自编习题应注意的问题 (2)

自编习题中容易产生的问题及对策探讨自编习题中容易产生的问题及对策探讨 浙江省教育浙江省教育厅厅教研室教研室 梁旭梁旭 310012 自编物理习题是物理教学的需要 自编物理习题的目的通常有以下几个 1 针对学生的学习情况 将课本中的物理知识 物理现象 物理实验 物理概念 物理规律等用另一种叙述方式或不同角度进行呈现 以检测学生是否真正理解 和掌握 2 根据学生学习中存在的问题 结合学生常见的错误认识和错误方 法编写物理习题 以矫正学生学习中存在的常见错误 3 针对学生常见的套 用物理模型和结论这种情况 通过改变典型物理问题呈现的条件和情景 以破 除 定势 从而培养学生良好的分析和思考习惯 4 将典型的物理问题进 行组合和变式 训练学生知识和方法的迁移能力和综合分析能力 5 将身边 的生活现象和现代科技知识改编为习题 既提高了学生求解物理习题的兴趣 又强化了学生运用物理知识解决实际问题的意识 自编物理习题的质量高低不 仅能够反映教师对学生认知结构的了解程度 体现教师创造力水平 还能折射 教师思考问题的深度和广度 是一个教师是否成熟的重要标志 当然 了解自编物 理习题时容易产生的问题及原因 会提高教师在编写习题时对这些问题的察觉和 监控 提高防范意识 1 知识结构的局限 知识结构的局限 1 对近现代物理知识中细节知识的欠缺 对近现代物理知识中细节知识的欠缺 题 1 在光电效应实验中 测得光电流为 3 2 10 6A 则每秒钟光电管阴 极发出的光电子数为 若入射光子的能量为 8 0eV 光电管阴极每秒钟 接收到的光能为 分析 分析 因为必须认为光电子数与照射的光子数相等才能计算第二问 所以教 师在命题中其实有一个隐含的物理模型 每一个入射光子都能打出一个光 电子 虽然从宏观统计规律角度讲 入射光强度增加一倍 发射的光电子数也 将增加一倍 但逻辑上并不能推出 每一个入射光子都能打出一个光电子 从 近代物理我们知道 微观粒子之间的碰撞概率是很小的 故引入 碰撞截面 的概念 这样上述命题就违背了科学性要求 题 2 关于卢瑟福的 粒子散射实验 以下判断中正确的是 A 如用铝箔代替金箔 则 粒子不会发生散射现象 B 如用铝箔代替金箔 则 粒子仍会发生散射现象 C 如用质子代替 粒子 则质子不会发生散射现象 D 如用阴极射线代替原实验中的 粒子 则阴极射线不会发生散射现象 分析 分析 教师试图进行情景 变式 的意识值得肯定 但教师可能不了解当 年卢瑟福为什么会在那么多的材料中选择金这种材料 因为 粒子经过 单层 核的散射现象是最易观察和分析的 而金的延展性特别好 能够做得最薄 了 解了这一背景知识 就知道 用铝箔代替金箔 的想法是不妥的 建议用 各 种不同的粒子轰击金箔 对本题进行 变式 为好 题 3 关于电磁波的产生 下列说法正确的是 A 伦琴射线是由原子的内层电子受激发而发生的 B 红外线与无线电波的产生机理相同 C 射线与伦琴射线的产生机理相同 D 所有的电磁波都是由原子的内 外层电子受到激发产生的 分析 分析 原子的内层电子受激发可以产生伦琴射线 课本中说法 但伦琴射 线也可由高速电子打到对阴极使电子突然减速产生 课本中有示意图 如果综 合上述两种产生机制 A 选项的表述就显得不够精确 2 对相近学科知识有关知识的欠缺 对相近学科知识有关知识的欠缺 题 4 某航空公司的一架客机在航线上正常水平飞行时 由于突然受到强 大垂直气流的作用 使飞机在 10s 内高度下降了 1700m 造成众多乘客和机组 人员的伤害事故 如果只研究飞机在竖直方向上的运动 且假设这一运动是匀 变速直线运动 试求 1 飞机在竖直方向上产生的加速度多大 方向怎样 2 若某一乘客的质量为 60kg 则他所系的安全带必须提供多大的竖直拉 力 才能使乘客不脱离座椅 