谈物理审题能力的培养

每个物理问题的解决都离不开审题。所谓审题,通常指了解、熟悉和把握问题,弄清已知与未知的关系,获取有用信息,选择所需应用的知识、原理和规律,寻求解决问题的方向和途径的过程。笔者认为,审题能力应包含审题意识、审题习惯和审题技巧3个方面。培养学生的审题能力,应着眼于帮助学生增强审题意识,养成良好的审题习惯,掌握必要的审题技巧。

一、少包办、多磨难,帮助学生增强审题意识

新课程的实施和物理学科本身具有的特点,对学生的审题能力提出了更高的要求。与以往相比,新课程背景下的试题呈现出“情景新、题干长、阅读量大、干扰因素多”等特点,无疑进一步增加了学生审题的难度,使学生对审题产生了惧怕心理和厌烦情绪。可见,要想培养学生的审题能力,首先应增强学生的审题意识。

1.多为学生创造审题机会

审题意识,是付诸于审题行动的一种愿望。这种愿望,决不可能在教师的大包大揽中产生。在日常教学过程中,我们时常发现教师为了节约教学时间、增加所谓的教学容量,而忽略了让学生自主审题的过程,这无疑是剥夺了学生一次次的审题机会,致使学生在考试中面对题目时茫然无措。可想而知,在这样的教学方式下,学生不可能养成强烈的审题意识。因此,在解决问题的过程中,教师切忌包办和替代学生审题,应为学生创造更多的独立审题机会,从而增强学生的审题意识。

2.多让学生经受审题磨难

课程标准明确地把“在解决问题的过程中,有克服困难的信心和决心,能体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦”列为情感态度与价值观目标之一。在解决问题的过程中,教师可以通过精心设置问题,如增大题目的阅读量、变换题干条件、加上无关因素、设置限制条件等,适当为学生设置一些审题障碍,让学生不断经受审题磨难,从而增强对审题重要性的认识,由此产生更为强烈的审题愿望。

二、少批评、多鼓励,帮助学生养成审题习惯

审题是解决问题的基础,也是解决问题不可缺少的环节。鉴于此,笔者认为,审题可以作为一种习惯来培养。培养学生的审题习惯,应坚持“少批评、多鼓励”的原则,着手培养以下几方面的习惯。

1.耐心阅读

要圆满解决一个问题,就必须了解、熟悉和把握这个问题,也就必然要耐心细致地阅读题目。只有通过对问题耐心细致的阅读,才能发现已知与求知的关系,才能关注限制条件,才能挖掘隐含条件,才能正确分析物理过程和状态变化,才能找到解决问题的途径和方法,才能正确选择所需应用的知识、原理和规律。因此,耐心细致的阅读习惯,是应该着重养成的审题习惯之一。

2.用图描绘

把握问题的本质特征,离不开对研究对象的状态的分析和过程的把握。例如,在处理力学问题时,常常以画受力示意图、运动过程图等方式,来分析物体所处的状态、受力以及过程变化等情况。又如,在处理电学问题时,常常以画等效电路等方式,来弄清电路元件的连接情况。画图为把握问题本质创造了条件,为正确选择、应用规律奠定了基础。因此,善于用图描绘物理过程或状态,也是应该养成的审题习惯之一。

3.全面审视

正确解决问题,离不开解题者的洞察力、判断力,而洞察力、判断力则主要来自于对问题的全面审视,来自于对问题本质的把握。只有全面审视,才能排除干扰因素,才能识破陷阱之所在,才能克服思维定势之负面影响,才能整体把握问题之本质,才能正确判断结果是否合理。因此,全面审视问题和解答结果,也是应该养成的审题习惯之一。

三、少说教、多指导,帮助学生掌握审题技巧

帮助学生掌握必要的审题技巧,是培养学生审题能力的关键。教师只有不断通过具体事例对学生进行指导,才能使学生逐步领悟并掌握审题技巧。笔者认为,高中阶段的学生宜掌握以下几种审题技巧。

1.正向、逆向分析,获取有用信息

从题干文字、图表或图像中获取有用信息,对于解决物理问题非常关键。获取有用信息,一是采用正向分析法,从已知量入手,依据原理、规律顺推,判断是否可以求出未知量,便能对有用信息做出判断;二是采用逆向分析法,从未知量入手,依据原理、规律反推,便能获取题干中的有用信息。

如图甲所示,相距为L的两平行金属导轨MN、PQ被固定在绝缘水平面上,处于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B,导轨足够长且电阻不计。两相同金属棒c和d与导轨垂直放置,它们的质量均为m,电阻均为R,间距为s0,与导轨间动摩擦因数均为μ。设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,在t=0时刻,对c棒施加一水平向右的力,使其从静止开始做匀加速直线运动。在t0时刻,d棒开始运动,此后保持水平力不变,由速度传感器测得两金属棒的v-t图象如图乙所示,从t1时刻开始两金属棒以相同的加速度做匀加速直线运动,此时两金属棒的间距为s。试求:

(1)t0时刻c棒的速度大小;

(2)t1时刻开始两金属棒的加速度大小。

本题可用逆向分析法,来获取有用信息。

(1)对回路由全电路欧姆定律有。

设在t0时刻回路的瞬时感应电流为I,则对d棒由平衡条件得 ,解得。

(2)从t1时刻起,对两金属棒组成的系统,由牛顿第二定律有:。

设在t0时刻,水平外力为F0,棒c的加速度为a0,由牛顿第二定律得;

