刍议物理习题的教育功能.pdf

刍议物理习题的教育功能 居海军 江阴市青阳中学 江苏 江阴 214401 摘要 物理习题不仅是学生巩固物理概念和物理规律的载体 也相应地包含着一定的教育因素 习题教学承载着一 定的教育功能 本文拟就从 7 个方面讨论物理习题的教育功能 关键词 物理习题 教育 学习物理离不开物理习题的训练 物理教学中的习题 是学生学习物理知识 消化物理规律的重要载体 教师应在 习题教学和训练过程中应渗透着对学生适应社会生存和发 展能力的培养 发展学生的科学 人文素质 培养良好的科 学品质和树立安全环保意识 物理习题教学应当以提高和 发展学生的科学素质和能力为中心 陶冶学生的人格和性 情 符合时代发展的需要 1 树立学生科学的世界观和人生观 物理学发展是人类孜孜以求探索自然规律 从蒙昧无 知到科学理性的过程 凝聚着人类无数的汗水和辛酸 在习 题教学中不忘对学生进行情感 价值观教育 培养学生的科 学素养和人文精神同步发展 前人的创新过程和创新方法 在物理习题中加以反映 使学生感受前人的创新的情景 从 前人的得失中感受科学的魅力及前人的顽强的探索奉献精 神 不屈不挠的坚强意志 适时对学生进行科学的世界观和 人生观培养 图 1 例 1 1831 年 10 月 28 日 法拉 第在一次会议上展示了他发明的 圆盘发电机 它是利用电磁感应原 理制成的 是人类历史上的第一台 发电机 据说 在法拉第表演他的圆 盘发电机时 一位贵妇人问道 法 拉第先生 这东西有什么用呢 0 法 拉第答道 夫人 一个刚出生的婴 儿有什么用呢 0图 1 所示是这个圆 盘发电机的示意图 铜盘安装在水平的铜轴上 它的边缘正 好在两磁极之间 两块铜片 C D 分别与转动轴和铜盘的 边缘接触 使圆盘转动 电阻 R 上就有电流流过 1 说明圆盘发电机的原理 2 圆盘如图示方向转动 请判断通过 R 的电流方向 解析 略 小结 法拉第一生热爱真理 热爱人民 真诚质朴 作风 严谨 他那种坚定的信念 十年磨一剑的毅力 不断追求科 学真理的大无畏精神 那种一切从客观实践出发 重视科学 实验的唯物主义态度 以及他不盲目崇拜权威 不囿于传统 观念 敢于提出独特见解的创新精神 体现了一个科学家的 优秀品格 永远值得后人学习和敬仰 在习题教学中适时地 用法拉第的人生故事激励熏陶学生 帮助学生树立科学的 世界观和人生观 2 激发学生爱国主义情感 随着我国的教育 科研的发展 我国科技生产力得到了 空前的发展 神州 7 号0飞船遨游外太空 歼十0纵横大江 南北以及在 60 周年国庆上展示出来的军事 科技 文化发 展无一不与物理知识相关 很多新的科学技术就是从物理 习题中转化为现实的生产力 一些我国最新的科研成果也 出现在物理习题中 我们能够从中深刻地感受到祖国的强 大 以学好物理更好地报效伟大的祖国 下面例题就是一道 很好向学生展示我国国防实力的习题 例 2 据报道 经过多年的研究 我国超高速电磁炮的 研制已经到了最后阶段 不久将问世 电磁炮的原理是利用 电磁力推动弹头达到每秒几十公里的超高速状态 常规武 器望尘莫及 其原理如图 2 所示 炮弹 可视为长方形导体 置于两固定的平行导轨之间 并与轨道壁密接 开始时炮弹 在轨道的一端 通以电流后炮弹会被磁力加速 最后从位于 导轨另一端的出口高速射出 设两导轨之间的距离 d 0 10 m 导轨长 L 5 0 m 炮弹质量 m 0 30 kg 导轨上的 电流 I 的方向如图中箭头所示 可认为 炮弹在轨道内运动 时 它所在处磁场的磁感应强度始终为 B 2 0 T 方向垂 直于纸面向里 若炮弹出口速度为 v 2 0 103m s 求通 过导轨的电流 I 忽略摩擦力与重力的影响 图 2 3 提高学生感受美 鉴赏美的能力 法国著名雕塑家罗丹曾经说过 美是到处都有的 对 于我们的眼睛 不是缺少美 而是缺少发现0 物理学包含的 内容是真实的 生动的 美好的 它本身充满着情趣 在物理 习题中 同样存在着自然之美 只要我们留心去观察 就会 发现物理习题中简单美 和谐美 对称美 规律美 图像美 实验美 美不胜收 物理习题中的美育对于增加学生的学习 情趣 培养学生感受美 鉴赏美的能力有着积极的促进作 用 例 3 如图 3 两个共轴的圆筒形金属电极 外电极接 38 Vol 31 No 4 2010 物 理 教 师 PHYSICS TEACHER 第 31卷第 4 期 2010 年 地 其上均匀分布着平行于轴线的 4条狭缝 a b c 和d 外 筒的外半径为 r0 