高中物理作图的误区与反思

施育峰

(1. 苏州大学物理与光电能源学部,江苏 苏州 215006； 2. 海门市第一中学, 江苏 海门 226100)

高中物理作图的误区与反思

施育峰

(1. 苏州大学物理与光电能源学部,江苏 苏州 215006； 2. 海门市第一中学, 江苏 海门 226100)

本文对几道典型题的作图误区进行展示,剖析由于作图的不恰当所导致的误解，反思作图时应该遵循一定的原则．

作图； 误区； 反思

众所周知,作图在高中物理学习中占有极其重要的地位．作图生动形象,使物理题目表达的复杂情景直观化,抽象问题具体化,降低学生的思维梯度.正确的作图使学生在学习物理过程中更容易理解物理知识．但是笔者在教学中发现不恰当的作图会导致误解．本文试图结合笔者的教学实际,对高中物理作图存在的误区进行剖析．

误区1:视角不恰当.

图1

人教版物理选修3-2(2010年4月第3版)第17页有这样一题:动圈式扬声器的结构如图1所示．线圈圆筒安放在永磁体磁极间的空隙中,能够自由运动．按音频规律变化的电流通进线圈,安培力使线圈运动．纸盆与线圈连接,随着线圈振动而发声．这样的扬声器能不能当做话筒使用?也就是说,如果我们对着纸盒说话,扬声器能不能把声音变成相应的电流?为什么?

解答:可以．声音使纸盒振动,纸盒振动带动线圈切割磁感线,产生感应电流．

图2

从线圈切割磁感线的角度看显然没什么问题,但如果作出从右向左看的图(图2),将会产生这样的疑问:线圈运动到任何一个位置时,磁感线均与线圈平面平行,那么左右运动过程中穿过线圈的磁通量始终不发生变化,不会产生感应电流．究竟是书上所说的产生感应电流的条件有误,还是答案有误?

图3

为了弄清楚这个问题,我们不妨做出动圈式扬声器磁体磁感线分布正视图(图3)．由图可知,空隙中的磁感线是一根根闭合曲线．所以当线圈左右运动时,穿过线圈的磁感线条数在不断变化,所以线圈的磁通量是变化的,因此线圈会产生感应电流．

反思1:本题没有正确选择画图的视角,导致只考虑了局部的磁感线,没有考虑磁场的磁感线整体分布情况,因而产生了错误的认识．

误区2:作图不完整.

图4

牛顿第三定律的普遍适用性对于高中学生已经不言而喻,但有这么一题似乎与牛顿第三定律不符．题目如下:两根通电直导线L1,L2在同一平面内,分别通有如图4所示的电流．根据右手螺旋定则,L1在L2所处位置产生的磁场方向垂直纸面向里,由左手定则可知L2受到的安培力方向向上．但L1在L2的延长线上,所以L2在其周围产生的磁场对L1无安培力．该情景明显说明力的作用不是相互的．乍一看说的有理有据,但仔细一想他哪里能找到这个物理模型．孤立的线段电流是不存在的,他创设的情景在现实生活中是不存在的．其实L1所在的闭合回路和L2所在的闭合回路整体间有相互作用力,牛顿第三定律依然成立．

反思2:剖析错误,我们不难发现,作图的孤立不完整是导致错误认识的主要原因．

误区3:缺少辅助线.

人教版物理选修3-2(2010年4月第3版)第13页的第1题:如图5,由于电磁感应,在超导圆环中产生了电流,电流的方向如何?

笔者发现本题会对哪一侧才是左端(从顺着条形磁铁运动方向来看)产生误解．

图5

图6

反思3:为什么会出现这种问题?原因是缺少必要辅助线．笔者建议最好添上辅助线,如图6所示,这样就可以明确左右侧位置．

误区4:误作三角形.

如图7所示,在三角架B点用一根细绳挂一个50N的重物G,求横梁AB和斜梁BC所受力的大小．笔者在教学实践中发现,相当一部分学生会作出如图7的示意图．

图7

反思4:分析图7我们会发现这部分学生把斜梁BC的长度误认为就是分力的示意图,这样做虽然没错,但事实上这个平行四边形画大画小都可以, 分力长度并不局限于和斜梁BC等长．

作图是高中阶段解决物理问题的基本手段之一,一般情况下只要求学生能作出图、解对题就行,对作图并没有什么特殊的要求．但是在某些特定情景下作图的视角不能随意,也不能从实物图中任意取一部分作图,否则就会出现思维上的误导,甚至得出荒谬的结论．以上就是笔者长期教育教学实践中总结积累归纳出的几种类型的作图误区,希望能起到抛砖引玉的效果．

2017-02-20)