而,解得a=。

2.应用对比分析,寻求正确途径

物理公式具有特定意义,在某种条件下适用,变换条件以后即便是同一个公式也可能不适用了。学生在解答某些问题时,往往不加选择地套用公式,不注意公式的适用条件而造成错解。在此情形下,审题技巧是对不同的求解途径进行对比分析,以此获得正确的求解途径。

如图所示,在矩形abcd区域内存在着匀强磁场,两带电粒子从顶角c处沿cd方向射入磁场,又分别从p、q两处射出,已知cp连线和cq连线与ac边分别成30°和60°角,不计重力。

(1)若两粒子的比荷相同,求两粒子在磁场中运动的时间之比;

(2)若两粒子都是由静止经同一电场加速后进入磁场的,且粒子在磁场中运动的时间相同,求两粒子在磁场中运动的向心加速度之比。

第(2)问是电磁场的复合场问题,是电磁学中的难点问题,在解答时学生往往不注意公式的适用条件,因套用公式而造成错解。如有的同学仍旧利用第(1)问的“若两粒子的比荷相同”的条件,然后根据的表达式,认为R与v成正比,得出速度之比为1:3的结论。殊不知“若两粒子的比荷相同”仅适合于第(1)问,而第(2)问的条件仅是“若两粒子都是由静止经同一电场加速后进入磁场的”。其正确的解答为:p、q两点射出磁场的粒子做圆周运动的半径之比;粒子在电场中加速,根据动能定理,粒子在磁场中运动半径为,得,则。两种正好相反的结论会引起学生的认真思考,认识到每一问的适用范围,从而获得正确求解途径。

3.应用所学知识,构建物理模型

为了使复杂问题简单化,高中物理教材先后引入了光线、磁感线、匀速直线运动以及杠杆质点、电场线等物理模型,其实质是抓住主要因素,忽略次要因素,使复杂问题简单化、理想化。构建物理模型是解决物理问题常用的思想方法,也是审题需要掌握的一种技巧或手段。

在方向竖直向上、大小为E的匀强电场中,用长为L的绝缘细线系一个质量为m、带电量为+q的小球,另一端固定在O点。

(1)若电场强度E=mg/q,在最底点A给静止小球一个任意大小的水平初速度v,小球能否在竖直平面内做匀速圆周运动?若能,写出绳中张力T的关系式。

(2)若电场强度E=2mg/q,要使小球在竖直平面内做圆周运动,在最底点A至少应给小球多大的水平速度?

根据题设条件和所学知识,构建“圆周运动”模型是审题关键。从第(1)问的题设条件“若电场强度E=mg/q”中知电场力始终与重力大小相等、方向相反,所以小球就相当于在仅受绳子的拉力作用下做匀速圆周运动。在第(2)问中则要构建出“竖直平面内的圆周运动”的模型,由于E=2mg/q,所以图中的A点就类似于仅受“重力”(本质为电场力与重力的合力)作用下的最高点。因而,满足方程为:

………………(1),

………(2),

由(1)(2)式得:。

像这种利用已有的、熟悉的模型巧妙构建新的类似的模型的方法,可以使很多难题简单化。

4.以事实为根据,进行合理推理

推理是分析问题、解决问题常用的思想方法。例如,在探究“声音能否在真空中传播”的实验中,抽气机逐渐抽出钟罩内的空气,根据“声音逐渐变轻,最终听不到声音”的实验现象,推理出“声音不能在真空中传播”的结论。虽然实验并未做到真空,但经推理得到的结论是合理的。又如,在探究“力与运动关系”的实验中,得出“运动的物体在没有受到外力作用时,将保持匀速直线运动状态”的结论,也是通过实验加推理的方法获得的。掌握推理方法,对审题或解答问题能起到非常重要的作用,技巧是以事实为根据进行合理推理。

5.应用已知规律,迁移至新情景

迁移是指先前学习的知识、规律,对后来学习新的知识、新规律产生影响。迁移通常指正迁移,即已有的知识、规律对新知识、新规律起促进作用。迁移也是研究物理问题常用的思想方法。应用迁移,对审题或解答问题非常重要,其技巧是将已知规律迁移至新情景中。

如图所示,桌面上有许多大小不同的塑料球,它们的密度均为P,有水平向左恒定的风作用在球上,使它们做匀加速运动(摩擦不计)。已知风对球的作用力与球的最大截面面积成正比,即F=kS(k为一常量)。

(1)对塑料球来说,空间存在一个风力场,请定义风力场强度及其表达式;

(2)在该风力场中风力对球做功与路径无关,可引入风力势能和风力势的概念,若以栅栏P为风力势能参考平面,写出风力势能EP和风力势U的表达式;

(3)写出风力场中机械能守恒定律的表达式。(球半径用r表示;第一状态速度为v1,位置为x1;第二状态速度为v2,位置为x2)

本题为学生创设了一个新情境――风力场。风力场概念在高中物理教材中并未涉及,但题中明确表达了风对球的作用力与球的最大截面面积成正比,即F=kS(k为一常量),这便是一条已知规律。这和我们学过的电场中某点的电场力与检验电荷的电量成正比满足同样的规律;另一条规律则是学生学过的“电场力做功与路径无关”与本题的已知条件“风力对球做功与路径无关”满足同样的规律。在平时的教学中,教师应培养学生将已有的知识和规律迁移至新情景的能力,如本题将与风力场相联系,便可求得风力的场强、风力势能以及风力势。

总之,审题是解决物理问题的首要环节,帮助学生增强审题意识、养成良好的审题习惯、掌握必要的审题技巧,是培养学生审题能力的有效方法,也是促进学生正确解决问题的有效措施。如何培养学生的物理审题能力,值得广大物理教师再作更深入的思考和研究。

(作者单位:1.苏州大学附属中学2.苏州工业园区教研室)