在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴 线的匀强磁场 磁感应强度为 B 在两极间加上电压 使两 圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场 一质量为 m 带 电荷量为 q 的粒子 从紧靠内筒且正对狭缝 a 的S 点出 发 初速为 0 如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又 回到出发点 S 则两电极之间的电压 U 应是多少 不计 重力 整个装置在真空中 图 3 图4 解析 带电 粒子从 S 点出 发 在两筒之间的电场力作用下 加速 沿径向穿出 a 而进入磁场 区域在洛伦兹力作用下做圆周运 动 粒子再回到 S 点的条件是能 依次沿径向穿过狭缝 d c b 在 各狭缝中粒子在电场力作用下先 减速 再反向加速 然后重新进入 磁场区域 如图 4 所示 设粒子进 入磁场区时的速度为 v 根据能量守恒有 qU 1 2 mv 2 设 粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动的半径为 R 由洛伦兹 力公式和牛顿定律得 m v 2 R qvB 粒子从 a 到d 必须经过 3 4 圆周 所以半径 R 必定等于筒的外半径r0 即 R r0 由 以上各式解得 U qr02B2 2m 小结 该粒子的运动轨迹犹如一朵绽放的梅花 给枯燥 的习题训练带来阵阵清香 从某种意义上讲 物理学的每一 次重大突破都有美学思想在其中的体现 用美的思想去审 题 从美的角度去分析和解决问题 将给人耳目一新的感 觉 4 发展学生的思维和能力 全球化社会的发展要求人们具备开放性思维与创新思 维 各国的课程改革都强调创造性与开放性思维的培养 创 新思维是创新能力的核心 是人类最高层次的思维方法 学 生创新能力的培养 是当前物理教学改革的重点 在物理习 题的教学和训练中通过对多题一解发展学生聚合性思维 一题多解发展学生的发散性思维 从果到因发展学生的逆 向思维等 让学生练习有梯度而且能激发学生创新思维的 试题 变式训练 层层推进 培养创新思维加强能力训练 逐 步培养学生的创新能力 例 4 如图 5 所示 小球从楼梯上以 2 m s 的速度水平 抛出 所有台阶的高度和宽度均为 0 25 m 取 g 10 m s2 图 5 小球抛出后首先落到的台阶是 A 第 1 级台阶 B 第 2 级台阶 C 第 3 级台阶 D 第 4 级台阶 解析 设小球从楼梯上以 2 m s 的速度水平抛出将落在第 n 级台阶上 每级台阶高度和宽 度都为 L 0 25 m 则小球下降的高度为 h nL 由 h nL 1 2 gt2 可得 t 2nL g 则水平位移 x v0t v0 2nL g 由水平位移关系可得 n 1 L x nL 即 n 1 L v0 2nL g nL 解得 3 2 n 5 n 取整数 n 4 所以小球落在第 4 级台 阶上 小结 实际上这道题目有 4 5 种解题方法 课堂上充分 调动学生的积极性 让学生进行一题多解 提高解题技巧及 分析问题 解决问题的能力 增强思维的灵活性 变通性和 创新性 在习题设置和教学中应选择能够锻炼学生思维的 一类题目 如实验设计 知识综合等类型的习题 从多角度 训练学生的思维方式 5 培养学生学以致用的思想 物理知识与实际生活 科技发展 社会环境密不可分 涉及了人类生活的整个空间 物理课程改革的理念就是要 引导学生 从生活走向物理 从物理走向社会0 要将物理知 识和生活体验紧密地联系起来 学以致用 用实践去检验所 学的知识 培养学生运用物理知识解决问题的思维和能力 例 5 从物理现象判断 噪声通常是不规则或随机的声 音信号 由于声波是一种机械波 因此它具有波的特性 且 当两列声波满足相干条件时 将会发生干涉现象 引起能量 在空间的重新分布 因此 利用人为声源使其产生的声音与 噪声发生相消性叠加 则会产生静区 从而达到降低噪音的 目的 消除噪声污染是当前环境保护的一个重要课题 内燃 机 通风机等在排放各种高速气流的过程中都会发出噪声 干涉型消声器即可用来削弱高速气流产生的噪音 其结构 及气流运行如图 6 所示 该消声器产生的波长为 K的声波 沿水平管道自左向右传播 在声波到达 a 处时分成两束相 干波 分别通过 r1和 r2路径后在 b 点处相遇 即可达到削 弱噪声的目的 若 r r2 r1 则 r 等于 图 6 A 波长 K的整数倍 