如何處理中學階段某些難以完美解釋的物理問題

范曉波

(靖江市第一高級中學 江蘇 泰州 214523)

在高中物理中，受學生認知水平的限制，有部分知識點不能從理論上給予完美的解釋，這就需要授課教師盡量采用一些變通的方法來幫助學生感知、認識它們．筆者以幾個知識點為例，簡要談談常用的處理方法．

1 正反兼顧

以討論“一對相互作用力的功”為例．

一對相互作用力的功與一對平衡力的功不同，不一定等值異號．為了強調這一點，講授時一般通過舉例說明，但在過多強調相互作用力的功不一定等值異號的同時，兩者何時等值異號卻被疏忽，直至遇到如下類似問題.

如圖1所示，重球m用一條不可伸長的輕質細線拴住后懸于O點.重球置于一個斜面不光滑的斜劈M上.用水平力F向左推動斜劈M在光滑水平桌面上由位置A勻速向左移動到位置B.在此過程中，正確說法是

圖1

A．m與M之間的摩擦力對m做正功

B．M與m之間的摩擦力對m做負功

C．F對M所做的功與m對M所做的功的絕對值相等

D．M，m間相互作用的彈力對m所做的功與對M做的功絕對值不相等

對于選項D，相信絕大多數學生都會毫不猶豫地選上.事實上它是錯誤的．教師在講評時，多數采用畫圖的方法，比較“小球位移sm和斜面位移sM在相互作用的彈力FN方向的分量”得出結論．如果僅此而已，反而會使學生再次無所適從．若及時來個設問和總結，所有問題都會迎刃而解．具體如下：

設問：一對相互作用力的功何時等值異號？

總結：(1)相互作用的兩個物體相對靜止；

(2)相互作用的兩個物體間的相對運動方向與相互作用力方向垂直．

這兩種情況下，兩個物體對地位移在相互作用力方向的分量都相等，因此相互作用力做功等值異號．本例屬于第二種情況．

2 限定范圍

圖2

所以路程

所以路程

3 適度定量

以討論“多普勒效應”為例．

定性結論是：當波源與觀察者相互靠近時，觀察者感覺到的頻率將增大；當波源與觀察者相互遠離時，觀察者感覺到的頻率將減小．那么，如果波源與觀察者不斷勻速靠近(或遠離)，觀察者感覺到的頻率是不是就不斷增大(或減小)呢？學生不得而知，而且容易發生誤解．用一種形象的方法幫助學生理解多普勒效應的定量規律很有必要．下面分兩種情況針對聲波作討論.

(1)聲源不動，觀察者以速度u相對于地面向聲源靠近，如圖3所示．以觀察者為參考系，聲波傳播的速度為vS+u，相當于聲波的傳播速度大小發生了變化．

圖3

由表達式可知，觀察者的對地速度u不變，觀察者感覺到的頻率也不會變化，不過始終大于聲源的實際頻率f．

(2)觀察者不動，聲源以速度v(v

圖4

由表達式可知，聲源運動速度不變，觀察者感覺到的頻率也不會變，不過始終大于聲源的實際頻率f．

相互遠離的情況可進行類似的分析．

4 形象類比

以討論“電磁波傳播過程中，為何電場強度和磁感應強度同時達到最大”為例．

在介紹電磁波特點時，課本上給出一幅圖，如圖5所示．

圖5

每年筆者教畢業班，都有學生針對這幅圖提出疑問，因為這跟學生已有觀念中的結論“磁感應強度的變化率越大，感應電場的場強越大”有沖突．該問題實際上只能借助于麥克斯韋方程組、微積分等才能完美解釋．高中階段可采用類比法說明．

如圖6所示，設想是“橫波在彈性繩中向右傳播”．在豎直線1，2中央，質點處在平衡位置，其速度最大，動能也最大.同時，該質點與兩側相鄰質點間距離最大，說明此處彈性繩的形變程度最大，具有的彈性勢能也最大；在豎直線3，4中央，質點處在端點處，質點的速度為零，動能也為零.同時，該質點與相鄰質點間距離很小，說明此處彈性繩的形變程度很小，具有的彈性勢能也很小．電磁波傳播過程中，空間電場強度、磁感應強度的大小分布與橫波傳播時空間動能、彈性勢能的大小分布類似．

圖6

學生遇到難題的時候，也正是體現教師智慧的時候．對一些難以理解的知識點運用巧妙的方法適當深入，有助于學生全面的理解和掌握．也只有及時解決了學生心中的疑惑，才能讓他們輕裝前行，在探索物理學奧秘的道路上勇往直前．