朱 偉

(湖州市南潯中學(xué) 浙江 湖州 313009)

高中物理知識(shí)目標(biāo)教學(xué)主要分為概念教學(xué)、規(guī)律教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和習(xí)題教學(xué)4部分.在概念、規(guī)律教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)展示已成為課堂教學(xué)的主要手段之一，可以達(dá)到突破難點(diǎn)，提高教學(xué)效率的作用.但筆者發(fā)現(xiàn)，在習(xí)題教學(xué)中，很少有配套實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)輔助教學(xué).解決習(xí)題過(guò)程，以對(duì)物理知識(shí)的理解為基礎(chǔ)，但又是比理解更為復(fù)雜、更為高級(jí)的認(rèn)識(shí)活動(dòng).學(xué)生會(huì)因缺乏物理情境而難以吸收與內(nèi)化.在習(xí)題教學(xué)中，積極引入實(shí)驗(yàn)教具，往往會(huì)取得事半功倍的效果.

1 有助于情境構(gòu)建完善概念

在教學(xué)中，經(jīng)常聽(tīng)到學(xué)生說(shuō)，物理課的學(xué)習(xí)是“一看就懂，一聽(tīng)就會(huì)，一做就錯(cuò)，一考就傻”.為什么學(xué)生在面對(duì)新的習(xí)題時(shí)，不知如何應(yīng)用規(guī)律呢？筆者認(rèn)為，最重要的原因是，學(xué)生在解題時(shí)，不能在頭腦中建立起相應(yīng)的物理情境.而教具的使用，實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,能幫助學(xué)生生成物理情境，形成正確、科學(xué)的表象,最終幫助學(xué)生完善概念，掌握規(guī)律.

【例1】人在單杠上做引體向上，雙臂平行或雙臂張開(kāi)(圖1中甲和乙)，都可以把自己向上升起.關(guān)于兩種狀態(tài)下人的雙臂用力的大小，下列說(shuō)法正確的是

A．狀態(tài)甲用力大

B．狀態(tài)乙用力大

C．兩種狀態(tài)下，用力一樣大

D．兩種狀態(tài)下，用力無(wú)法比較

圖1

解析：本題是“力的合成”一課上完之后，安排的課后練習(xí).雖然在學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道“在分力一定時(shí)，夾角越大，合力越小”這個(gè)知識(shí)，但由于本題是從反向來(lái)應(yīng)用這個(gè)規(guī)律，加之沒(méi)有從力的角度分析過(guò)引體向上，導(dǎo)致很多學(xué)生選了錯(cuò)誤的選項(xiàng)A.為了給學(xué)生展現(xiàn)本題所述的情境，筆者特意做了一個(gè)教具，如圖2.裝置使用生活中常見(jiàn)的橡皮繩，在橡皮繩的中間掛上鉤碼，當(dāng)增加繩間的夾角時(shí)，從橫梁上的刻度，可以很清晰地看到，橡皮繩變長(zhǎng)了，說(shuō)明繩上的彈力增加了.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易得到選項(xiàng)B.同時(shí)，也能得到一個(gè)新的規(guī)律，“在合力一定的情況下，夾角越小，分力越小.”可見(jiàn)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.在教師引導(dǎo)下，通過(guò)觀察、動(dòng)手、動(dòng)腦幾個(gè)步驟，拓寬了學(xué)生的思路，使學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)逐步上升為理性認(rèn)識(shí).

圖2

2 有助于啟發(fā)思維增強(qiáng)能力

帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，綜合性較強(qiáng)，解這類(lèi)問(wèn)題既要用到物理中的洛倫茲力、圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，又要用到數(shù)學(xué)中的平面幾何(如圓)及解析幾何知識(shí).對(duì)于學(xué)生來(lái)講，解決此類(lèi)問(wèn)題，難度較大.解決此類(lèi)問(wèn)題，最關(guān)鍵的是找到粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，介紹一個(gè)好的工具給學(xué)生往往能夠啟發(fā)學(xué)生思維，增強(qiáng)其思維能力.

圖3

圖4

圖5

帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，軌跡固定的題目很多，因此，軌跡圓這個(gè)教具用處還是很大的.隨后，筆者動(dòng)手為學(xué)生做了一些小的軌跡圓，與如圖4相同.學(xué)生使用之后，紛紛表示太神奇了.軌跡圓教具的推出不僅啟發(fā)了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，并且使學(xué)生對(duì)筆者的教學(xué)更信服了，真是一舉多得.

