由一道電磁感應(yīng)題目引發(fā)的思考

陳文敏

(浙江省仙居中學(xué) 317300)

1 原題呈現(xiàn)，感知物理情境

近年來，浙江省的物理高考題型相對穩(wěn)定，最后兩個大題目基本都是放在電磁感應(yīng)以及帶電粒子在電場、磁場中的運動問題情境中加以考查.浙江省內(nèi)各市地在聯(lián)考、模擬考以及期末統(tǒng)考中，對這兩個知識點的考查也是非常常見的.

圖1

(1)求AB棒運動的最大速度vm；

(3)發(fā)生碰撞后，CD棒最終將停在離MN多遠(yuǎn)的地方？

本題主要從運動與相互作用觀的角度考查了導(dǎo)體棒的運動過程以及最后的平衡狀態(tài)問題；從能量觀的角度考查了導(dǎo)體棒切割磁感線過程中機(jī)械能與內(nèi)能之間的相互轉(zhuǎn)換，并且需要綜合運用電路串并聯(lián)知識、熱量分配規(guī)律以及動量定理.該題是一個典型的多過程問題，考查知識面廣、思維要求高、綜合性強(qiáng)，可以有效的促使學(xué)生物理觀念的養(yǎng)成、科學(xué)思維的發(fā)展.本題的詳細(xì)解答過程在此不再贅述，有需要的讀者可以上網(wǎng)自行查閱.

2 學(xué)生視角，暴露認(rèn)知沖突

對于本題給出的解答過程，學(xué)生基本能夠理解，但是對于第二問求解CD棒上產(chǎn)生的熱量Q的求解過程，學(xué)生存在疑惑.有學(xué)生給出解釋：因為AB棒下滑過程，對于AB棒而言遵守動量定律，得出：

mgsinθ·t-B1IL·t=mv，B1IL·t=B1Lq=2.25kgm/s

3 教師視角，追蹤沖突根源

如果沒有這位學(xué)生提出的問題，筆者包括很多其他教師可能都會理所當(dāng)然的認(rèn)為：學(xué)生會從電量出發(fā)求解位移，利用能量守恒定律解決問題.殊不知學(xué)生的思維是活躍的、想法是不可預(yù)設(shè)的.那么學(xué)生的解法到底哪里出現(xiàn)問題了呢？

我們對學(xué)生的思路加以梳理會發(fā)現(xiàn)，學(xué)生實際上是利用相同的沖量創(chuàng)設(shè)了另外一個情境：在這一情境當(dāng)中，學(xué)生把重力沿斜面方向分力的沖量等效成一個水平的初動量.我們暫時不評價此類等效處理是否可行，我們先來看一個簡單例子：一個質(zhì)量為1kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的摩擦因數(shù)μ=0.2，物體受到一個F=10N的水平恒力作用從靜止開始運動，經(jīng)過時間t=1s，物體獲得的速度為8m/s.現(xiàn)在我們是否可以把它等效為：一個質(zhì)量為1kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的摩擦因數(shù)μ=0.2，物體受到一個F=6N的水平恒力作用從靜止開始運動，經(jīng)過時間t=2s，物體獲得的速度為8m/s.

從以上兩個實例我們可以發(fā)現(xiàn)，兩種情況動量的變換量是一致的，但是引起F力的沖量，以及F所做的功都是不一樣的，所以單純的利用動量變化量一致作等效處理是不合適的.

對問題深入分析可知，主要的問題出在沖量是力在時間上的累積，而功是力在空間上的累積.保證動量變化量一致的前提下是否能夠保證各個力所做的功也是一致的值得商榷.

4 條件挖掘，情境數(shù)據(jù)不自洽

根據(jù)導(dǎo)體棒AB的運動規(guī)律：作加速度減小的加速運動，最后達(dá)到最大速度8m/s.由此作出v-t圖像如圖2所示.

圖2 圖3

根據(jù)I-t圖像所包圍的面積代表流過AB導(dǎo)體棒的電量可得：

5 提升自我，撥開云霧見明月

以上分析，我們都是基于導(dǎo)體棒經(jīng)過一段時間加速，當(dāng)mgsinθ=B1IL時出現(xiàn)最大速度，而后導(dǎo)體棒勻速運動.我們作出這樣的判斷是否是合理的？這個“自然前提條件”本身是否有問題？此處筆者認(rèn)為科學(xué)推理的嚴(yán)謹(jǐn)性有所欠缺.

圖4

類似的問題不單在此處存在，比如在機(jī)車啟動問題中也同樣存在，汽車保持功率不變，作加速度不斷減小的加速運動，當(dāng)加速度a=0時達(dá)到最大速度,如圖4所示.問題還是因為汽車運動過程只能是無限趨向于某一最大速度而永遠(yuǎn)不可能達(dá)到最大速度，而命題時總是把最大速度認(rèn)為是“過程必然結(jié)果”，導(dǎo)致物理過程不可實現(xiàn).

在新高考的背景下，物理情境的創(chuàng)設(shè)尤為重要，情境的創(chuàng)設(shè)不但可以讓學(xué)生學(xué)到知識，而且還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣，發(fā)展學(xué)生思維的高度.

物理情境的創(chuàng)設(shè)，一定要用“心”用“情”，切不可為了創(chuàng)設(shè)而創(chuàng)設(shè).在創(chuàng)設(shè)物理情境過程中，不但要能夠激發(fā)學(xué)生的興趣、發(fā)展學(xué)生的思維，所創(chuàng)設(shè)的物理情境應(yīng)該是真實可靠的，要能夠經(jīng)得起反復(fù)推敲的.