩子拉力大小相同.將B點緩慢移至C點，再次測量兩側繩子與豎直方向夾角，得出繩子拉力大小沒有發生變化的結論.

圖7 模擬例3的變化過程

【例4】穿過掛有重物的光滑動滑輪的繩子兩端分別固定于天花板上的A和B兩點，如圖8所示.在把B端緩慢向右移動到C點的過程中，繩子的總長保持不變，關于兩側繩子和豎直方向夾角α和β的大小關系和繩上的拉力F大小，下列說法正確的是( )

A.α=βB.α>β

C. 不斷變小 D. 不斷增大

圖8 例4題圖

為了把這一過程形象化，可以借助釹鐵硼磁鐵進行如圖9(a)、(b)的操作：在磁性黑板上畫出天花板，將繩子穿過掛有鉤碼的滑輪，并將繩的兩端分別固定在A和B兩點，測量兩側繩子與豎直方向夾角，或測量兩側繩子的長度，判斷出兩側繩子拉力大小關系.將B點緩慢移至C點，觀察得到兩側繩子與豎直方向夾角變大，得出繩子拉力大小增大的結論.

(a)

(b)

綜上所述，在習題課中利用釹鐵硼磁鐵輔助實驗，幫助學生感受物理情境，便于理解和分析物理過程，有利于知識的掌握和應用，加速從“最近發展區”向“現有發展區”的轉化.釹鐵硼磁鐵輔助實驗不僅可以用在習題課上，更可以應用在新課教學中，使實驗現象更加便于觀察.