劉世軍

摘要：本文以習(xí)題教學(xué)為例，探討如何培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性，即如何把握物理現(xiàn)象的本質(zhì)，物理現(xiàn)象間的邏輯關(guān)系以及如何建立系統(tǒng)的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：習(xí)題；思維培養(yǎng)；思維的深刻性

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-61

48(2009)6(S)-0003-3

在物理教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維品質(zhì)的培養(yǎng)，有利于學(xué)生理解物理事物的本質(zhì)屬性，進(jìn)而掌握其內(nèi)部規(guī)律以及物理事物間的聯(lián)系。物理思維品質(zhì)主要包括思維的深刻性、靈活性、批判性、獨(dú)立性和敏捷性五個(gè)方面。其中，思維的深刻性反映思維的抽象程度和邏輯水平以及思維活動(dòng)的廣度、深度和難度，是物理思維品質(zhì)的基礎(chǔ)。思維深刻性發(fā)展水平的高低，必然會(huì)影響思維品質(zhì)其它方面的發(fā)展水平。若學(xué)生沒有對(duì)物理概念、規(guī)律的正確、深入的理解，就很難把握其本質(zhì)和規(guī)律，也很難靈活地解決物理問題，更談不上創(chuàng)造性和批判性。因此，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理思維品質(zhì)，首要的是培養(yǎng)思維的深刻性。下面以習(xí)題教學(xué)為例，談?wù)剬?duì)學(xué)生思維深刻性的培養(yǎng)。

1 深入理解概念和規(guī)律，把握物理現(xiàn)象的本質(zhì)

理解物理概念、規(guī)律的確切含義，辨別關(guān)于概念、規(guī)律的似是而非的說法，這是歷年高考基本的考查要求。相應(yīng)地，這要求學(xué)生的物理思維

具有較強(qiáng)的深刻性。

例1 如圖1所示，一導(dǎo)體球A帶有正電荷，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E瑼。在球A的球心O與P點(diǎn)連線上的B點(diǎn)有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E瑽。當(dāng)A、B同時(shí)存在時(shí)，P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小為

A．E瑽B．E瑼+E瑽

C．|E瑼-E瑽|D．以上說法都不對(duì)

本題主要考查學(xué)生是否理解靜電場(chǎng)中的疊加原理。根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，靜電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于空間所有電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。于是，有的學(xué)生不加思索，錯(cuò)選答案B。出錯(cuò)的原因可能是：學(xué)生忽略了在B處放置點(diǎn)電荷后，由于帶電體A不是點(diǎn)電荷，A球上的電荷將會(huì)重新分布，它在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)是E′瑼，而不是E瑼，此時(shí)P處場(chǎng)強(qiáng)的大小應(yīng)是|E′瑼-E瑽|，而不是|E瑼-E瑽|，所以本題正確答案為D。顯然，對(duì)“帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)”以及疊加原理中的“單獨(dú)存在”的理解是否深刻，是解答本題的關(guān)鍵。

2 注意規(guī)律的適用條件，發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象的本質(zhì)

物理規(guī)律或公式，都是在一定條件下成立的。條件不滿足時(shí)，規(guī)律、公式就不成立或被另外的形式所代替。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生必須弄清規(guī)律和公式成立的條件，有時(shí)還需要進(jìn)一步弄懂為什么有這樣的條件，否則會(huì)影響他們物理思維的深入發(fā)展，也會(huì)阻礙學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題能力的提高。

例2 圖2為一交變電流隨時(shí)間作周期性變化的圖像，此交流電的有效值是

A．52A

B．5A

C．3.52A

D．3.5A

有些學(xué)生直接套用課本中關(guān)于正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系式I=I璵2。出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的原因在于學(xué)生忽略了本題中的交流電不是正弦交流電，I=I璵2只對(duì)正弦交流電成立。正確的思路應(yīng)根據(jù)交流電有效值的定義，即相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同，進(jìn)行求解。

由I12RT2+I22R T2=I2RT，

解得I=I21+I322=5A。

因此，在解題中教師要善于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)題目中所給條件的差異，從而尋找解答的思路與方法。

3 挖掘問題中隱含條件，揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)

雖然物理語言科學(xué)、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔，但表達(dá)仍存在顯性和隱性之分。在物理問題、物理現(xiàn)象和物理過程的描述中，有些表達(dá)的意義明確、清晰；而有的表述相對(duì)隱性，學(xué)生若不仔細(xì)閱讀和思考，就很難發(fā)現(xiàn)其意義。