B 波长 K的奇数倍 39 第31 卷第 4 期 2010 年 物 理 教 师 PHYSICS TEACHER Vol 31 No 4 2010 C 半波长 K 2 的奇数倍 D 半波长 K 2 的偶数倍 解析 两列波频率相同 相位差恒定的机械波相遇时 产生干涉从而相消的条件是 两列波的波程差必须是半波 长 K 2 的奇数倍 对于消声器来说 声波到达 a 处时分成两 束相干波再在b 处相遇 要达到削弱噪声的目的 两列波的 波程差必须是半波长 K 2 的奇数倍 因此选 C 抗眩太阳镜 镜片 近视眼镜镜片的镀膜等都是利用同样的原理 6 增强学生的安全意识 物理习题中蕴藏丰富的安全教育资源 如用电安全 交 通安全 运动安全等等都是物理习题和生活中易见的情形 很多物理习题中渗透安全意识教育的因素 只要我们充分 利用 有效挖掘 在习题教学中渗透给学生安全意识 使学 生防患于未然 有效防止各种危险情况的发生 例 6 人从一定的高度落地容易造成骨折 一般人胫骨 的极限抗压强度约为 1 5 108N m2 胫骨最小横截面积 大多为 3 2 cm2 假若一质量为 50 kg 的人从某一高度直膝 双足落地 落地时其重心又下降约 1 cm 试计算一下这个 高度超过多少时 就会导致胫骨骨折 g 取 10 m s2 解析 由题意知 胫骨最小处所受冲击力超过 F 1 5 108 2 3 2 10 4N 9 6 104N 时会造成骨折 设下落的安全高度为 h1 触地时重心又下降高度为 h2 落地者质量为 m 落地速度为 v 与地碰撞时间为 t 由动能定理有 mg h1 h2 Fh2 0 所以 h1 F mg h2 h2 代入数据得 h1 9 6 104 50 10 0 01 m 0 01 m 1 91 m 小结 校园安全事故屡见不鲜 火灾 触电 运动受伤甚 至死亡时有发生 教师在教书育人的同时时刻不忘安全教 育 及时提醒 同时还要借助物理习题 物理情景的分析 让 学生知晓什么情况下是危险的 不同程度的危险级别 使学 生知其然还要知其所以然 及时地做到自我保护 7 引导学生的节能环保观念 发挥物理学科优势 寓环保教育于物理习题教育之中 在习题教学中见缝插针 有意识地进行环境教育渗透 如静 电除尘 废水处理 热岛效应0 客运效率0 水能 风能 太 阳能 核能开发等习题中加强对学生进行节水 节能 防污 染等环境教育 例 7 环保汽车为 2008 年奥运会场馆服务 某辆以蓄 电池为驱动能源的环保汽车 总质量 m 3 103kg 当它 在水平路面上以 v 36 km h 的速度匀速行驶时 驱动电 机的输入电流 I 50 A 电压 U 300 V 在此行驶状态下 1 求驱动电机的输入功率 P电 2 若驱动电机能够将输入功率的 90 转化为用于牵 引汽车前进的机械功率P机 求汽车所受阻力与车重的比值 g 取 10 m s2 3 设想改用太阳能电池给该车供电 其他条件不变 求所需的太阳能电池板的最小面积 结合计算结果 简述你 对该设想的思考 已知太阳辐射的总功率 P0 4 1026W 太阳到地球 的距离 r 1 5 1011m 太阳光传播到达地面的过程中大 约有 30 的能量损耗 该车所用太阳能电池的能量转化效 率约为 15 解析 略 小结 物理习题中能量守恒思想是最重要的思想之一 由于能量耗散 虽然能量在数量上并未减少 但在可利用的 品质上降低了 从便于利用的能源变成不便利用的能源 这 就是能源危机的深层含义 再加上当今人们开采和利用的 都是非再生的化石能源 只会日益短缺 所以在习题教学中 帮助学生树立节能意识 当然研制和开发新能源是能源开 发和利用的必由之路 收稿日期 2009 12 06 上接第 37 页 一棵大树 拔河0时 运动员还会赢吗 健壮运动员与大树 比 谁的 力气0更大 学生困惑了 并产生了问题 拔河比 赛中的胜负因素到底是什么 这正是教师指导学生认知顺 应的契机 可顺利揭示所谓 力气0是一种偏离科学概念的 说法 再进入 相互作用力的规律0的探究 德国哲学家培根说 疑而能问 已得知识之半 0要培 养出适应市场经济要求的创造性人才 就必须从培养学生 提问能力开始 我们每一个教育工作者 应该牢牢记住李政 道先生在与中学生一次谈话中说的话 最重要的是要提出 问题 否则将做不了第一流的工作 0教师应该在考虑影响 学生提出问题能力的多方面因素的基础上 在教学中重视 把教学和引导学生提问相结合 采取适当的教学策略 有意 识地激发学生质疑 培养学生提出问题的能力 参考文献 1 中华人民共和国教