黃建新

摘 要：本文通過(guò)三個(gè)中學(xué)物理教學(xué)中深度思考的案例，闡述了中學(xué)物理教師“格物致知”的教學(xué)理念。

關(guān)鍵詞：格物致知；深度思考

中圖分類號(hào)：G622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2016）12-155-02

在二十多年的物理教學(xué)生涯里，我的教學(xué)理念只有四個(gè)字：“格物致知”?！冬F(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》是這樣解釋的：“格物致知”，就是窮究事物的原理法則而總結(jié)為理性知識(shí)。作為以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神為己任的中學(xué)物理教師，“格物致知”的理念，引領(lǐng)著我不斷探索。下面，我就以三個(gè)教學(xué)隨筆為例，談?wù)勎以谖锢斫虒W(xué)中是如何進(jìn)行深度思考的，和大家一起交流。

深度思考一：萬(wàn)有引力定律和庫(kù)侖定律的類比

在高一《萬(wàn)有引力》一章的習(xí)題中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣一道題：假設(shè)有一個(gè)質(zhì)點(diǎn)位于質(zhì)量分布均勻的球殼內(nèi)，所受萬(wàn)有引力合力為多少？

答案是無(wú)論這個(gè)質(zhì)點(diǎn)位于哪個(gè)位置，它所受的合力為零，學(xué)生很難理解。為了把這個(gè)問題弄清楚，我查閱了相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，進(jìn)行了深入的思考。原來(lái)，還必須引入立體角的概念。

人教版選修3-1第一章《庫(kù)侖定律》中，提到了卡文迪許通過(guò)類比的方法，判斷出點(diǎn)電荷之間的靜電力滿足平方反比定律。

為了弄清卡文迪許的是如何得出結(jié)論的，我又大量查閱了資料。原來(lái)，早在庫(kù)侖定律發(fā)現(xiàn)之前十多年，卡文迪許就用兩個(gè)球殼做過(guò)一個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)，證明球殼內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零。由于牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，利用萬(wàn)有引力與距離平方成反比的規(guī)律，證明了在均勻物質(zhì)球殼內(nèi)任一點(diǎn)引力合力為零?？ㄎ牡显S由此想到，正因?yàn)锽球殼內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，與牛頓書中提及的均勻球殼相似，所以兩帶電體之間的靜電力，也應(yīng)該服從和萬(wàn)有引力一樣的平方反比規(guī)律。這種方法，就叫類比。

我嘗試著把以上的思考和學(xué)生共享。從立體角的引入，到球殼內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)萬(wàn)有引力合力為零的推導(dǎo)，直至通過(guò)靜電實(shí)驗(yàn)研究卡文迪許的類比思想。學(xué)生和我一起進(jìn)入了思索的絕妙境界。

深度思考二：演示運(yùn)動(dòng)的合成與分解

十多年以前，我第一次講《運(yùn)動(dòng)的合成與分解》第一節(jié)時(shí)，做了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1、在一支一端開口的長(zhǎng)玻璃管里裝滿水，將一小截圓柱體形狀的蠟燭頭懸浮在開口一端，然后用小像膠塞封閉玻璃管；；

2、迅速將玻璃管倒置，讓蠟燭頭位于最底部，同時(shí)將玻璃管貼著黑板，讓學(xué)生觀察小蠟燭頭的運(yùn)動(dòng)：從底部勻速上升到頂部，位移為AB；

3、再次迅速將玻璃管倒置，重新讓蠟燭頭位于最底部，同樣將玻璃管貼著黑板，并水平勻速移動(dòng)玻璃管到C，讓學(xué)生再次觀察小蠟燭頭的運(yùn)動(dòng)：沿右上方勻速運(yùn)動(dòng)，位移為AD。

結(jié)論：圖3中的實(shí)驗(yàn)情形，表明紅蠟燭同時(shí)參與了水平和豎直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，位移AD是位移AB和AC的合位移。

我原以為這個(gè)問題非常簡(jiǎn)單，學(xué)生不會(huì)有疑問。沒想到，剛下課，就有學(xué)生問我：“蠟燭為什么在水中會(huì)做勻速運(yùn)動(dòng)呢？”

“因?yàn)樗幱趹腋顟B(tài)，重力與浮力相等。”我順口回答。

“那，剛開始那一段呢？蠟燭在底部的時(shí)候，不是速度為零嗎？怎么一下子做勻速運(yùn)動(dòng)了呢？”

“剛開始肯定做加速運(yùn)動(dòng)，至于具體分析，我明天告訴你吧?！?/p>

接下來(lái)的時(shí)間里，我詢問同組的老師，自己又進(jìn)行了深入的思考，這才意識(shí)到自己原來(lái)犯了一個(gè)大錯(cuò)誤。

事實(shí)上，我忽略了一個(gè)重要因素：水的阻力！蠟燭在上升過(guò)程中，不僅受水的浮力，還要受到水對(duì)它向下的阻力，而且阻力隨速度的增大而增大。剛開始的時(shí)候，浮力大于重力和水的阻力，所以加速上升，而阻力也不斷增大，所以，蠟燭做加速度越來(lái)越小，速度越來(lái)越大的變加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)浮力、重力、阻力合力為零時(shí)，加速度為零，速度最大，蠟燭做勻速運(yùn)動(dòng)。

可見，物理教師必須反復(fù)思考，不斷拓展思考的空間，追求博大精深。

深度思考三：多普勒效應(yīng)公式的推導(dǎo)

在一次物理課上，我給學(xué)生講《多普勒效應(yīng)》一節(jié)，本以為這節(jié)課不是什么重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生應(yīng)該不難理解。

“所謂多普勒效應(yīng)，指的是這樣一種現(xiàn)象：由于波源或觀察者的運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)觀測(cè)到的頻率與波源頻率不同?！蔽页錆M信心的講解。

我還打了個(gè)比方，如果波源一秒鐘發(fā)出10個(gè)波，波源頻率為10赫茲。而觀察者向著波源運(yùn)動(dòng)，則一秒鐘接受到的波數(shù)肯定大于10個(gè)，所以觀測(cè)頻率大于10赫茲，如果背離波源運(yùn)動(dòng)，情況正好相反。同理，如果觀察者不動(dòng)，波源向著觀察者運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)頻率也會(huì)大于10赫茲。

我知道，這個(gè)公式在高中階段肯定不要求推導(dǎo)的，可是，既然學(xué)生問起，怎么也得給他一個(gè)滿意的回答?？墒?，我怎樣才能講清楚呢？

經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮，查閱相關(guān)資料和大學(xué)書籍，我終于總結(jié)出一種推導(dǎo)的方法，并詳細(xì)記錄在本子上，茅塞頓開，立即整理在筆記本上。

我是這樣思考的：

如圖，O點(diǎn)表示波源，同心圓表示波面。那么，對(duì)于觀察者來(lái)說(shuō)，所謂波長(zhǎng)，就是以觀察者為參考系，相鄰波面的半徑之差；所謂波速，就是以觀察者為參考系，波源相對(duì)于介質(zhì)中的傳播速度，注意，是傳播速度，不是波源的運(yùn)動(dòng)速度。而所謂觀測(cè)頻率，就是以觀察者為參考系，波長(zhǎng)與傳播速度的比值。

第一種情況：波源靜止而觀察者運(yùn)動(dòng)。