高中物理課堂教學的問題設計

潘為杰

孔子有語“不憤不啟，不悱不發”，“憤”與“悱”有個共同的大前提，就是得有個問題，“啟”與“發”是后續的教學行為，離開問題的引領，“啟”與“發”就無從談起。從這一層面看，課堂教學能否成功，問題設計是第一步。什么樣的問題設計算是成功的呢？

1.能夠充分體現教師的主導作用

教師是課堂教學的組織者。課堂教學是否成功，某種意義上反映的就是教師主導課堂的能力。通過問題引領學生的思考，將教學內容有機融合，是值得我們優選的一種方法。如高中物理選修3-4《波的衍射》一節，教師可以通過“聞其聲不見其人”的情境，給出聲波的衍射概念：聲波繞過障礙物繼續傳播的現象。在此基礎上設問：聲波是波，光波也是波，為什么聲波繞了過來，而光沒有繞過來呢（我們聽到了聲音但沒看到人）？從而激發學生認知渴望，展開“探究產生明顯衍射條件”的教學。整個課堂教學如行云流水，自然流暢。

2.有助于學生認知水平的提高

通過一系列富有啟發性的問題設置，降低思維的難度，引領學生思考，這是攻堅克難時常用的問題設計思路。如在“電流的定義式”的教學時，很多學生對以下這個問題甚為困惑：計算0.1秒內10個質子與10個電子同時以相反的方向通過一個界面所形成的電流大小。這個問題中，學生的困惑主要在于，電荷量是兩個相加還是相減的問題。對此，我們可以設置以下幾個有梯度的問題予以引領：（1）電流的方向是如何規定的？答：我們規定正電荷的定向移動方向為電流的方向。（2）此題中10個質子與10個電子定向移動所形成的電流是相互加強還是相互削弱的？答：二者形成的電流方向相同，故是相互加強的。（3）如果只有10個質子定向移動，電流如何求？考慮到還有10個電子反向通過，應該如何求？答：如果只有10個質子定向移動，電流大小應為I=■=■A=1.6×10■A；考慮到同時有10個電子方向通過（加強了電流），則I=■=■A=3.2×10■A

3.內同上有一定的延續性，思維上有一定的挑戰性

內容上有延續性，這樣的問題設計承前啟后、自然流暢，節省了學生的審題時間，有利于學生認清前后知識之間的內在聯系；思維上具有一定的挑戰性，這樣的問題設計才能更好地激發學生學習的動機。下面是筆者在總復習時設計的一組這種類型的問題。

例1：如圖1，一小物塊質量為3kg，它與水平地面的動摩擦因數是0.1，在一與水平方向成37°角、大小為50N的恒力作用下，從靜止開始運動，求其3s內位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

（1）對小物塊進行受力分析（如圖2）：

其中，支持力F■和摩擦力F■只是可能有，是否真的有要通過力的運算方可知曉。

（2）對小物塊的受力進行運算：

將F沿水平和豎直方向進行分解。

水平分力F■=Fcos37°=50×0.8N=40N

豎直分力F■=Fsin37°=50×0.6N=30N

∵F■=G ∴F■=0 F■=0

即小物塊僅受G和F兩個力的作用，它將在水平方向做初速為0的勻加速直線運動。

（3）用牛二定律求出加速度：

豎直方向合力為0，加速度在水平方向，物體做水平方向的勻加速直線運動。

F■=maa=■=■m/s■

（4）用勻變速直線運動位移公式求出位移：

x=■at■=■×■×3■m=60m

點評：此題考查的是學生動力學的基本功，較簡單。需要注意的是，此題需要通過計算方能知道支持力與摩擦力的有無。

例2：將例1中的外力由50N改為60N，其他條件不變，求小物塊3s內位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

（1）由例1的分析可知，小物塊所受外力為50N時，恰好與地面沒有擠壓與摩擦，現將外力增大為60N，其與地面間更不會有擠壓與摩擦。小物塊僅受重力與外力兩個力，兩力均為恒力，小物塊的初速為0，故它將做勻加速直線運動，方向斜向右上。

（2）將外力F分解到水平和豎直兩個方向（如圖3）。

圖3

水平分力F■=Fcos37°=60×0.8N=48N

水平分加速度a■=■=■m/s■=16m/s■

3秒內水平分位移x■=■a■t■=■×16×3■m=72m

豎直分力F■=Fsin37°=60×0.6N=36N

豎直分加速度a■=■=■m/s■=2m/s■

3秒內豎直分位移x■=■a■t■=■×2×3■m=9m

（3）小物塊3秒內的位移x=■=■m=■m=9■m

點評：此題僅將例1的50N改為了60N，對于小物塊來說，它依然做勻加速直線運動，但不再是沿水平方向了。分別求出其水平、豎直方向的分位移，然后進行合成，可以簡便地算出位移。這一方法在處理曲線運動時用得更多。

例3：如圖4，一小物塊質量為3kg，它與水平地面的動摩擦因數是0.1，在一與水平方向成37°角、大小為60N的恒力作用下，從2m/s的水平初速開始運動，求其3s內位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

小物塊初速方向水平，而其所受合力方向不在水平方向，故小物塊將做曲線運動。處理方法與例2相同，先求出水平、豎直分位移，再用平行四邊形定則合成求出合位移大小。

（1）水平分力F■=Fcos37°=60×0.8N=48N

水平分加速度a■=■=■m/s■=16m/s■

3秒內水平分位移x■=v■t+■a■t■=2×3+■×16×3■m=78m

豎直分力F■=Fsin37°=60×0.6N=36N

豎直分加速度a■=■=■m/s■=2m/s■

3秒內豎直分位移x■=■a■t■=■×2×3■m=9m

（2）小物塊3秒內的位移x=■=■m=■m=3■m

點評：有了例2的方法，處理這個題目就顯得很容易了，可以作為例2的鞏固練習。

例4：如圖5，一帶電量為+1.5×10■C的小物塊質量為3kg，它與水平絕緣地面的動摩擦因數是0.1，在一豎直向上、場強為5×10■N/C的勻強電場中，以2m/s的水平初速開始運動，求其3s內位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

如圖5，對小物塊進行受力分析。

所受靜電力qE=1.5×10■×5×10■N=75N

重力G=mg=30N

由于靜電力大于重力，故小物塊對地面無壓力、摩擦力，它的初速與合力垂直，并且合力為恒力，因此它做的是類平拋運動。其加速度大小a=■=■m/s■=15m/s■

3s內初速方向的分位移x■=v■t=2×3m=6m

3s內合力方向的分位移x■=■at■=■×15×3■m=67.5m

小物塊3s內位移的大小x=■=■≈67.8m

點評：此題將電場拉了進來，通過受力分析可以確定小物塊的運動性質。運用上面兩題“先分后合”的思路，可以很快得出結果。

例5：如圖，一帶電量為+1.5×10■C的小物塊質量為3kg，它與水平絕緣地面的動摩擦因數是0.1，在一豎直向上、場強E為2×10■N/C的勻強電場和一垂直于紙面向里，磁感應強度B為■T的勻強磁場中，以2m/s的水平初速開始運動，求其3s內位移大小（g=10m/s■）。

解析：

小物塊共受三個力的作用（如圖6），其中，重力與電場力為恒力，且大小相等。故小物塊將在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動。要求其3s內的位移大小，得先求出其運動的周期T。

T=■=■s=6s

3s恰好是半個周期，故其位移大小

等于圓周的直徑。

x=2r=■=■m≈3.8m

點評：通過受力分析確定小物塊的運動性質是解決本題的關鍵。知道小物塊做的是勻速圓周運動后，求解位移就很簡單了。