發(fā)揮定性實(shí)驗(yàn)在習(xí)題教學(xué)中的作用＊

薛義榮

（揚(yáng)州新華中學(xué) 江蘇 揚(yáng)州 225009）

1 定性實(shí)驗(yàn)對概念性習(xí)題錯(cuò)誤判斷起著糾正作用

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象［1］．因此物理概念的抽象性，決定著學(xué)生對概念性習(xí)題容易犯錯(cuò)．但借助于定性實(shí)驗(yàn)，會對這些概念性習(xí)題的錯(cuò)誤判斷起到糾正作用．

圖1

【例1】將一玻璃瓶裝水后封閉，放在水平桌面上，在瓶的中部有一個(gè)氣泡處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖1所示．現(xiàn)突然用力將瓶子向前推動一下，則可看到氣泡相對瓶子的運(yùn)動情況是

A．不動 B．向前

C．向后 D．無法確定

評析：學(xué)生只有理解概念，才能正確應(yīng)用概念．直觀材料是形成概念的基礎(chǔ)，因此，在教學(xué)中要借助于直觀材料，比如定性實(shí)驗(yàn)，來啟發(fā)學(xué)生的思維，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，幫助學(xué)生理解概念．本題所需實(shí)驗(yàn)器材比較簡單，一個(gè)帶蓋的礦泉水瓶即可．在學(xué)生思考分析的基礎(chǔ)上，教師可當(dāng)場演示，幫助學(xué)生辨別對錯(cuò)．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不僅可以糾正錯(cuò)誤的判斷，還會加深學(xué)生對“慣性”概念的全面理解．首先，一切物體都有慣性，不僅僅固體、液體有慣性，氣體也有；其次“慣性”是物體保持原有靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)，不是力；再次，質(zhì)量是物體慣性大小的量度．由于氣泡的質(zhì)量遠(yuǎn)小于瓶中水的質(zhì)量，因此瓶中氣泡的慣性比水的慣性小，即水比氣泡保持原有靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)大．所以當(dāng)突然用力將瓶子向前推動時(shí)，可看到氣泡相對瓶子向前運(yùn)動．答案為B．

2 定性實(shí)驗(yàn)對規(guī)律性習(xí)題正確理解起突破作用

通過必要的習(xí)題訓(xùn)練，學(xué)生對物理規(guī)律才能真正理解．在習(xí)題課中，適當(dāng)插入一些定性實(shí)驗(yàn)，會對規(guī)律的理解達(dá)到事半功倍的效果．比如，“超重 失重”這節(jié)課，要求學(xué)生正確理解超重、失重是物體對支撐物的壓力或物體對懸掛物的拉力發(fā)生變化，物體的實(shí)際重力并沒有改變．并且當(dāng)物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，一切與重力相關(guān)的現(xiàn)象隨之消失．這個(gè)規(guī)律運(yùn)用牛頓第二定律，通過理論推導(dǎo)可以得出．但學(xué)生已有錯(cuò)誤的生活經(jīng)驗(yàn)，會對規(guī)律的理解產(chǎn)生干擾或負(fù)遷移作用．為此，我們可以在彈簧秤下掛一重物，讓彈簧秤上下運(yùn)動，會發(fā)現(xiàn)彈簧秤的示數(shù)跟著發(fā)生變化，說明在超重、失重狀態(tài)下拉力大小發(fā)生改變．我們也可以借助于圖2裝置進(jìn)行演示．當(dāng)手抓住側(cè)壁有孔且裝滿水的礦泉水瓶時(shí)，水會流淌出來，但松開手后水不再流出，從而證明完全失重狀態(tài)下，與重物相關(guān)的現(xiàn)象消失．在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步地問學(xué)生，將圖2（a）中的礦泉水瓶向空中拋出，水會流淌出來嗎？相信學(xué)生在剛才定性實(shí)驗(yàn)演示的基礎(chǔ)上，會作出正確解答．

圖2

【例2】（2009年高考浙江物理卷第22題）某同學(xué)從標(biāo)稱為“220 V，25 W”，“220 V，300 W”，“220 V，500 W”的3只燈泡中任選一只，正確使用多用電表測量燈泡阻值，如圖3所示．該燈泡的阻值是______Ω，標(biāo)稱的額定功率為______W．

圖3

評析：第一問容易解決；示數(shù)16乘以倍率10，等于160Ω．關(guān)鍵是第二問，不少同學(xué)錯(cuò)誤地選擇300 W，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為．但忽視了一個(gè)常識，銘牌所標(biāo)的數(shù)值是燈泡正常工作狀態(tài)下的數(shù)值，而此題的燈泡并沒有接在電路中，所測的阻值是燈泡冷卻狀態(tài)下的值．本題考查的不是學(xué)生的計(jì)算能力，而是金屬的電阻率會隨溫度的升高而增大這一規(guī)律．因此在學(xué)完“電阻定律”后，可用萬用電表測銘牌為“220 V，40 W”的燈泡的電阻．會發(fā)現(xiàn)所測阻值在100Ω左右，不到正常工作狀態(tài)下阻值的．這樣學(xué)生對金屬絲電阻隨溫度變化的規(guī)律會理解的更加透徹．此題應(yīng)選擇25 W，而不是300 W，這就體現(xiàn)了定性實(shí)驗(yàn)對規(guī)律性習(xí)題的理解具有突破作用．

