用實驗有效分析物理習題

陳明霞

[摘 要]物理習題教學除了使用講授法外，是否還可以用其他方法幫助學生弄清疑點、突破難點？其實在教學中，教師要關注學生的學習過程，而不是只關注他們獲得的結論。在課堂教學中教師如何設計一些教學情境，讓學生參與某些活動，這對提高學生的能力至關重要。文章結合教學實踐探討用實驗來有效分析物理習題。

[關鍵詞]物理課堂；有效教學；物理習題；習題教學

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）14-0062-02

習題所依托的物理情境如果能在課堂上設計再現出來，就能幫助學生理解習題中描述的物理情境及物理過程，則能幫助學生突破思維難點，激發學生主動學習的興趣，培養學生的探索精神和開拓思維能力，讓學生養成理論聯系實際，實事求是的科學素養。因此我們嘗試在習題課中融入實驗教學，通過實驗分析物理習題，以提高習題教學效率。那么怎樣用實驗分析物理習題呢？

一、用實驗剖析物理概念

學生在解答有關物理概念類習題時錯誤率很高，根本原因是沒有準確理解物理概念。不少學生學習時受日常生活影響，沒能準確理解物理概念。物理概念的正確理解，有賴于學生的感性認識，為此，需要通過實驗幫助學生糾正錯誤的前概念，建立正確的物理概念。

【例1】 物體靜止于水平桌面上，下列說法正確的是（ ）。

A.桌面受到的壓力就是物體的重力

B.桌面受到的彈力是由于它本身發生了微小形變而產生的，方向豎直向上

C.桌面由于發生微小形變而對物體產生垂直于桌面的彈力，方向豎直向上

D.物體受到的彈力是由于它本身發生微小形變而產生的，方向豎直向下

分析：這是一道關于彈力概念的習題，其中的B、D選項錯誤率最高，學生存在錯誤的前概念，認為物體受到的彈力是自身形變產生的，對別的物體的作用力的方向認為是彈力的方向。學生對彈力的概念理解不清，我們可以通過實驗，讓學生體驗這個作用力以及它的方向。

實驗：找一根橡皮筋，把它拉長，做出彈某同學手的姿勢，這個同學手會有后退的反應，為什么會有這種反應？因為打下去會疼。說明發生彈性形變的物體，如果要恢復原狀，跟它接觸的物體就會受到力的作用，這個力就叫作彈力。這個實驗首先糾正了錯誤的前概念——不是手形變才受到彈力，而是橡皮筋形變才產生彈力。下面再通過一個實驗來分析彈力是怎么產生的，以及它的方向是如何的。把刻度尺架空，用水球代表物體，刻度尺代表桌面。把水球放到刻度尺上面，可觀察到什么現象呢？尺子往下彎了，水球也發生了形變，朝上形變，如圖1。刻度尺向下凹，為了恢復原狀，就要向上彈，對與它接觸的球就產生了一個向上的支持力。同理，球向上形變，它要恢復原狀，也對與它接觸的尺子產生了向下的壓力。

二、用實驗體驗物理過程

由于生活實際中的一些物理過程過于短暫，造成學生對物理過程不甚了解，因此在解題時陷入了一片茫然。習題所依托的物理過程，如能在課堂上設計再現出來，讓學生身臨其境，動腦動手，那么教學效果就會事半功倍。

【例2】 某同學站在體重計上，做下蹲、起立動作，探究超重和失重現象，下列說法正確的是（ ）。

A.下蹲過程中，人處于失重狀態

B.起立過程中，人處于超重狀態

C.下蹲過程中，人先處于超重狀態，后處于失重狀態

D.起立過程中，人先處于超重狀態，后處于失重狀態

分析：關于超重和失重的概念，學生是理解的，但是這里的下蹲或起立運動過程的分析卻是學生的易錯點，學生在求解時往往認為下蹲就是向下加速，起立就是向上加速。

實驗：為了正確認識這個過程，拿一個體重計來，讓學生站在上面做下蹲、起立動作，如圖2。投影體重計在這個過程中指針示數的變化情況，讓學生認真觀察。這個實驗過程雖然短暫，但是學生看過之后會留下深刻的印象，然后再用理論知識解釋這個過程，就順利得多。

