例析物理學科常見的命題誤區(qū)

黃旭陽

(四川省成都市石室中學)

物理是一門理論體系非常嚴密的自然科學,如果物理試題中出現(xiàn)科學性錯誤可能導致學生對物理規(guī)律的認識產(chǎn)生偏差,或是引起學生的疑惑而不能正常答題。因此教師在命題時除了要認真研究考點的覆蓋范圍、考題的難度設置之外,還要考慮題目所創(chuàng)設的物理情境、物理過程是否科學合理,是否違背了物理原理。

命題是中學教師工作的重要組成部分也是教師專業(yè)發(fā)展的必然要求。經(jīng)常研究試題,并嘗試命制高質(zhì)量的試題能快速提高教師的專業(yè)技能。高中物理教師要命好一套考試題除了試題內(nèi)容要符合課程標準的要求以及物理學科的規(guī)范外,主、客觀試題的比例應合適,所選題型應合理,適當設置情境性和開放性試題。試題的表述要嚴謹、科學、問題明確、圖形清楚、布局合理。試題語言簡明易懂、符合學生閱讀習慣。賦分、評分標準科學合理等等,更要注意所命題目的科學性。物理作為一門自然科學,具有嚴謹?shù)目茖W性和邏輯性,試題必須遵循物理世界的客觀規(guī)律。教師在命制試題時更要尊重客觀實際。筆者在教學過程中對各地的一些考試題目的認真分析、研究發(fā)現(xiàn),一些命題者為了創(chuàng)設物理情境,犯了一些科學性的錯誤,這些錯誤不仔細分析可能不易發(fā)現(xiàn)。本文以具體例題分析以期引起廣大師生的重視。

一、為“創(chuàng)設”物理情境而忽略物理原理

【例1】如圖1所示的區(qū)域中,第二象限為垂直紙面向外的勻強磁場,磁感應強度為B,第一、第四象限是一個電場強度大小未知的勻強電場,其方向如圖1。一個質(zhì)量為m,電荷量為+q的帶電粒子從P孔以初速度v0沿垂直于磁場方向進入勻強磁場中,初速度方向與邊界線的夾角θ=30°,粒子恰好從y軸上的C孔垂直于電場方向射入勻強電場,經(jīng)過x軸的Q點,已知OQ=OP,不計粒子的重力,求:

圖1

(1)粒子從P運動到C所用的時間t;

(2)電場強度E的大小;

(3)粒子到達Q點的動能Ek。

如圖2所示,若MN為電場的邊界,在圖中作一閉合路徑abcda使得bc在邊界MN左側(cè)且平行靠近MN,ab∥dc,ad⊥cd,電場強度E按路徑abcda積分得

圖2

通過以上分析可知,邊界不與電場方向垂直的勻強電場是不存在的,即:沒有任何一種電荷分布可以產(chǎn)生這種電場。

在教學過程中我們多次遇到過這種“勻強電場”。出現(xiàn)這類問題的原因是命題者為了創(chuàng)設帶電粒子的運動情境從而“創(chuàng)造”了這樣的電場,然而并沒有去認真思考這樣的電場是否存在。當然,學生在解題過程中很少去思考這個問題,一般不會影響學生答題,但可能會給學生留下“勻強電場的邊界可以不垂直于場強方向”的錯誤觀點。

二、為拼湊物理數(shù)據(jù)而忽略物理規(guī)律

【例2】如圖3甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導軌間距L=0.30 m。導軌電阻忽略不計,其間連接有固定電阻R=0.40 Ω。導軌上停放一質(zhì)量m=0.10 kg、電阻r=0.20 Ω的金屬桿ab,整個裝置處于磁感應強度B=0.50 T的勻強磁場中,磁場方向豎直向下。用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab,使之由靜止開始運動,電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時采集并輸入電腦,獲得電壓U隨時間t變化的關(guān)系如圖3乙所示。

甲

(1)試證明金屬桿做勻加速直線運動,并計算加速度的大小;

(2)求第2 s末外力F的瞬時功率;

(3)如果水平外力從靜止開始拉動桿2 s所做的功W=0.35 J,求金屬桿上產(chǎn)生的焦耳熱。

【試題解析】本題的一般解題過程如下:

(1)設路端電壓為U,金屬桿的運動速度為v,則感應電動勢E=BLv

由圖3乙可得U=kt,k=0.10 V/s

(用其他方法合理即可)

(2)在2 s末,速度v2=at=2.0 m/s

電動勢E=BLv2

解得F安=7.5×10-2N

設2 s末外力大小為F2

由牛頓第二定律有F2-F安=ma

解得F2=1.75×10-1N

故2 s末時F的瞬時功率P=F2v2=0.35 W

解得Q=0.15 J

解得Qr=5.0×10-2J

三、因缺乏仔細推敲而使答案不夠嚴謹

【例3】如圖4所示,固定在地面上的半圓形軌道直徑MN水平,小球從M點正上方與M點相距為H=3 m處自由下落,經(jīng)過軌道后從N點沖出豎直上拋,上升的最大高度與N點相距2 m,空氣阻力不計,當小球下落再次經(jīng)過軌道由M點沖出時,能上升的最大高度與M點的距離可能為

( )

圖4

A.0.8 m B.1 m C.1.2 m D.1.4 m

【試題評析】試題解析不仔細分析似乎沒有什么問題,解析中得出1 m

四、結(jié)語

筆者認為造成以上一些問題的成因在于“理論應該與實際結(jié)合的教育思想”的缺位。物理是一門理論體系非常嚴密的自然科學,作為物理教師更應尊重物理世界的客觀規(guī)律,切不可為了“創(chuàng)設”物理情境、設計物理數(shù)據(jù)而忽視了物理學本身的科學性。

因此,命題者在命制物理題目時,一定要在理論的指導下,以可靠的事實為依據(jù),切不可為了追求題目的新穎、物理模型的創(chuàng)新,而不顧物理世界的客觀規(guī)律,否則就會出現(xiàn)以上類似的科學性錯誤。