3 定性實(shí)驗(yàn)對結(jié)論性習(xí)題準(zhǔn)確建立起驗(yàn)證作用

習(xí)題教學(xué)的目的，不是讓學(xué)生記住結(jié)論，而是通過訓(xùn)練，加深對概念、規(guī)律的理解，提高解決問題的能力．經(jīng)過推理得出的結(jié)論，若配以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不僅可使人感覺物理思維的嚴(yán)密，也會從中體驗(yàn)物理學(xué)的完美．如學(xué)過碰撞后，再研究一個(gè)典型案例．兩個(gè)完全相同的彈性小球，一個(gè)運(yùn)動一個(gè)靜止，相碰時(shí)會交換速度．這個(gè)規(guī)律運(yùn)用動量守恒和能量守恒，結(jié)合數(shù)學(xué)知識容易推出．但若借助于圖4裝置演示一下，學(xué)生對這種結(jié)論性習(xí)題會理解的更加深刻．今后遇到兩個(gè)完全相同的彈性小球，一個(gè)運(yùn)動一個(gè)靜止，發(fā)生碰撞后，會自然想到兩者交換速度．

圖4

【例3】M，N是固定在水平面上的兩個(gè)光滑的金屬導(dǎo)軌，兩個(gè)導(dǎo)體棒ab，cd平行地放在導(dǎo)軌上，如圖5（a）所示．當(dāng)條形磁鐵從abcd的上方向下運(yùn)動時(shí)，看到的現(xiàn)象是

A．兩個(gè)導(dǎo)體棒ab，cd相互靠近

B．兩個(gè)導(dǎo)體棒ab，cd相互遠(yuǎn)離

C．兩個(gè)導(dǎo)體棒ab，cd一起向右運(yùn)動

D．兩個(gè)導(dǎo)體棒ab，cd一起向左運(yùn)動

圖5

評析：此題的常規(guī)解法是作出如圖5（b）所示的示意圖，先根據(jù)右手定則判斷出條形磁鐵向下運(yùn)動時(shí)導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向，再根據(jù)左手定則判斷出兩個(gè)導(dǎo)體棒受到的安培力，從而得到兩棒ab，cd相互靠近的結(jié)論．其實(shí)此題也可根據(jù)楞次定律來解．當(dāng)條形磁鐵向下運(yùn)動時(shí)，若導(dǎo)體棒不動，則穿過abcd閉合回路的磁通量由于磁場的增強(qiáng)而增加，要阻礙其增加，可通過減小閉合回路的面積來實(shí)現(xiàn)，因此兩個(gè)導(dǎo)體棒ab，cd相互靠近．應(yīng)該說這種解法要比常規(guī)解法快捷的多．但若學(xué)生對楞次定律理解不透，尤其不能深刻理解“阻礙”的含義，我們可以借助于圖5（a）裝置演示一下，加以驗(yàn)證，幫助理解．其實(shí)這種事例很多，比如受“同種電荷互相排斥，異種電荷相互吸引；同性磁極相斥，異性磁極相吸”的影響，不少同學(xué)認(rèn)為，同向電流相斥，異向電流相吸．這種錯(cuò)誤的結(jié)論教師可借助于圖6裝置加以論證，而且通過與電荷、磁體間相互作用的對比，更能加深學(xué)生對電流間作用力的理解．

圖6

4 定性實(shí)驗(yàn)對探究性習(xí)題快速突破起輔助作用

有些習(xí)題屬于探究性，可以通過理論分析加以解決，但對其中操作性強(qiáng)的探究題，借助于定性實(shí)驗(yàn)會對該題的快速突破有輔助作用．

【例4】如圖7（a）所示，某電腦愛好者設(shè)計(jì)了一個(gè)“貓捉老鼠”的動畫游戲即在一個(gè)邊長為a的大正方體木箱的頂角A處，老鼠從貓的爪中逃出而奔向木箱的另一個(gè)頂角M處的鼠洞．若老鼠的奔跑速率恒為v，且只能沿著木箱的棱運(yùn)動，而貓可以沿木箱的表面運(yùn)動，則貓應(yīng)沿怎樣的路線勻速奔跑，方能以最小的速率恰在M處再次捉住老鼠，其最小速率為多少？

評析：設(shè)貓的奔跑速率恒為u，經(jīng)時(shí)間t恰與老鼠同時(shí)到達(dá)M 處，貓沿如圖7（a）所示的奔跑路線APM 捉老鼠，取＝x，由運(yùn)動學(xué)規(guī)律可得

消去t得

再通過極值求解．

圖7

也可用紙剪拼成一個(gè)立方體“紙箱”，將貓奔跑所涉及的兩個(gè)相互垂直的平面展開到同一個(gè)平面內(nèi)，如圖7（b）所示，這樣就將貓?jiān)谌S空間內(nèi)選擇最短路線問題轉(zhuǎn)化為在二維平面上選擇路線問題．顯然當(dāng)A，P，M三點(diǎn)共線時(shí)速率最小．此時(shí)

這種定性實(shí)驗(yàn)的方法，明顯要比上面的演繹推理簡便快速得多．

1 閻金鐸，田世昆．中學(xué)物理教學(xué)概論．北京：高等教育出版社，1999．172

2 王勝利．這道高考試題的額定功率為何不是300 W．中學(xué)物理教學(xué)參考，2010（3）

3 蔣天林．利用紙的剪、折、拼巧解物理題．中學(xué)物理教學(xué)參考，2004（9）