三、用實驗揭示物理本質

學生在分析題目的過程中，往往會被有些物理過程或現象所迷惑，很難看到其中的本質所在，造成誤解，教師的語言講解也難以讓學生真正領悟表面現象后的本質問題，這就需要教師設計實驗給學生安裝一雙慧眼，讓學生看清楚物理表象后的本質。

【例3】 如圖3所示，在長為L的輕桿中點B和端點A各固定一質量均為m的小球，桿可繞無摩擦的軸O轉動，使桿從水平位置無初速釋放擺下。求當桿轉到豎直位置時，輕桿對A、B兩球分別做了多少功？

分析：本題中涉及桿的彈力做功問題，學生往往被物理過程的表象所迷惑，認為兩個球做圓周運動，速度方向與桿垂直，所以桿OB、OA段對小球不做功。本題實際是一個復雜的問題，因為桿的彈力不一定沿桿的方向，不能確定其方向，怎么判斷其做什么功呢？雖然從能量角度能巧妙地解決這一問題，但很多學生仍然不能詳細解釋，所以如何把無法觀察到的彈力方向直觀地呈現在學生面前，值得思考。

實驗：將兩塊相同的橡皮擦分別系在細繩的中點B和末端A，始端O抓在手上，末端拉至水平，由水平位置靜止釋放，會明顯觀察到B點的橡皮擦比A點的橡皮擦擺動更快，O、B、A不在同一直線上，如圖4。若把細線換成桿，細線的方向就表示桿OB段、AB段對小球的彈力方向。這個實驗很好地解釋了該題的本質問題：桿的彈力方向。本實驗將無法觀察到的彈力通過細線直觀地呈現在學生面前，可有效突破教學難點。

四、用實驗構建物理模型

建立物理模型是物理學習研究的一種重要方法。學生在分析物體受力時，特別是物體受力不在同一平面內時，經常出錯。因為學生的空間想象能力和立體思維能力較弱，這就需要教師給他們一個實物模型，把物體的受力情況一一展示出來，化抽象為具體，幫助學生建立受力模型。

【例4】 如圖5所示，一直角斜槽（兩槽面間夾角為90°）對水平面的傾角為θ，一個橫截面為正方形的物塊，兩相鄰表面與兩槽面接觸，且恰能沿此斜槽勻速下滑。假定兩槽面的材料和槽面的情況相同，求物塊和槽面之間的滑動摩擦因數μ。

分析：該物體的受力情況較復雜，物體所受的五個力不在同一個平面內，重力G在豎直平面內，左右槽面作用于物塊的支持力分別為N1、N2，垂直于斜槽的平面，與重力G不在同一平面內，對于這一點許多學生錯誤地認為N1、N2與重力G都在豎直平面內。正確的分析應該是，N1、N2二力的合力N與重力G在垂直于斜槽方向的分力G2等大反向。

實驗：用兩塊相互垂直的紙板，自制一個斜槽，用一個正方體泡沫代表物體，用竹簽代表力，根據物體的受力情況，在物體上插上竹簽，表示物體受力的立體空間分布，這樣就直觀地將物體的受力情況展現在學生面前，學生對不同的力分布在哪些平面上就能一目了然，如圖6。學生就知道物體的受力要在垂直于斜槽的平面內和平行于斜槽的豎直平面內分析。根據模型分析受力，直觀明了，學生恍然大悟。

物理實驗以直觀形象為先導，而習題教學則是以抽象邏輯為前提。在物理習題教學中設計一些實驗，將兩者有機結合起來，能將抽象思維具體化、形象化，通過實驗情境，剖析物理概念、體驗物理過程、揭示物理本質、構建解題模型。實踐表明，習題課中創設實驗可以提高教學效率。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 宮建.實踐探究性課程設計：課程改革新課例[M].廣州：華南理工大學出版社，2001.

[2] 廖博琴，張大昌.高中物理課程標準解讀[M].武漢：湖北教育出版社， 2002.

[3] 廖博琴.普通高中課程標準物理教科書（必修1，必修2）[M].濟南：山東科學技術出版社， 2011.

（責任編輯 易志毅）