从实例中提炼科学问题，培养学生解决问题能力

杜丽兴

【摘要】物理教学的核心素养思想，让学生从解题变为解决实际问题。因此在学习过程中，引导学生提炼科学问题，这些问题是激发学生继续学习物理的心理动力，也让学生更容易掌握物理概念和规律，从而解决物理问题。

【关键词】科学设问   核心素养   解决问题

【中图分类号】G633.7【文献标识码】A【文章编号】1992-7711（2020）28-075-02

爱恩斯坦曾经说过：“一个人掌握了学科的基本原理，并学会如何独立思考的时候，他将找到属于他自己的道路”。在学生学习物理过程中科学设问，让学生深入思考并尝试独立或合作解决问题，从而提升学生的物理思维。多年的教学经验可以看到多数学生在高三物理备考中，都是不停地刷题，而实际上同类型题目稍变一下，我们的同学却又不会做了，于是不停地刷题，却还是感觉做不完的题，不停地有新题出现，学生的备考压力很大。高中物理学习中对学生的思维能力要求极高的，而人的思维活动是从问题开始的，因此在学习过程中，引导学生提炼科学问题，这些问题是激发学生继续学习物理的心理动力，也让学生更容易掌握物理概念和规律，从而解决物理问题。

一、提炼科学问题，理解物理概念的内涵和外延

在高考复习到《电磁感应》这一章时，对于楞次定律的考查题型中，关于磁通量变化的判断是学生解答這种题的难点。巧设问题让学生掌握分析方法。

例题1.如图所示，胶木圆盘P水平放置，负电荷均匀分布在其侧面，一个金属圆环Q用绝缘丝线悬挂在P的正上方，让胶木圆盘P的盘面与金属环Q的环面平行，且胶木盘P的轴线OO′与金属环Q的轴线重合。现在使胶木圆盘P由静止开始绕轴线OO′按箭头所示方向减速转动，则（ ）

A.丝线对环Q的拉力不变，环Q的面积有扩大的趋势，

B.丝线对环Q的拉力增大，环Q的面积有缩小的趋势，

C.丝线对环Q的拉力减少，环Q的面积有缩小的趋势，

D.丝线对环Q的拉力减少，环Q的面积有扩大的趋势。

变式1：如图所示，绝缘圆环A带均匀正电荷，金属圆环B与圆环A同心共面放置，当圆环A在其所在平面内绕O点旋转时，圆环B有收缩的趋势且产生了逆时针方向的感应电流，由此可知，圆环A（ ）

A.沿顺时针方向减速旋转

B.沿顺时针方向加速旋转

C.沿逆时针方向减速旋转

D.沿逆时针方向加速旋转

楞次定律的应用分析关键在于学生能够理解磁通量这个概念。磁通量概念：通过某个面的磁通量大小可以用磁感线条数来表达。所以设计一些问题让学生学会正确找出通过某个面的磁感线条数，那么学生就可以准确判断磁通量的变化。

问题1.你知道空间的磁场是磁体还是电流产生？你能够正确画出它在空间产生的磁感线的分布和磁场方向吗？

问题2.根据画出的磁感线，你确定磁感线只有一个方向通过某个面，还是都有正反方向通过？若磁感线正反两个方向都有通过这个面， 那么通过这个面的磁感线条数应该是两方向的磁感线条数的和还是差？

例题1和变式2中的磁场都是由电流产生，用安培定则判断它在空间产生的磁感线分布和方向。例题1中P产生的磁场磁感线是向下通过线圈Q的面，P加速转动，通过Q的磁感线条数就会增加，即是Q内的磁通量增大，根据楞次定律，金属环Q的面积有缩小的趋势，且Q有向上升的趋势，丝线受到的拉力减小。故选C.

在变式1中用安培定则判定带正电的A环转动产生的磁场磁感线方向在环里、环外的方向是相反的。由于B环面积比A环的大，所以通过B环的磁感线方向是里、外都有。B环的磁感线条数应该是里外方向磁感线条数的差。因为向里磁感线条数是不变的，而向外的磁感线条数会因为B环收缩而减少。所以B环收缩，穿过B环总的磁感线条数会反而增加即磁通量增大。由此可以确定通过B环的原磁通量是在减少的，因此A环应该做减速运动，排除BD两个选项。要使B环产生逆时针方向的电流，用安培定则可以判断B环内的磁场方向应该是向外，由楞次定律可以确定A环内的磁感线方向也应该是向外，即A环也应该是逆时针方向转动。故选C.

通过以上两题的训练可以发现，只要让学生在分析这类题能够都按照以上的两个设问去思考分析，那么磁通量的变化他们就能够正确判断出来，楞次定律应用的难点就解决了。

二、科学设问，建立正确的物理模型

建立物理模型是解决物理问题必须手段，通过科学的设问，让学生养成审题时能够建立物体正确的运动模型是解题的关键。学生分析带电粒子在电场或磁场的偏转运动时，容易把模型张冠李戴，导致丢分。所以通过科学的设问，让学生对这类题审题的时候可以带着这些问题思考，学生就不容易掉进出题者的陷阱。

例题2.如图所示，两正对的板长为2L、板间距为L的水平金属板M、N，放置在方向垂直纸面向外且磁感应强度的大小为B的匀强磁场中。一电阻为r的金属棒垂直放置在极板上，金属棒在水平恒力F作用下极板上沿极板向左侧运动。金属极板、金属棒与阻值为R的电阻构成闭合电路。重力加速度设为g.不计金属极板电阻及接触电阻。

（1）闭合开关S后金属棒能获得的最大速度vm（设此过程金属棒不会脱离金属极板）;

（2）当金属棒获得最大速度时断开开关S，再撤去金属棒。之后使一带电油滴如图从两板右端的正中间射入两极板间，设油滴的质量为m、电荷量为q.为使油滴能以恒定的速率在两板间运动，并恰好从N极板左边缘离开，求油滴质量m以及初速度的大小v0.

这道题的第（2）问中，很多同学没有仔细分析就想当然认为油滴的偏转是做类平抛运动而出现错误。因此，在带电粒子在场的运动这类题型，可以科学设问，让学生读题时带着这些问题分析，把带电粒子的正确运动模型建立起来。我在课堂教学中，先让学生明确物体做直线运动或是曲线运动，是匀变速还是非匀变速运动，都是从物体的受力和速度关系确定，所以我们可以设定这几个问题：带电粒子所在的空间有电场或磁场吗？粒子的重力是否可以忽略？粒子在运动过程受到了哪几个力，它应该做什么运动？让学生每次做到这类题都要带着这些问题去审题分析。所以这道题，学生在分析时就会发现断开开关，金属棒滑动，MN间就会产生电压，撤走金属棒即两板间电压为电源电动势。电场和磁场都是存在的，油滴要考虑重力，所以油滴受到重力、电场力和洛伦兹力三个力的作用。而题中说到油滴射入后以恒定速率偏转从N极板左边缘离开，因此可以确定三力之间应该是电场力和重力相互平衡，油滴在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，并非是在匀强电场中的类平抛运动。学生再根据带电粒子在匀强磁场做部分圆周的思路分析计算即可。