例谈物理观念在解决问题中的作用

王常聚

摘 要：物理观念在物理学科核心素养的四个方面中占据基础性地位，在解决物理问题中决定着分析问题思路的方向.运动与相互作用观的核心是物体的运动状态由它所受的合力决定，解决相关问题时，分析物体的运动状态，要先确定其受力;已知物体的受力，要先明确其运动状态.

关键词：核心素养;物理观念;运动与相互作用观;解决问题

物理学科核心素养是学生通过学科学习应具有的关键能力和必备品格，包括相互联系的四部分：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任.其中物理观念在核心素养的四部分中占据了基础地位.建构物理观念的过程也是学生科学思维的过程，是科学探究、科学态度与责任发展的前提.物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础.

教学实践中发现，不少学生因为没有建立起正确的物理观念，在解决问题时受到干扰因素的影响，分析思路出现偏差，导致出错.例如某市高三模拟考试理科综合试题中有这样一道物理题：如图1所示，扇形金属线框放在光滑绝缘的水平面上，有界匀强磁场垂直于水平面竖直向上，虚线MN为有界磁场的边界，且MN为扇形金属线框的对称轴，当磁场的磁感应强度增大时，关于金属线框的运动情况，下列说法正确的是（ ）

A.垂直MN向左平动  B.垂直MN向右平动

B.绕O点顺时针转动 D.绕O点逆时针转动

本题正确选项为B，满分6分，平均分229，难度系数038.参加理科综合考试的学生共12814人，具体答题情况如下表所示：

从表中可以看出只有38.21%的学生选出了正确答案，正确率之低超乎想象.选错的同学多数选择了C项：绕O点顺时针转动，是根据楞次定律判断线框的运动效果是阻碍磁通量的变化.错选C和错选D的人数之和为6806人，占到总人数的5311%，他们共同的认识是线框为扇形，应该绕圆心O转动.试想如果题目中是矩形线框，那些选C项的学生估计也能选出正确答案，正答率将会达到近80%.为什么线框的形状会对答题情况造成这么大的影响呢？究其根源是相当一部分学生没有建立起正确的运动与相互作用观，误认为线框形状影响其运动状态.

物理观念决定着分析问题的方向和思路.没有正确的物理观念，在解决问题时就不能形成正确的思路，凭感觉和经验解决问题是不可靠的.上面题目中问题是判断金属线框的运动情况，如果学生建立起了科学的运动与相互作用观，不难想到线框的运动状态由它所受的合力决定，而与线框形状无关.线框所受合力就等于磁场对其的安培力，利用等效思想可以判断扇形线框所受安培力方向水平向右，所以垂直MN向右平动.

高中阶段学生通过匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动、相互作用和牛顿运动定律的学习建立起科学的运动与相互作用观，用其解释自然现象和解决实际问题.运动与相互作用观的主要观点是：物体的运动状态由它所受的合力决定，根据物体的运动状态也可以分析物体的受力情况.建立起了正确的运动与相互作用观之后，遇到相关物理问题时就会有正确的思路：分析物体的运动状态，要先确定其受力;已知物体的受力，要先明确其运动状态.

例题：如图2所示，某时刻以质量为m、带正电的小球从空间中某点O开始，恰好沿与水平方向成θ=30°角的直斜线向右上方做初速度为零的匀加速直线运动，此时，该空间存在一方向与水平方向夹角α=60°且斜向上的匀强电场（图中未画出）.经时间t后，将此匀强电场的方向沿逆时针旋转60°，同时适当调节其大小，使带电小球沿原来方向做匀减速直线运动.若小球所受其他阻力不计，重力加速度为g，则以下说法正确的是（ ）

A.t时刻小球运动的速率为12gt

B.t时刻小球所受静电力的功率为32mg2t

C.从开始运动到上升到最大高度的整个过程中，静电力对小球做的总功为34mg2t2

D.减速过程静电力对小球仍然做功

题目中给出了带电小球t时刻之前和t时刻之后的运动状态，由运动与相互作用观可以确定两种状态下的受力情况，具体分析如下表所示：

弄清受力情况之后，再根据相关规律和求出各选项对应的结果，从而判断其正误.

t时刻之前F合1=ma1，t時刻v1=a1t=gt，P电=F电1vcos（α-θ）=32mg2t，所以A选项错误;B选项正确;由t时刻之后的受力分析图可知F电2与v垂直，不做功，因此从开始运动到上升到最大高度的整个过程中，静电力对小球做的总功即为F电1所做的功，W电=F电11cos（α-θ），x1=12a1t2，联立解得W电=34mg2t2，所以C选项正确，D选项错误.

上述例题的解决是在运动与相互作用观念的指导下，由题中给出的带电小球的运动状态确定小球的受力情况，再结合物理规律判断各选项的正误.

物理观念包括物质观、运动与相互作用观、能量观三个要素，文中以运动与相互作用观在解决物理问题中的作用为例，说明了物理观念决定了分析问题的思维方向，在解决物理问题中起着关键作用.物理观念能指导学生抓住关键条件排除干扰因素，正确分析解决物理问题，所以在平时的物理课堂教学中，让物理概念规律的学习成为学生建立物理观念的过程.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S]，北京：人民教育出版社，2018：4-6.