龔湘萍 陳禮生

摘 要 通過本文高考題的教學(xué)和討論，雖然給我們的感覺是作為高考題好像缺乏科學(xué)嚴(yán)密性，作為復(fù)習(xí)教學(xué)選題又很不好處理，但是通過這段題的分析討論和多層次辨析，不僅可以端正學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，而且可以培養(yǎng)學(xué)生不迷信權(quán)威和敢于作出正確的決斷的能力，可以使學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)，形成發(fā)散思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力，提供學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 電磁感應(yīng) 高考題的科學(xué)

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

高考原題：如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為 ，間距為d。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導(dǎo)軌上，距底端的距離為s，導(dǎo)軌與外接電源相連，使金屬棒通有電流。金屬棒被松開后，以加速度a沿導(dǎo)軌勻加速下滑，金屬棒中的電流始終保持恒定，重力加速度為g。求下滑到底端的過程中，金屬棒

（1）末速度的大小;

（2）通過的電流大小I;

（3）通過的電荷量Q。

這是2018年高考江蘇卷第21題，在高三物理復(fù)習(xí)過程中遇到這道題時，給學(xué)生進(jìn)行講解時給老師帶來了不少困惑，因此筆者對該題的解答、命題立意和科學(xué)性探究分析如下，以供廣大同行一起商榷。

原題解答：（1）勻加速直線運動，解得。

（2）安培力，金屬棒所受合力。

牛頓運動定律

解得

（3）運動時間，電荷量

解得

命題立意：原題的立意是設(shè)定金屬棒中的電流恒定，金屬棒勻加速下滑，沒有給出電路的電阻，且設(shè)問要求計算的量都不涉及到因為時間的積累而引起變化的物理量，故作為一個題目的特定條件或者引申為一個特別的“理想化模型”也都能夠說得過去，只要不去考慮物理過程的內(nèi)在機(jī)理，題目還是正確的。

問題討論：但在實際教學(xué)過程中，金屬棒做勻加速下滑，隨時間的積累速度會增大，而金屬棒在磁場中做切割磁感線運動，必然要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)右手定則可知，此電動勢比為反電動勢，即與外接電源產(chǎn)生電流的方向相反，故合電動勢減小，將會引起電路中的電流減小，電路中的電流減小，使金屬棒受到的安培力減小，則金屬棒的合外力增大，金屬棒將做變加速運動，如此循環(huán)下去，所有變化趨勢都是否定題設(shè)條件的，在教學(xué)過程中很難對學(xué)生給出合理的解釋，因此在實際教學(xué)中只能順勢引導(dǎo)學(xué)生開展如下問題討論：（1）為了滿足通過金屬棒的電流恒定，必須保證電路中的合電動勢不變，怎樣才能保證電路中的合電動勢不變？（2）為了滿足金屬棒勻加速下滑，必須滿足金屬棒所受合外力保持不變，在安培力減小的情況下，怎樣保持合外力不變？如此操作金屬棒還是不是自然松開？（3）計算通過金屬棒的電荷量時，根據(jù)定義式求解是適應(yīng)任何情況的，但如果電路中的電流不是恒定的，甚至不是均勻變化的，那么究竟是按照定義式計算還是按照法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)得出的來計算更合適呢？（4）如果問題的解答過程要涉及到電路的電阻，那應(yīng)該怎樣設(shè)定電路的電阻呢？

筆者在實際教學(xué)討論當(dāng)中也得出了以下的討論結(jié)果：（1）為了保證電路中的合電動勢不變，可以提供電動勢均勻增大的外接電源;（2）為了保證金屬棒所受合外力保持不變，可以提供一個均勻變化的沿導(dǎo)軌向上的外力，但金屬棒不再自然松開;（3）考慮到計算電荷量可以用平均感應(yīng)電動勢的特殊性及電流的變化隨時間的積累性，計算電荷量還是用更為合理;（4）如果考慮電路中的電流恒定，金屬棒切割磁感線產(chǎn)生反電動勢，電路中的合電動勢減小，故電路中的電阻應(yīng)該減小，隨金屬棒的下滑，接入電路中的導(dǎo)軌長度變大，電阻只能變大而不能變小，故最好還是設(shè)定導(dǎo)軌的電阻不計，整個電路的電阻恒定。

科學(xué)探究：由以上問題討論可知，要找到一個電動勢隨時間增大的電源或者隨時間減小沿導(dǎo)軌向上的外力都很難，而且起始值又該如何設(shè)定呢？考慮要計算通過金屬棒的電荷量，題目中可以計算閉合電路增大的面積，更為合理的是設(shè)定電路的電阻。其中增加一個沿導(dǎo)軌向上的外力就一定要改變題目自由松開金屬棒的命題立意，設(shè)定電路的電阻只是改變求解通過金屬棒的電荷量的思維方向，對整個命題立意沒有影響，因此要解決問題的唯一出路只能是給出一個隨時間均勻增大的外接電源。然而這項工作在考生解題過程中是無法解決的，在學(xué)生復(fù)習(xí)和老師的教學(xué)過程中也不好解決，因此，這就要求高考命題必須嚴(yán)格遵循科學(xué)性原則，題設(shè)條件必須經(jīng)得起嚴(yán)密的邏輯推敲，否則，作為一道高考題就失去了考查學(xué)生能力功用和對后續(xù)復(fù)習(xí)的指導(dǎo)性。

教學(xué)反思：通過這道高考題的教學(xué)和討論，雖然給我們的感覺是作為高考題好像缺乏科學(xué)嚴(yán)密性，作為復(fù)習(xí)教學(xué)選題又很不好處理，但是通過這段題的分析討論和多層次辨析，不僅可以端正學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，而且可以培養(yǎng)學(xué)生不迷信權(quán)威和敢于作出正確的決斷的能力，可以使學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)，形成發(fā)散思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力，提供學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。