例3 如圖3所示，要使小球沿斜坡無摩擦地下滑進(jìn)入圓形軌道兜圈而不脫離圓形軌道，小球至少應(yīng)從多高的位置下滑？（設(shè)圓形軌道半徑為R）

解答本題的關(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)兩個(gè)隱含因素：一是由于小球與軌道間無摩擦，可知它在左半圓和右半圓的受力和速度情況具有對(duì)稱性，因此只需分析其中任一半圓；二是明確使小球沿圓形軌道兜圈而不脫離軌道的臨界條件，即球在圓形軌道最高點(diǎn)與軌道之間的壓力為0。

從A到B，根據(jù)機(jī)械能守恒定律

mgh=12mv2+2mgR。

在最高點(diǎn)B，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和向心力公式mg=mv2R。

由以上兩式解得

h=2.5R。

善于發(fā)現(xiàn)和利用題中的隱含條件，從而揭示問題本質(zhì)，這是解答難題的前提，也是使學(xué)生思維向縱深發(fā)展的一個(gè)重要方面。

4 嚴(yán)密推理，遵循物理現(xiàn)象的邏輯關(guān)系

物理現(xiàn)象各要素之間存在一定的邏輯關(guān)系。解題的過程，是按思維流程分析找出規(guī)律的過程，如果思維過程符合物理現(xiàn)象邏輯關(guān)系，思維就流暢、準(zhǔn)確。

例4 設(shè)氫原子中電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，電子電量的大小為e，電子的質(zhì)量為m。加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的外磁場(chǎng)，其方向垂直于氫原子中電子運(yùn)動(dòng)的軌道平面。如果電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不變，而頻率f有微小變化，試討論f如何變化。

解答：

原來在電場(chǎng)力作用下，電子做圓周運(yùn)動(dòng)，只有電場(chǎng)力提供向心力，即

F向=ke2r2=mrω2，①

ω、r分別是電子繞核運(yùn)動(dòng)的角速度和半徑。

加磁場(chǎng)后，除原電場(chǎng)力外，電子還受到磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電子的洛侖茲力作用，向心力變化為

F′向=ke2r2±evB=mrω′2。②

由于軌道半徑r不變，所以電子運(yùn)動(dòng)的線速度v和角速度ω都要變化，因此頻率f也要變化。

由①、②兩式得

evB=±m(xù)r（ω′2-ω2）

=±m(xù)r（ω′-ω）（ω′+ω）。③

因頻率f有微小變化，所以

ω′+ω≈ω+ω=2ω。

則③式變?yōu)?/p>

evB≈±2mrω（ω′-ω），

即ω′-ω≈2πf′-2πf=-2πΔf

＝±eB2m，

所以Δf=±eB4πm。

如圖4，當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)的方向與外磁場(chǎng)B的方向組成右螺旋時(shí)，Δf為正，即f增加。當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)的方向與外磁場(chǎng)B的方向組成左螺旋時(shí)，Δf為負(fù)，即f減小。

本題中的物理邏輯關(guān)系在于：物體的運(yùn)動(dòng)由受到的力所決定，后者是電場(chǎng)力和洛侖茲力共同提供向心力。

5 全面分析，建立系統(tǒng)的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)

物理問題普遍都有一定的約束條件，約束越大，思維的單一性越強(qiáng)；約束越小，思維的發(fā)散性越強(qiáng)。

例5 如圖5所示，圖中ABC為光滑軌道，質(zhì)量為m1的小球從A點(diǎn)滾下，在C點(diǎn)和質(zhì)量為m2的小球發(fā)生彈性正碰，m1和m2的落地點(diǎn)D、E到O點(diǎn)的距離s1s2=14，求m1m2。

設(shè)碰前m1的速度為v0，碰后m1的速度為v1，m2的速度為v2，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律

v1v2=s1s2=14。

根據(jù)彈性正碰規(guī)律，得

v1=(m1-m2)v0(m1+m2)，v2=2m1v0(m1+m2)，

所以v1v2=m1-m22m1=14，m1m2=21。

上述解答看似完成了，其實(shí)這只是本題的答案之一。由于本題沒有明確給出兩球的質(zhì)量關(guān)系，學(xué)生順著直覺思維容易判斷出m1＞m2時(shí)，m1與m2相碰后一起下拋的情況。但本題中也可能m1＜m2，則碰后m1的速度v1沿與v0相反方向運(yùn)動(dòng)，m1重返軌道上升到某處后又向下運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)以速度v1平拋。此時(shí)

m1＜m2，v1v2=m2-m12m1=14，

解得m1m2=23。

由此可見，問題的約束條件較少，答案就可能存在多樣性。顯然，這類問題對(duì)培養(yǎng)學(xué)生思維的發(fā)散性，建立全面而系統(tǒng)的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)是十分有益的。

(欄目編輯趙保鋼)