從實例中提煉科學問題，培養學生解決問題能力

杜麗興

【摘要】物理教學的核心素養思想，讓學生從解題變為解決實際問題。因此在學習過程中，引導學生提煉科學問題，這些問題是激發學生繼續學習物理的心理動力，也讓學生更容易掌握物理概念和規律，從而解決物理問題。

【關鍵詞】科學設問 ? 核心素養 ? 解決問題

【中圖分類號】G633.7【文獻標識碼】A【文章編號】1992-7711（2020）28-075-02

愛恩斯坦曾經說過：“一個人掌握了學科的基本原理，并學會如何獨立思考的時候，他將找到屬于他自己的道路”。在學生學習物理過程中科學設問，讓學生深入思考并嘗試獨立或合作解決問題，從而提升學生的物理思維。多年的教學經驗可以看到多數學生在高三物理備考中，都是不停地刷題，而實際上同類型題目稍變一下，我們的同學卻又不會做了，于是不停地刷題，卻還是感覺做不完的題，不停地有新題出現，學生的備考壓力很大。高中物理學習中對學生的思維能力要求極高的，而人的思維活動是從問題開始的，因此在學習過程中，引導學生提煉科學問題，這些問題是激發學生繼續學習物理的心理動力，也讓學生更容易掌握物理概念和規律，從而解決物理問題。

一、提煉科學問題，理解物理概念的內涵和外延

在高考復習到《電磁感應》這一章時，對于楞次定律的考查題型中，關于磁通量變化的判斷是學生解答這種題的難點。巧設問題讓學生掌握分析方法。

例題1.如圖所示，膠木圓盤P水平放置，負電荷均勻分布在其側面，一個金屬圓環Q用絕緣絲線懸掛在P的正上方，讓膠木圓盤P的盤面與金屬環Q的環面平行，且膠木盤P的軸線OO′與金屬環Q的軸線重合。現在使膠木圓盤P由靜止開始繞軸線OO′按箭頭所示方向減速轉動，則（ ）

A.絲線對環Q的拉力不變，環Q的面積有擴大的趨勢，

B.絲線對環Q的拉力增大，環Q的面積有縮小的趨勢，

C.絲線對環Q的拉力減少，環Q的面積有縮小的趨勢，

D.絲線對環Q的拉力減少，環Q的面積有擴大的趨勢。

變式1：如圖所示，絕緣圓環A帶均勻正電荷，金屬圓環B與圓環A同心共面放置，當圓環A在其所在平面內繞O點旋轉時，圓環B有收縮的趨勢且產生了逆時針方向的感應電流，由此可知，圓環A（ ）

A.沿順時針方向減速旋轉

B.沿順時針方向加速旋轉

C.沿逆時針方向減速旋轉

D.沿逆時針方向加速旋轉

楞次定律的應用分析關鍵在于學生能夠理解磁通量這個概念。磁通量概念：通過某個面的磁通量大小可以用磁感線條數來表達。所以設計一些問題讓學生學會正確找出通過某個面的磁感線條數，那么學生就可以準確判斷磁通量的變化。

問題1.你知道空間的磁場是磁體還是電流產生？你能夠正確畫出它在空間產生的磁感線的分布和磁場方向嗎？

問題2.根據畫出的磁感線，你確定磁感線只有一個方向通過某個面，還是都有正反方向通過？若磁感線正反兩個方向都有通過這個面， 那么通過這個面的磁感線條數應該是兩方向的磁感線條數的和還是差？

例題1和變式2中的磁場都是由電流產生，用安培定則判斷它在空間產生的磁感線分布和方向。例題1中P產生的磁場磁感線是向下通過線圈Q的面，P加速轉動，通過Q的磁感線條數就會增加，即是Q內的磁通量增大，根據楞次定律，金屬環Q的面積有縮小的趨勢，且Q有向上升的趨勢，絲線受到的拉力減小。故選C.

在變式1中用安培定則判定帶正電的A環轉動產生的磁場磁感線方向在環里、環外的方向是相反的。由于B環面積比A環的大，所以通過B環的磁感線方向是里、外都有。B環的磁感線條數應該是里外方向磁感線條數的差。因為向里磁感線條數是不變的，而向外的磁感線條數會因為B環收縮而減少。所以B環收縮，穿過B環總的磁感線條數會反而增加即磁通量增大。由此可以確定通過B環的原磁通量是在減少的，因此A環應該做減速運動，排除BD兩個選項。要使B環產生逆時針方向的電流，用安培定則可以判斷B環內的磁場方向應該是向外，由楞次定律可以確定A環內的磁感線方向也應該是向外，即A環也應該是逆時針方向轉動。故選C.

通過以上兩題的訓練可以發現，只要讓學生在分析這類題能夠都按照以上的兩個設問去思考分析，那么磁通量的變化他們就能夠正確判斷出來，楞次定律應用的難點就解決了。

二、科學設問，建立正確的物理模型

建立物理模型是解決物理問題必須手段，通過科學的設問，讓學生養成審題時能夠建立物體正確的運動模型是解題的關鍵。學生分析帶電粒子在電場或磁場的偏轉運動時，容易把模型張冠李戴，導致丟分。所以通過科學的設問，讓學生對這類題審題的時候可以帶著這些問題思考，學生就不容易掉進出題者的陷阱。

例題2.如圖所示，兩正對的板長為2L、板間距為L的水平金屬板M、N，放置在方向垂直紙面向外且磁感應強度的大小為B的勻強磁場中。一電阻為r的金屬棒垂直放置在極板上，金屬棒在水平恒力F作用下極板上沿極板向左側運動。金屬極板、金屬棒與阻值為R的電阻構成閉合電路。重力加速度設為g.不計金屬極板電阻及接觸電阻。

（1）閉合開關S后金屬棒能獲得的最大速度vm（設此過程金屬棒不會脫離金屬極板）;

（2）當金屬棒獲得最大速度時斷開開關S，再撤去金屬棒。之后使一帶電油滴如圖從兩板右端的正中間射入兩極板間，設油滴的質量為m、電荷量為q.為使油滴能以恒定的速率在兩板間運動，并恰好從N極板左邊緣離開，求油滴質量m以及初速度的大小v0.

這道題的第（2）問中，很多同學沒有仔細分析就想當然認為油滴的偏轉是做類平拋運動而出現錯誤。因此，在帶電粒子在場的運動這類題型，可以科學設問，讓學生讀題時帶著這些問題分析，把帶電粒子的正確運動模型建立起來。我在課堂教學中，先讓學生明確物體做直線運動或是曲線運動，是勻變速還是非勻變速運動，都是從物體的受力和速度關系確定，所以我們可以設定這幾個問題：帶電粒子所在的空間有電場或磁場嗎？粒子的重力是否可以忽略？粒子在運動過程受到了哪幾個力，它應該做什么運動？讓學生每次做到這類題都要帶著這些問題去審題分析。所以這道題，學生在分析時就會發現斷開開關，金屬棒滑動，MN間就會產生電壓，撤走金屬棒即兩板間電壓為電源電動勢。電場和磁場都是存在的，油滴要考慮重力，所以油滴受到重力、電場力和洛倫茲力三個力的作用。而題中說到油滴射入后以恒定速率偏轉從N極板左邊緣離開，因此可以確定三力之間應該是電場力和重力相互平衡，油滴在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，并非是在勻強電場中的類平拋運動。學生再根據帶電粒子在勻強磁場做部分圓周的思路分析計算即可。