g 10m s2 分析 分析 这是一道与大气动力学知识相关的题 由于教师对其它学科背景知 识的缺乏 常常缺少对问题的合理性进行思考 下面我们从物理学的角度进行 一些分析 从题目条件可知 飞机在垂直方向的平均速度有 170m s 10s 末的 瞬时速度将有 340 m s 即气流向下的速度不会小于这个值 1224km h 但自 然界有这样大的气流速度吗 生活常识告诉我们最强大的龙卷风在水平方向的速 度也仅是 30m s 对策 对策 随着高中新课程改革的全面推开 会有更多的新内容进入教材 需 要教师 特别是已经熟悉原有教材的教师克服定势 加强学习 应该说目前网 上信息比较丰富 一般的问题基本上能够找到答案 关键是教师要具有从网上获 取知识的意识和能力 例如前面关于大气中垂直气流的速度问题 我们经过网上 搜寻 得到了以下资料 海洋科学导论 中给出的大气垂直运动的数据 表中 各符号表示水平尺度 L 垂直尺度 H 水平速度 U 垂直速度 W 和生命史 表表 8 18 1 大气运动分类及特征量大气运动分类及特征量 从上述资料 我们可以看出前面命题是不附合实际情况的 2 思考不够严谨 思考不够严谨 1 引用科学史实不够严谨 引用科学史实不够严谨 题 5 已知通电直导线在某点产生的磁场与通过直导线的电流大小成正比 奥斯特在演示电流的磁效应实验时的做法是 在地磁场作用下处于水平静止的小 磁针上方 平行于小磁针水平放置一长直导线 当该导线中通有电流时 小磁针 将发生偏转 当导线通以电流I1时 小磁针偏转了30 角 当导线通以电流I2时 小磁针偏转了45 角 则电流I1与I2的关系为 A I2 I1 B I2 I1 C I2 I D I2 I1233 3 2 3 3 分析 分析 奥斯特是怎样做这一实验的 不是教师可以自己随意想象的 需要经 过考证 物理教师手册 中介绍 1820 年 4 月的一天晚上 奥斯特在讲课中 突然出现了一个想法 讲课快结束时 他说 让我把导线与磁针平行放置来试 试看 当他接通电源时 他发现小磁针微微动了一下 这一现象使奥斯特又惊 又喜 他紧紧抓住这一现象 连续进行了 3 个月的实验研究 终于在 1820 年 7 月 21 日发表了题为 关于磁针上的电流碰撞的实验 的论文 这篇仅用了 4 页 纸的论文 是一篇极其简洁的实验报告 奥斯特在报告中讲述了他的实验装置 和 60 多个实验的结果 从实验总结出 电流的作用仅存在于载流导线的周围 沿着螺纹方向垂直于导线 电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质 作用 的强弱决定于介质 也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱 铜和其他一些 材料做的针不受电流作用 通电的环形导体相当于一个磁针 具有两个磁极 等等 从上述介绍内容 笔者认为题 5 的叙述是不符合科学史实的 2 对问题的认识不够完整和深刻 对问题的认识不够完整和深刻 题 6 根据量子理论 光子具有动量 光子的动量等于光子的能量除以光 速 即 光照到物体表面并被反射时 会对物体产生压强 这就是 光cEp 压 已 知在地球绕日轨道上 每平方米面积上得到的太阳辐射功率为 P0 1 35kW 若 利用太阳帆为处于该位置的质量为 M 50kg 的某太空探测器加速 设计所用薄 膜的面积为 S 4 104m2 设照到薄膜上的光子全部被吸收 那么探测器得到的 加速度将是多大 分析 分析 题目中 光照到物体表面并被反射时 会对物体产生压强 这就是 光压 这种表述给学生的感觉是 如果光照到物体表面后被物体吸收就不会 产生光压 这与实际不符 也与光压产生的物理原理不符 题 7 高温超导限流器被公认为目前最好的 