例談物理觀念在解決問題中的作用

王常聚

摘?要：物理觀念在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面中占據(jù)基礎(chǔ)性地位，在解決物理問題中決定著分析問題思路的方向.運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的核心是物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由它所受的合力決定，解決相關(guān)問題時(shí)，分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要先確定其受力;已知物體的受力，要先明確其運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);物理觀念;運(yùn)動(dòng)與相互作用觀;解決問題

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)應(yīng)具有的關(guān)鍵能力和必備品格，包括相互聯(lián)系的四部分：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其中物理觀念在核心素養(yǎng)的四部分中占據(jù)了基礎(chǔ)地位.建構(gòu)物理觀念的過程也是學(xué)生科學(xué)思維的過程，是科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任發(fā)展的前提.物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)，是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ).

教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生因?yàn)闆]有建立起正確的物理觀念，在解決問題時(shí)受到干擾因素的影響，分析思路出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致出錯(cuò).例如某市高三模擬考試?yán)砜凭C合試題中有這樣一道物理題：如圖1所示，扇形金屬線框放在光滑絕緣的水平面上，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于水平面豎直向上，虛線MN為有界磁場(chǎng)的邊界，且MN為扇形金屬線框的對(duì)稱軸，當(dāng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，關(guān)于金屬線框的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法正確的是（?）

A.垂直MN向左平動(dòng)??B.垂直MN向右平動(dòng)

B.繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?D.繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

本題正確選項(xiàng)為B，滿分6分，平均分229，難度系數(shù)038.參加理科綜合考試的學(xué)生共12814人，具體答題情況如下表所示：

從表中可以看出只有38.21%的學(xué)生選出了正確答案，正確率之低超乎想象.選錯(cuò)的同學(xué)多數(shù)選擇了C項(xiàng)：繞O點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，是根據(jù)楞次定律判斷線框的運(yùn)動(dòng)效果是阻礙磁通量的變化.錯(cuò)選C和錯(cuò)選D的人數(shù)之和為6806人，占到總?cè)藬?shù)的5311%，他們共同的認(rèn)識(shí)是線框?yàn)樯刃?，?yīng)該繞圓心O轉(zhuǎn)動(dòng).試想如果題目中是矩形線框，那些選C項(xiàng)的學(xué)生估計(jì)也能選出正確答案，正答率將會(huì)達(dá)到近80%.為什么線框的形狀會(huì)對(duì)答題情況造成這么大的影響呢？究其根源是相當(dāng)一部分學(xué)生沒有建立起正確的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀，誤認(rèn)為線框形狀影響其運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

物理觀念決定著分析問題的方向和思路.沒有正確的物理觀念，在解決問題時(shí)就不能形成正確的思路，憑感覺和經(jīng)驗(yàn)解決問題是不可靠的.上面題目中問題是判斷金屬線框的運(yùn)動(dòng)情況，如果學(xué)生建立起了科學(xué)的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀，不難想到線框的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由它所受的合力決定，而與線框形狀無關(guān).線框所受合力就等于磁場(chǎng)對(duì)其的安培力，利用等效思想可以判斷扇形線框所受安培力方向水平向右，所以垂直MN向右平動(dòng).

高中階段學(xué)生通過勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、相互作用和牛頓運(yùn)動(dòng)定律的學(xué)習(xí)建立起科學(xué)的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀，用其解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題.運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的主要觀點(diǎn)是：物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由它所受的合力決定，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也可以分析物體的受力情況.建立起了正確的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀之后，遇到相關(guān)物理問題時(shí)就會(huì)有正確的思路：分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要先確定其受力;已知物體的受力，要先明確其運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

例題：如圖2所示，某時(shí)刻以質(zhì)量為m、帶正電的小球從空間中某點(diǎn)O開始，恰好沿與水平方向成θ=30°角的直斜線向右上方做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，該空間存在一方向與水平方向夾角α=60°且斜向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)（圖中未畫出）.經(jīng)時(shí)間t后，將此勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)其大小，使帶電小球沿原來方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng).若小球所受其他阻力不計(jì)，重力加速度為g，則以下說法正確的是（?）

A.t時(shí)刻小球運(yùn)動(dòng)的速率為12gt

B.t時(shí)刻小球所受靜電力的功率為32mg2t

C.從開始運(yùn)動(dòng)到上升到最大高度的整個(gè)過程中，靜電力對(duì)小球做的總功為34mg2t2

D.減速過程靜電力對(duì)小球仍然做功

題目中給出了帶電小球t時(shí)刻之前和t時(shí)刻之后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由運(yùn)動(dòng)與相互作用觀可以確定兩種狀態(tài)下的受力情況，具體分析如下表所示：

弄清受力情況之后，再根據(jù)相關(guān)規(guī)律和求出各選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的結(jié)果，從而判斷其正誤.

t時(shí)刻之前F合1=ma1，t時(shí)刻v1=a1t=gt，P電=F電1vcos（α-θ）=32mg2t，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤;B選項(xiàng)正確;由t時(shí)刻之后的受力分析圖可知F電2與v垂直，不做功，因此從開始運(yùn)動(dòng)到上升到最大高度的整個(gè)過程中，靜電力對(duì)小球做的總功即為F電1所做的功，W電=F電11cos（α-θ），x1=12a1t2，聯(lián)立解得W電=34mg2t2，所以C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤.

上述例題的解決是在運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念的指導(dǎo)下，由題中給出的帶電小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定小球的受力情況，再結(jié)合物理規(guī)律判斷各選項(xiàng)的正誤.

物理觀念包括物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀、能量觀三個(gè)要素，文中以運(yùn)動(dòng)與相互作用觀在解決物理問題中的作用為例，說明了物理觀念決定了分析問題的思維方向，在解決物理問題中起著關(guān)鍵作用.物理觀念能指導(dǎo)學(xué)生抓住關(guān)鍵條件排除干擾因素，正確分析解決物理問題，所以在平時(shí)的物理課堂教學(xué)中，讓物理概念規(guī)律的學(xué)習(xí)成為學(xué)生建立物理觀念的過程.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]，北京：人民教育出版社，2018：4-6.