用实验有效分析物理习题

陈明霞

[摘 要]物理习题教学除了使用讲授法外，是否还可以用其他方法帮助学生弄清疑点、突破难点？其实在教学中，教师要关注学生的学习过程，而不是只关注他们获得的结论。在课堂教学中教师如何设计一些教学情境，让学生参与某些活动，这对提高学生的能力至关重要。文章结合教学实践探讨用实验来有效分析物理习题。

[关键词]物理课堂；有效教学；物理习题；习题教学

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）14-0062-02

习题所依托的物理情境如果能在课堂上设计再现出来，就能帮助学生理解习题中描述的物理情境及物理过程，则能帮助学生突破思维难点，激发学生主动学习的兴趣，培养学生的探索精神和开拓思维能力，让学生养成理论联系实际，实事求是的科学素养。因此我们尝试在习题课中融入实验教学，通过实验分析物理习题，以提高习题教学效率。那么怎样用实验分析物理习题呢？

一、用实验剖析物理概念

学生在解答有关物理概念类习题时错误率很高，根本原因是没有准确理解物理概念。不少学生学习时受日常生活影响，没能准确理解物理概念。物理概念的正确理解，有赖于学生的感性认识，为此，需要通过实验帮助学生纠正错误的前概念，建立正确的物理概念。

【例1】 物体静止于水平桌面上，下列说法正确的是（ ）。

A.桌面受到的压力就是物体的重力

B.桌面受到的弹力是由于它本身发生了微小形变而产生的，方向竖直向上

C.桌面由于发生微小形变而对物体产生垂直于桌面的弹力，方向竖直向上

D.物体受到的弹力是由于它本身发生微小形变而产生的，方向竖直向下

分析：这是一道关于弹力概念的习题，其中的B、D选项错误率最高，学生存在错误的前概念，认为物体受到的弹力是自身形变产生的，对别的物体的作用力的方向认为是弹力的方向。学生对弹力的概念理解不清，我们可以通过实验，让学生体验这个作用力以及它的方向。

实验：找一根橡皮筋，把它拉长，做出弹某同学手的姿势，这个同学手会有后退的反应，为什么会有这种反应？因为打下去会疼。说明发生弹性形变的物体，如果要恢复原状，跟它接触的物体就会受到力的作用，这个力就叫作弹力。这个实验首先纠正了错误的前概念——不是手形变才受到弹力，而是橡皮筋形变才产生弹力。下面再通过一个实验来分析弹力是怎么产生的，以及它的方向是如何的。把刻度尺架空，用水球代表物体，刻度尺代表桌面。把水球放到刻度尺上面，可观察到什么现象呢？尺子往下弯了，水球也发生了形变，朝上形变，如图1。刻度尺向下凹，为了恢复原状，就要向上弹，对与它接触的球就产生了一个向上的支持力。同理，球向上形变，它要恢复原状，也对与它接触的尺子产生了向下的压力。

二、用实验体验物理过程

由于生活实际中的一些物理过程过于短暂，造成学生对物理过程不甚了解，因此在解题时陷入了一片茫然。习题所依托的物理过程，如能在课堂上设计再现出来，让学生身临其境，动脑动手，那么教学效果就会事半功倍。

【例2】 某同学站在体重计上，做下蹲、起立动作，探究超重和失重现象，下列说法正确的是（ ）。

A.下蹲过程中，人处于失重状态

B.起立过程中，人处于超重状态

C.下蹲过程中，人先处于超重状态，后处于失重状态

D.起立过程中，人先处于超重状态，后处于失重状态

分析：关于超重和失重的概念，学生是理解的，但是这里的下蹲或起立运动过程的分析却是学生的易错点，学生在求解时往往认为下蹲就是向下加速，起立就是向上加速。

实验：为了正确认识这个过程，拿一个体重计来，让学生站在上面做下蹲、起立动作，如图2。投影体重计在这个过程中指针示数的变化情况，让学生认真观察。这个实验过程虽然短暂，但是学生看过之后会留下深刻的印象，然后再用理论知识解释这个过程，就顺利得多。