且唯一行之有效的短路故障 电流限制装置 中国科学院电工研究所完成了一种具有自主知识产权的高温超 导限流器样机的研制工作 并于 2005 年初在湖南进行并网挂机试验 超导限流 器由超导部件和限流电阻并联组成 如图所示 超导部件有一个超导临界电流 Ic 当通过限流器的电流 I Ic时 将造成超导失超 从超导态 可认为电阻为 零 转变为正常态 可认为是一个纯电阻 以此来限制电力系统的故障电流 已知超导部件的正常态电阻为 R1 3 超导临界电流 Ic 1 2A 限流电阻 R2 6 小灯泡 L 上标有 6V 6W 电源电动势 E 8V 内阻 r 2 原来电路 正常工作 现 L 突然发生短路 则 A 短路前通过 R1的电流为 2 3A B 超导部件将不会由超导态转为正常态 题 7 图 C 短路后通过 R1的电流为 4 3A D 短路后通过 R1的电流为 2A 分析 分析 无论是电路图还是数据 提供的均是实验室用于演示用的装置 而 题目给人的感觉好像是一个实际样机 教师在题目编写时已经 自编 了一个 学生可以理解与求解的 模型 了 但题目没有加以说明 对策 对策 当教师自编习题时 其实是进入了一个开放的问题空间 教师在这 种时候应该对习题中的每一句话保持 警惕 需要反复推敲语句表达的意思 3 3 对实际情况不够了解 对实际情况不够了解 1 没有进行实际观察 凭主观想像 题 8 下面列举的几种速度 其中不是瞬时速度的是 A 某同学百米赛跑速度为 9m s B 某同学百米冲线时的速度为 11m s C 汽车速度计指示的速度为 40m s D 铅球投出时的速度为 6m s 分析 分析 生活中 人们对不同的速度常常有不同的的单位进行表示 这里教 师用了 汽车速度计指示的速度为 40m s 这与实际的汽车速度计是有以 km h 为单位表示速度值的情况不符 2 缺乏实验或估算 随意设定数据 题 9 古时有 守株待兔 的寓言 设兔子的头部受到大小等于自身体重 的打击力时即可致死 并设兔子与树桩相碰时 作用的时间为 0 2s 则被撞死 的兔子其奔跑的速度可能为 g 10 m s2 A 1 m s B 1 5 m s C 2 m s D 2 5 m s 题 10 机枪每分钟向活动的靶发射 120 颗质量为 0 20kg 的子弹 设子弹 进入靶以前的速度为 100m s 在靶中运动了 1 0s 而停止 为了使活动靶不后 退 至少要用多大的力抵住靶 分析 分析 题 9 是一个很有意思的题 但在兔子撞树作用时间的设定上肯定存 在问题 碰撞时间不可能达到 0 2s 同理 题 10 中 子弹在靶中运动了 1 0s 而 停止 更是十分荒谬的 我们可以用平均速度估算一下 子弹能够在靶中前进 的距离大概有 50m 对策 对策 部分教师对自己不熟悉的情景可能会凭直觉进行假设 我们注意到 教师对自己不熟悉的情景 如短暂的碰撞过程中的时间和微小空间 的估计常 常会产生很大的偏离 建议教师进行实验和估算 例如 打点计时器的打点间 隔与手与桌面的碰撞 模拟兔子撞树 时间相比 可知兔子撞树的时间比 0 02s 还少 4 缺少用学生眼光审视问题 缺少用学生眼光审视问题 1 对学生来说 问题设置不够明确 对学生来说 问题设置不够明确 题 11 正电子发射计算机断层显像技术 PET 的基本原理为 将放射性 同位素O 注入人体 参与人体代谢过程 O 在人体内衰变放出正电子 与 17 6 17 6 人体内的负电子相遇发生 湮灭 转化为一对光子 被探测器探测到并经计算 机处理后产生清晰图像 问 PET 技术所选的放射性同位素的半衰期应 A 极短 B 较长 C 很长 D 长短均可 分析 分析 这里的长短相对于什么而言 学生很难把握 建议能否具体为几天 或几小时 2 对学生来说 问题设置不够安全 对学生来说 问题设置不够安全 题 