“身临其境”地去分析和思考物理问题

王金聚

(浙江省温州中学,浙江 温州 325000)

《普通高中物理课程标准》指出:“应用物理知识解决具体问题应结合具体的实际情景”、“创设情景进行教学,对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用”．在物理学习的过程中,我们可以把研究对象拟人化——想象成是我们人类自身．通过这种情景的创设,就能使我们产生身临其境的感觉,作用在研究对象上的力就像作用在我们身上一样,感同身受,有切身体会,印象会更深,更易使我们看透问题的本质,更利于我们去分析和解决问题．

1 设想自己就是某物理过程的参与者、某物理现象的制造者

学物理需要的是“悟理”,要想引领学生直观、深刻地去感悟,就要将学生置身于问题情景当中．面对题述中的物理过程、物理现象,我们看似是旁观者,但为了加深对物理过程、物理现象的理解,我们可以设想自己就置身其中,参与了整个物理过程,亲手造就了某些物理现象．通过这样设身处地的想象,更易于找到解决问题的突破口．

图1

以重力势能概念的建立为例,可假定教师手握物体站在高处,让学生设想自己就站在所握物体的正下方,如图1所示,问学生会有怎样的感觉?若所握的物体由原来的乒乓球换成铅球,感觉会有何不同?若所握的物体由2楼转移至5楼,感觉又会有什么变化?这样一来,重力势能的概念就容易根植于学生的脑海中了．

例1.(2018年江苏省学业水平测试)在一段网络视频中,一枚硬币稳稳地立在飞驰高铁的窗台上,保持一段时间不倒,认为视频中硬币处于静止状态所选择的参考系是

(A) 远处的高山. (B) 经过的站台.

(C) 车窗外的树木. (D) 立硬币的窗台.

解析:不妨假设你就坐在该列高铁上,且是你自己动手立起来了那枚硬币,你看着它立在那儿未动,当然说明“那儿”就是参照物,显然,“那儿”就是“立硬币的窗台”．故选项(D)正确．

2 把他人、动物幻化成自己

问题情景中出现了一些涉及人物的字眼,如“某同学”、“司机”、“运动员”、“乘客”、“小明”等,或者动物的字眼——如“豹子”、“羚羊”、“猴子”、“猎犬”等,这些虽然看似与我们无关,但为了解决问题方便,我们都可以他们(它们)想象成是我们自己.这样就增加了我们的情景参与感,理解起来会更容易,印象也会更深刻,更易于我们分析和解决问题．

图2

例2.(2018年下半年浙江省选考卷)奥运会比赛项目撑杆跳高如图2所示,下列说法不正确的是

(A) 加速助跑过程中,运动员的动能增加.

(B) 起跳上升过程中,杆的弹性势能一直增加.

(C) 起跳上升过程中,运动员的重力势能增加.

(D) 越过横杆后下落过程中,运动员的重力势能减少动能增加.

图3

解析:把自己当作是撑杆跳运动员,想象自己手执长杆助跑、插杆、起跳、上升、飞越横杆再下落的过程,脑海里就会浮现出如图3所示的动态过程图．就易理解自己在上升的过程中动能减少、重力势能增加,杆的形变量先变大再变小,即上升过程中弹性势能是先变大再变小的．正确选项为(B)．

图4

再比如探究平面镜成像的规律,如图4所示,可把图中猫咪想象成是你自己,像猫咪那样抬起你的左手,则镜中的你抬的是“右手”,有人据此得出平面镜成像是“左右相反”的特征,这种说法恰当吗?

其实,镜中人的“右手”实则还是你左手的像,于你而言,它还是位于你的左侧,即左侧物形成了左侧像,故“左右相反”的说法易产生歧义,并不恰当．

3 把无生命的物体幻化成自己

问题里有描写物理模型的字眼,如“木块”、“小车”、“小球”、“轻杆”、“细线”、“导轨”、“斜面”等,虽然这样研究对象都是无生命的,是“死”的,但我们却可以想象用自身或身体的某一部分把它替换下来,让它“活”起来．这样想象让自己处身其中,即“物即我,我即物”,便能切身体会到物体所处的状态及环境,感知到它的受力及运动情况,更利于我们对问题的解决．

图5

例3.如图5所示,二轻杆AO、BO在O处以铰链连接,A、B端均用铰链固定于竖直墙壁上,今在O处用细线悬挂一重物,则下列说法正确的是

(A) 杆OA对A处的铰链有向外的拉力.

(B) 杆OA对A处的铰链有向墙内的压力.

(C) 杆OB对B处的铰链有向外的拉力.

(D) 杆OB对B处的铰链有向墙内的压力.

解析:在O处用铰链连接的二轻杆形似一圆规,为增强参与感,不妨将右侧的墙壁幻化成我们的右手,如图6所示．想象自己用拇指、食指捏住圆规的上针脚,用手掌下部抵住含有铅笔芯的下针脚,若在圆规顶端挂上一些小重物,不难想象上针脚在A处将向外拉你的手指,在B处将刺痛你的手掌,如图7所示．故正确选项为(A)、(D)．

图6

图7

4 把多个物体幻化成对应的多个人

如果问题中出现的人和物有两个以上甚至更多,我们也同样可以把自己置身其中——设想自己是其中的一个,其余的则可以想象成是你身边的人,比如同学、家人、朋友等,借以增加代入感．譬如有这么一句话——“物体的温度升高了但并非是物体内每个分子的动能都增加了”,有的学生不理解．我们可拿学生作比喻:“我们班期末考的物理平均分比期中考提高了”,但并不代表每个同学的物理成绩都高了,有的可能还下降了．这样一说,同学们理解起来就容易多了．

选修教材3-3中关于“熵”有这么一段话:“熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态,也就是出现概率较大的宏观状态．在自发过程中熵总是增加的,其原因并非因为有序是不可能的,而是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多”．这段话比较抽象,学生理解起来比较困难．考虑到熵增加原理可以延伸到现实生活中,教材中特地把它做了拟人化的处理——“把事情搞得乱糟糟的方式要比把事情做得整整齐齐的方式多得多．要让操场上的一群学生按班级、按身高,或按任何规则来站队都是比较麻烦的:每个学生都要找到自己的位置．但是要让已经站好队的学生解散,那就非常简单:每个学生随便朝一个方向跑去,队形就乱了．”原本排列整齐的学生会自发地向着乱糟糟、更无序的方向发展,而后教材再给出“一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为无序,所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展”的结论,学生接受起来就相对容易多了．

图8

例4.如图8所示,A和B两行星绕同一恒星O做圆周运动,旋转方向相同,A行星的周期为T1,B行星的周期为T2,某一时刻两行星相距最近,则

(A) 经过T1+T2两行星再次相距最近.

图9

解析:不妨把行星A、B想象成两个在圆形跑道上奔跑的人,如图9所示,比如A就当作是你自己,B是你的同桌,从起跑线一起开跑,你跑得比同桌快．啥时候你再次与他相遇(最近)呢?显然是你套他一圈的时候．啥时候你与他相距最远呢?显然是你比他多跑半圈的时候．这样一转换,解题思路就清晰明了.

正确选项为(B)．

能够用感官感觉到的现象、规律应该更易掌握得牢固和持久．采用替代或拟人化的手法,假定你就是题中人,就是木块、小车、小球、细线等,将自己置身其中,就有了强烈的代入感,你会感受到题中的人或物所受的力、所处的状态,亲临其境,似乎问题的主体就是自己,更易意识到问题的本质所在．相应地,学生对物理的学习也就会变得更投入、更有效、更愉悦,从而帮助他们提高分析问题和解决问题的能力．