三、用实验揭示物理本质

学生在分析题目的过程中，往往会被有些物理过程或现象所迷惑，很难看到其中的本质所在，造成误解，教师的语言讲解也难以让学生真正领悟表面现象后的本质问题，这就需要教师设计实验给学生安装一双慧眼，让学生看清楚物理表象后的本质。

【例3】 如图3所示，在长为L的轻杆中点B和端点A各固定一质量均为m的小球，杆可绕无摩擦的轴O转动，使杆从水平位置无初速释放摆下。求当杆转到竖直位置时，轻杆对A、B两球分别做了多少功？

分析：本题中涉及杆的弹力做功问题，学生往往被物理过程的表象所迷惑，认为两个球做圆周运动，速度方向与杆垂直，所以杆OB、OA段对小球不做功。本题实际是一个复杂的问题，因为杆的弹力不一定沿杆的方向，不能确定其方向，怎么判断其做什么功呢？虽然从能量角度能巧妙地解决这一问题，但很多学生仍然不能详细解释，所以如何把无法观察到的弹力方向直观地呈现在学生面前，值得思考。

实验：将两块相同的橡皮擦分别系在细绳的中点B和末端A，始端O抓在手上，末端拉至水平，由水平位置静止释放，会明显观察到B点的橡皮擦比A点的橡皮擦摆动更快，O、B、A不在同一直线上，如图4。若把细线换成杆，细线的方向就表示杆OB段、AB段对小球的弹力方向。这个实验很好地解释了该题的本质问题：杆的弹力方向。本实验将无法观察到的弹力通过细线直观地呈现在学生面前，可有效突破教学难点。

四、用实验构建物理模型

建立物理模型是物理学习研究的一种重要方法。学生在分析物体受力时，特别是物体受力不在同一平面内时，经常出错。因为学生的空间想象能力和立体思维能力较弱，这就需要教师给他们一个实物模型，把物体的受力情况一一展示出来，化抽象为具体，帮助学生建立受力模型。

【例4】 如图5所示，一直角斜槽（两槽面间夹角为90°）对水平面的倾角为θ，一个横截面为正方形的物块，两相邻表面与两槽面接触，且恰能沿此斜槽匀速下滑。假定两槽面的材料和槽面的情况相同，求物块和槽面之间的滑动摩擦因数μ。

分析：该物体的受力情况较复杂，物体所受的五个力不在同一个平面内，重力G在竖直平面内，左右槽面作用于物块的支持力分别为N1、N2，垂直于斜槽的平面，与重力G不在同一平面内，对于这一点许多学生错误地认为N1、N2与重力G都在竖直平面内。正确的分析应该是，N1、N2二力的合力N与重力G在垂直于斜槽方向的分力G2等大反向。

实验：用两块相互垂直的纸板，自制一个斜槽，用一个正方体泡沫代表物体，用竹签代表力，根据物体的受力情况，在物体上插上竹签，表示物体受力的立体空间分布，这样就直观地将物体的受力情况展现在学生面前，学生对不同的力分布在哪些平面上就能一目了然，如图6。学生就知道物体的受力要在垂直于斜槽的平面内和平行于斜槽的竖直平面内分析。根据模型分析受力，直观明了，学生恍然大悟。

物理实验以直观形象为先导，而习题教学则是以抽象逻辑为前提。在物理习题教学中设计一些实验，将两者有机结合起来，能将抽象思维具体化、形象化，通过实验情境，剖析物理概念、体验物理过程、揭示物理本质、构建解题模型。实践表明，習题课中创设实验可以提高教学效率。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 宫建.实践探究性课程设计：课程改革新课例[M].广州：华南理工大学出版社，2001.

[2] 廖博琴，张大昌.高中物理课程标准解读[M].武汉：湖北教育出版社， 2002.

[3] 廖博琴.普通高中课程标准物理教科书（必修1，必修2）[M].济南：山东科学技术出版社， 2011.

（责任编辑 易志毅）