3 有助于增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)提高認(rèn)知水平

在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)較為抽象并闡述有科技裝置的習(xí)題，即使教師進(jìn)行課堂講解，學(xué)生還有可能不得要領(lǐng)，比如，磁流體發(fā)電機(jī)、早期發(fā)電機(jī)、電能輸送裝置.筆者分析認(rèn)為主要原因在于此類(lèi)習(xí)題缺乏表象，不易使學(xué)生形成感性認(rèn)知.解決此問(wèn)題的方法之一即為學(xué)生提供具體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蜓b置.嘗試自制一些模型、教具，再現(xiàn)其過(guò)程.通過(guò)模型或教具的演示，問(wèn)題可清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，提高與加深了學(xué)生的認(rèn)知與理解.

【例3】目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī).圖6表示它的原理,將一束等離子體噴射入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A，B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓.以下正確的是

A．B板帶正電

B．A板帶正電

C．其他條件不變，只增大射入速度，UAB增大

D．其他條件不變，只增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，UAB增大

圖6

解析：磁流體發(fā)電是將帶電的流體(離子氣體或液體)以極高的速度噴射到磁場(chǎng)中去，利用磁場(chǎng)對(duì)帶電流體產(chǎn)生的作用，從而發(fā)出電來(lái).高中新課程教材《選修3-1》和各類(lèi)教輔資料均有介紹.本題通過(guò)左手定則不難判斷出正離子在洛倫茲力的作用下向下偏轉(zhuǎn)，而負(fù)離子向上偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致A板帶負(fù)電，B板帶正電，所以選項(xiàng)A正確.隨著打在板上的電荷越

來(lái)越多，最終導(dǎo)致后面穿過(guò)的離子所受的電場(chǎng)力(AB板帶電產(chǎn)生電場(chǎng))和洛倫茲力平衡，即qE=qvB，而UAB=Ed，得到UAB=vBd，所以,可以判斷選項(xiàng)C，D正確.題目雖然解出來(lái)了，但學(xué)生還會(huì)存在疑問(wèn)，磁流體發(fā)電機(jī)真能發(fā)電嗎？為了打消學(xué)生的疑問(wèn)，教師們?cè)O(shè)計(jì)制作了一臺(tái)磁流體發(fā)電機(jī).

此教具以飽和NaNO3溶液為流體，該溶液以一定的流速進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)，電荷在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)至兩金屬銅極，發(fā)出電來(lái)，從而彌補(bǔ)高中物理演示實(shí)驗(yàn)教具的空白.制作本裝置，需要用到有機(jī)玻璃，銅條2片，強(qiáng)磁鐵2塊，數(shù)字式萬(wàn)用表，氯仿(有機(jī)溶劑)等材料，裝置如圖7.高溫高壓等離子體可用飽和NaNO3溶液替代.使用時(shí)，銅條接上數(shù)字電壓表，將已配制的飽和NaNO3溶液倒入電解質(zhì)溶液槽中，打開(kāi)閥門(mén)，通過(guò)玻璃管經(jīng)兩銅條流入回收槽；觀察微安表或數(shù)字式萬(wàn)用表的示數(shù)變化情況；測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，銅條兩端所測(cè)電壓最大值可達(dá)60 mV，微安表示數(shù)最大值可達(dá)50 μA.演示確實(shí)說(shuō)明了磁流體發(fā)電機(jī)能發(fā)電，真正消除了學(xué)生的疑問(wèn).同時(shí),此裝置為涉及到霍爾效應(yīng)的題目，提供了實(shí)驗(yàn)支持，今后學(xué)生遇到類(lèi)似的問(wèn)題都能快速理解.

圖7 磁流體發(fā)電機(jī)

在習(xí)題教學(xué)中，如果能充分利用好實(shí)驗(yàn)教具，確實(shí)能幫助學(xué)生，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)思考把知識(shí)點(diǎn)更快地轉(zhuǎn)化為理性認(rèn)識(shí)，從而更好地解決所遇到的實(shí)際問(wèn)題，最終提高了學(xué)生的解題能力，提高了教學(xué)效果.更為重要的是，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教具的展示促進(jìn)了學(xué)生深刻理解物理知識(shí)的本質(zhì)，源于生活實(shí)踐的問(wèn)題解決策略有助于對(duì)物理與社會(huì)生活關(guān)系的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)物理本質(zhì)的理解.