由一道電磁感應題目引發的思考

陳文敏

(浙江省仙居中學 317300)

1 原題呈現，感知物理情境

近年來，浙江省的物理高考題型相對穩定，最后兩個大題目基本都是放在電磁感應以及帶電粒子在電場、磁場中的運動問題情境中加以考查.浙江省內各市地在聯考、模擬考以及期末統考中，對這兩個知識點的考查也是非常常見的.

圖1

(1)求AB棒運動的最大速度vm；

(3)發生碰撞后，CD棒最終將停在離MN多遠的地方？

本題主要從運動與相互作用觀的角度考查了導體棒的運動過程以及最后的平衡狀態問題；從能量觀的角度考查了導體棒切割磁感線過程中機械能與內能之間的相互轉換，并且需要綜合運用電路串并聯知識、熱量分配規律以及動量定理.該題是一個典型的多過程問題，考查知識面廣、思維要求高、綜合性強，可以有效的促使學生物理觀念的養成、科學思維的發展.本題的詳細解答過程在此不再贅述，有需要的讀者可以上網自行查閱.

2 學生視角，暴露認知沖突

對于本題給出的解答過程，學生基本能夠理解，但是對于第二問求解CD棒上產生的熱量Q的求解過程，學生存在疑惑.有學生給出解釋：因為AB棒下滑過程，對于AB棒而言遵守動量定律，得出：

mgsinθ·t-B1IL·t=mv，B1IL·t=B1Lq=2.25kgm/s

3 教師視角，追蹤沖突根源

如果沒有這位學生提出的問題，筆者包括很多其他教師可能都會理所當然的認為：學生會從電量出發求解位移，利用能量守恒定律解決問題.殊不知學生的思維是活躍的、想法是不可預設的.那么學生的解法到底哪里出現問題了呢？

我們對學生的思路加以梳理會發現，學生實際上是利用相同的沖量創設了另外一個情境：在這一情境當中，學生把重力沿斜面方向分力的沖量等效成一個水平的初動量.我們暫時不評價此類等效處理是否可行，我們先來看一個簡單例子：一個質量為1kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的摩擦因數μ=0.2，物體受到一個F=10N的水平恒力作用從靜止開始運動，經過時間t=1s，物體獲得的速度為8m/s.現在我們是否可以把它等效為：一個質量為1kg的物體放在水平面上，物體與水平面間的摩擦因數μ=0.2，物體受到一個F=6N的水平恒力作用從靜止開始運動，經過時間t=2s，物體獲得的速度為8m/s.

從以上兩個實例我們可以發現，兩種情況動量的變換量是一致的，但是引起F力的沖量，以及F所做的功都是不一樣的，所以單純的利用動量變化量一致作等效處理是不合適的.

對問題深入分析可知，主要的問題出在沖量是力在時間上的累積，而功是力在空間上的累積.保證動量變化量一致的前提下是否能夠保證各個力所做的功也是一致的值得商榷.

4 條件挖掘，情境數據不自洽

根據導體棒AB的運動規律：作加速度減小的加速運動，最后達到最大速度8m/s.由此作出v-t圖像如圖2所示.

圖2 圖3

根據I-t圖像所包圍的面積代表流過AB導體棒的電量可得：

5 提升自我，撥開云霧見明月

以上分析，我們都是基于導體棒經過一段時間加速，當mgsinθ=B1IL時出現最大速度，而后導體棒勻速運動.我們作出這樣的判斷是否是合理的？這個“自然前提條件”本身是否有問題？此處筆者認為科學推理的嚴謹性有所欠缺.

圖4

類似的問題不單在此處存在，比如在機車啟動問題中也同樣存在，汽車保持功率不變，作加速度不斷減小的加速運動，當加速度a=0時達到最大速度,如圖4所示.問題還是因為汽車運動過程只能是無限趨向于某一最大速度而永遠不可能達到最大速度，而命題時總是把最大速度認為是“過程必然結果”，導致物理過程不可實現.

在新高考的背景下，物理情境的創設尤為重要，情境的創設不但可以讓學生學到知識，而且還能激發學生學習的熱情和興趣，發展學生思維的高度.

物理情境的創設，一定要用“心”用“情”，切不可為了創設而創設.在創設物理情境過程中，不但要能夠激發學生的興趣、發展學生的思維，所創設的物理情境應該是真實可靠的，要能夠經得起反復推敲的.