一道由主观臆想造成的错解题

在高三物理综合复习中，物理问题渐趋复杂化，有些问题的物理过程显得模糊、抽象，这样的问题很容易由主观臆想而得出貌似合理的错解.下面以笔者在2013年高三物理综合复习中遇到的一道题加以说明.

2013年高考复习资料《高考核动力》上有这样一道题：

如图1所示，宽为L的水平光滑导轨，左端接一电容为C的电容器，一质量为m，电阻不计的金属棒置于导轨上，一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨向上，金属棒在水平向右的恒力F作用下，由静止开始运动，试分析金属棒的运动情况.不计金属导轨的电阻.

编者的解答如下：

金属棒运动后，产生感应电流，对电容器充电，电容器两极电压也随之增大，同时，金属棒会受到安培力作用，加速度开始减小，当棒由于速度增加而增大的感应电动势与电容器由于充电而增加的电压相等时，即ΔUC=ΔE时，电流开始稳定，棒以后做匀加速运动.

这样的解答出现在高考备考资料上，许多老师对此结论也深信不疑，有些学生更是由此还定性地作出了棒的v- t图象如图2.

事实果真如此吗？特别是对棒开始向右运动的过程没有严谨的定量分析，完全是主观臆断的结果，这往往会埋下掩盖事实真相的祸根.其实，这里应用“微元”思想定量解决，思路如下：

以金属棒为研究对象，设某瞬时加速度为ai，在这一瞬时，对金属棒，由牛顿第二定律有：

F-Fi=mai（1）

Fi为这一瞬时的安培力，且Fi=iBL（2）

i为这一瞬时的感应电流.取一个极短的时间间隔Δt来研究，则i=ΔQ1Δt，ΔQ为在极短时间内经过棒的电量，也就是给电容器充电的电量.由电容器电容的定义有Q=CU，易知ΔQ=C・ΔU，式中ΔU是这一极短时间内电压的增量.由于电路中电阻不计，所以电容器两端电压的增量一定等于金属棒两端感应电动势的增量，即ΔU=ΔE=BLΔv，其中Δv为极短时间内棒速度的增量.又由加速度的定义有a=Δv1Δt，故Δv=aiΔt，由以上关系可得

i=ΔQ1Δt=CΔU1Δt=CBLΔv1Δt=CBLai（3）

由（1）、（2）、（3）联立解得ai=F1m+CB2L2.

由于加速度表达式中各量都是常数，因此棒向右运动的加速度是恒定的，即棒由静止开始向右做匀加速直线运动.其v-t图象为图3.

由以上的分析可知，仅凭主观臆断绝对不会想到：金属棒一开始就做匀加速，更不会料到通过棒的电流始终是恒定电流且I=CBLF1m+CB2L2，因此物理问题的分析一定要建立在科学、严谨的基础上，特别是作为物理教师不能人云亦云，而应该引导学生实事求是、科学严肃地分析思考问题.

转动时切割磁感线运动.磁通量发生变化而产生感应电动势.电流克服感应电动势做功，（或曰克服反电动势做功.）把电能转化为机械能.当直流电动机转动时，就有反电动势，由于反电动势作用，直流电机正常工作时通过电机的电流比较小，当电机被卡住时，由于通过线圈的磁通量不发生变化，就没有反电动势，就是一个纯电阻电路.电机马上就会烧坏.这些是笔者在理论逻辑上的推导，由于笔者在理论上已推出了电机烧坏的结论.笔者没有进行实验.有兴趣的读者可以自己进行设计实验和实施实验.但笔者坚信卡住的直流电机通电后很快会烧坏.

5结论

综上所述，通电后交流电机卡住后是不会像我们通常说的立即被烧坏，空载时烧毁可能性虽然相对较小.直流电机工作时被烧坏的可能性最小，而卡住时可能瞬间烧坏.不同的电机的工作的原理不同，我们绝对不能把它们一概而论.等效功能的研究物理问题方式具有问题简化的优点，但等效的方面极其复杂，极有可能我们最终的抽象结果与事实是不等效.笔者更倾向于结构主义的研究方法.结构决定功能.没有对研究对象结构的深入研究，我们就不可能建立等效模型.本问题讨论似乎应该结束了，但笔者认为从教育和教学的角度和教师成长培养的角度讲，还应该有我们更深刻的反思.从知识的角度，由于电感和电容是高中物理知识的拓展部分，高中知识与大学知识的界限不太分明.对高中物理教师的把握确实有一定的难度.然而这些不能成为我们出现知识性错误的托词.出现知识性错误原因是教研氛围的浮躁的必然表现，当前把教学当做艺术的论调可以说极其流行，一套又一套的教育教学理论层出不穷，其生命周期又极其惊人短暂.使得教师在忙于学习新的教育教学理论和追求所谓的教育教学艺术.部分有识和有志教师对此现象极其反感，戏称让教师追求为教育时尚.如此以来，教师还有多少人沉心于科学知识和经典的教育理论的研究.我们必须首先明确高中物理教师的定位，他们是科学知识的传承者，也是科学知识的发现者.而不是盲目的时髦教育时尚的追捧者，创新不等同于追求时髦.