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物理習(xí)題教學(xué)中的思維變通性訓(xùn)練
盡管擺在我們面前的物理習(xí)題浩如煙海,模型花樣翻新,可謂五花八門(mén),但其設(shè)計(jì)方法,大都采用變式,即依據(jù)提出的曲型(或理想化)模型交替變更提供材料的形式,設(shè)計(jì)新的模型,以顯示其物理本質(zhì)。其目的在于幫助讀者擴(kuò)大視野、加深理解、鞏固知識(shí)、增強(qiáng)思維變通性,進(jìn)而促進(jìn)創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展。學(xué)生在練習(xí)中遇到新模型時(shí)感到陌生棘手,其思維障礙在于不善于把貌離神合的新模型與典型進(jìn)行比較,去認(rèn)識(shí)和把握新、舊模型物理本質(zhì)上的共性,從而望題興嘆,無(wú)處下手。對(duì)此,教師應(yīng)當(dāng)通過(guò)組織有效的習(xí)題教學(xué),幫助學(xué)生在形態(tài)各異的模型分析和對(duì)比中,抽象出共性,洞察共同的物理本質(zhì),從而跨越思維障礙,促進(jìn)其創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)由知識(shí)到能力的質(zhì)的飛躍。
譬如:在動(dòng)量守恒定律的教學(xué)中,課本中的典型模型多是以?xún)蓚(gè)相互作用的小球?yàn)槔齺?lái)展開(kāi)討論的,但在設(shè)計(jì)試題時(shí),卻在不改變系統(tǒng)物理本質(zhì)——?jiǎng)恿渴睾氵m用的條件不變的前提下,把球魔術(shù)般地演變?yōu)楦鞣N形狀的物體。請(qǐng)看
例1 A、B兩小車(chē)質(zhì)量都為m,它們靜止在光滑的水平軌道上,一質(zhì)量為m的人先從A車(chē)跳到B車(chē),而后又跳到A車(chē),來(lái)回幾次手,人又跳回A車(chē),則此時(shí)
A.A車(chē)和人的動(dòng)量大小等于B車(chē)動(dòng)量大小。
B.A車(chē)和人的速率小于B車(chē)速率。
C.在此過(guò)程中,兩車(chē)和人的總動(dòng)量守恒。
D在此過(guò)程中,兩車(chē)和人的總動(dòng)能守恒。
在這里,習(xí)題所提供的模型與課本提出的典型小球相比,已面目全非。但我們?nèi)舭杨}中A車(chē)與人視為甲球,把B車(chē)視為乙球后,就不難發(fā)現(xiàn),人在兩車(chē)之間盡管來(lái)回幾次跳來(lái)跳去使人眼花繚亂,這不過(guò)是施行障眼法,借以擾亂你的視線,干擾你的定勢(shì)思維。其物理本質(zhì)是:人從兩車(chē)間跳來(lái)跳去仍等效于兩球的相互作用,仍未跳出動(dòng)量守恒定律,照樣適用這一物理本質(zhì)上的共性。一旦明確了這一點(diǎn),學(xué)生的思維就立即變得開(kāi)朗流暢,其結(jié)論顯而易見(jiàn):A、B、C正確。
例2 質(zhì)量為m的光滑斜面靜止在光滑的水平地面上,另一質(zhì)量為m的滑快A以初速度V滑上斜面底端:
A.若能越過(guò)斜面,則它落地速度為V。
B.若B不能越過(guò)斜面,斜面速率小于V/2。
C.若A不能越過(guò)斜面,則它滑回到地面時(shí)速度與初速方向相反。
D.若A不能越過(guò)斜面,則它滑回到地面時(shí),斜面速度為V。
對(duì)于此題,同樣地,我們?nèi)钥梢园鸦瑝KA和斜面B等效為兩個(gè)質(zhì)量相等的彈性球相作用,它們遵從的物理規(guī)律(動(dòng)量、能量守恒)仍不變,即二者在相互作用中不斷地傳遞著動(dòng)量與動(dòng)能,而系統(tǒng)總動(dòng)量不變。由此,讀者很快即能得到答案:B、D。
可以說(shuō),變式的運(yùn)用幾乎所有中學(xué)物理習(xí)題里都得到體現(xiàn)。如在電磁感應(yīng)教學(xué)中,關(guān)于楞次定律的應(yīng)用習(xí)題,其母式(典型模型)是以條磁鐵與線圈的相互作用來(lái)展示其物理性質(zhì)的。
例3 如附圖,閉合金屬圓物從高為h曲面頂端自由滾下,又沿另一面滾上,非勻強(qiáng)磁場(chǎng)沿水平方向,環(huán)平面與運(yùn)動(dòng)方向均垂直于磁場(chǎng),環(huán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中磨擦阻力不計(jì),則:
A.環(huán)滾上的高度小于h。
B.環(huán)滾上的高度等于h。
C.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中環(huán)人有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),無(wú)感應(yīng)電流。
D.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中環(huán)內(nèi)有感應(yīng)電流。
上面例中,我們看不典型模型中的磁鐵與線圈了,可謂面目全非。但我們把它與典型模型加以比較,對(duì)其進(jìn)行去偽(表面形狀)存真(物理本質(zhì))的分析,就不難看出其共同的物理屬性而顯示出其廬山真面目。在例3圓環(huán)從曲面自由滾下又沿另一曲面滾上的過(guò)程中,同樣等效于一條形磁鐵一端靠近或遠(yuǎn)離線圈的情形。根據(jù)楞次定律
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