12 吸管的中间有一堵塞物 为使堵塞物离开 吸管 可以用嘴吹管子 也可以用嘴吸管子 如图 12 7 试解释这两种方法的原理 分析 分析 学生如果采用这种方法进行实验 存在一定的危险性 3 对学生来说 情景叙述不符合他们的阅读水平和习惯 对学生来说 情景叙述不符合他们的阅读水平和习惯 题 13 阅读下面材料 你认为主要应用了超声波的什么特性 当超声波照射到浸泡在水里的种子时 激烈的超声振动会对种子产生一种类 似摩擦的作用 因而使得种皮的透水性和透气性大大增强 这样 种子吸着水 发 胖 呼吸也加快了 种子就能提早发芽 同时 超声波还能促使种子内贮藏的淀粉 脂肪和蛋白质更好地溶解于水 变成易被种胚吸收的养料 苗儿就使劲地长个儿 此 外 超声波还具有杀菌作用 能杀死潜伏在种子身上的某些病菌和虫卵 不让它们 到大田里为非作歹 俗话说 好种出好苗 良种产量高 健康的种子种下去 就能确保苗全苗壮 生长发育更加旺盛 题 12 图 分析 分析 为了编题 教师会在儿童读物中寻找素材 但一个人在儿童期的知 识与语言风格与青年期不同 而且为了培养学生的科学素养 阅读材料的表述 也要 随学生水平而进 随所学科学概念和术语的增加 4 对对学学生生没没有有学学过过的的概概念念 没没有有加加以以说说明明 题 14 如图所示 X 为未知放射源 它向右方发射放 射线 放射线首先通过一块薄铝箔P 并经过一强磁场区 域而后到达计数器 计数器上记录到一定的放射率 现将 强磁场移开 计数器所记录得的计数率基本保持不变 然 后再将薄铝箔P移开 则计数率明显上升 则可以判定 X 为 A 纯 放射源 B 纯 放射源 C 及 放射源 D 及 放射源 分析 分析 为了编题 教师会在更高层次的教材或资料中选择素材 这时往往 会出现教师觉得容易理解的术语 这些术语对于缺少背景知识的学生来说是有 一定困难的 题 15 通过研究发现 氢原子处于各定态时具有的能量值分别为 E1 0 E2 10 2eV E3 12 1eV E4 12 8eV 若已知氢原子从第 4 能级跃迁到第 3 能级时 辐射的光子照射某金属 刚好能发生光电效应 现假设有大量处于 n 5 激发态的氢原子 则在向低能级跃迁时所辐射的各种能量的光子中 可使 该金属发生光电效应的频率种类有 A 7 种B 8 种C 9 种D 10 种 分析 分析 本题的情景设计很好 但学生觉得题中有关氢原子的能量值与常规 表述不同 从而导致思维被阻 建议前面增加一句 若规定基态氢原子的能量 为零 则其它各定态的能量为 对策 对策 教师要多从学生知识结构的角度多思考 对于从不同资料中选用的 内容 用与学生知识水平相适应的术语表述 对新的专业术语则要用解释性语 言给予说明 对与教材不同的数据 公式等也要加以说明 5 选用资料过于陈旧 选用资料过于陈旧 题 16 阅读下面材料 问 我国地热资源的开发现状如何 从 1970 1993 年 我国相继建成了 12 座地热电站 装机容量达到 33 12 兆瓦 其中 规模最大的地热电站为西藏羊八井地热电站 装机容量 题 14 图 25 18MW 我国还已掌握了从低温到高温的地热发电技术 继西藏羊易 羊八 井打出 200 以上地热井后 1993 年 11 月又在羊八井北区前 4002 孔打到温度 329 8 的高温地热流体 另外 我国还开始了热储工程 尾水回灌等研究与 应用 摸索总结出一整套热田评价和合理开发 环境保护的有效方法 这些都 标志着我国的地热发电技术已步入了一个新的更高发展阶段 分析 分析 题目问题是 现状如何 但数据是 1993 年以前的 题 17 迄今为止合成的最重的元素是 112 号元素 它是用Zn 高能原子轰 70 30 击Pb 的靶子 使锌核与铅核熔合而得 这一过程在每生成一个 112 号元素的 208 82