可見,在運用數學解答物理問題時,有時有些運用數學求得的解在物理上不合理,應當通過討論,予以舍棄.
5.受隱含條件或多餘條件的幹擾
例如,“質量為m的汽車,在平直公路上行駛,當汽車的功率恒定為額定功率p時,它的速度恒為v1,當汽車的速度減小到v2而維持功率p不變時,它的加速度為多少?”
本題雖沒有明顯地指出有摩擦力(阻力),但根據汽車的功率恒定而速度不變這一點,可以斷定這時的牽引力等於摩擦力.因此,正確的解答是:
依據牛頓第二定律,有
如果忽略了摩擦力這個隱含條件的存在,就會錯解.
有些學生被多餘條件所迷惑,走入歧途.其實這個題很好解.設電壓表電阻為Rv,則
三、心理方麵
1.憑感覺,想當然地看問題
例如,“路燈的正下方站一人,若人以水平速度v勻速直線前進,那麼人頭頂的影子M點做何種運動?”
有的學生會很快答出:M點做變速運動,因為人往前走時,影子越來越長.實際上這是錯誤的,錯在沒有根據物理概念、規律去思考,而是憑感覺想當然地作出判斷.
[解]如圖10—16.設人高為h,燈高為H,人速為v,以B點為坐標原點O,取水平向右為x軸正方向,t=0時,頭頂的影子在O點,經時間t後,頭頂的影子在M點,經過t時間的位移為:
x=OM
由圖10-16中可見,
x=OB′+B′M(1)
其中,
(2)
B′M=h·cgtθ(3)
做輔助線AA′,在直角三角形SAA′中,∠SA′A=θ,所以,
(4)代入(3),再把(3)、(2)代入(1),則得
2.思維定勢造成的負遷移
在解題中,學生已有的知識、經驗,所獲得的解題方法、技巧,一般會產生積極的影響,這是“正遷移”.然而,如果我們在教學中,不注重教給學生解題的思路和方法,而一味地強調讓學生記住某些“類型”.那麼,一遇到與這一“類型”表麵相似的問題,學生就可能照搬已有的經驗和方法,對正確地解答問題產生消極的影響,這就是在解題上的“負遷移”.
例如,“如圖10-17(a)所示,小車上固定著一個剛性彎折形硬杆ABC,∠ABC=60°,C點固定著質量為m的小球,當小車以加速度a向右做勻加速直線運動時,杆對小球的作用力多大?方向如何?(杆的質量不計)”
有的學生套用做過的練習,把BC部分青成細繩,並把繩對小球的作用力進行正交分解,在豎直方向上有F·cosθ60°=mg,所以F=2mg,F的方向沿著CB.這個套用來的方法,得出的解答是錯誤的.其實杆對球的作用力為:由圖10-17(b)可得:
3.思想僵化,死記結論,硬套公式
例如,“一個理想變壓器,初級匹數為n0=2200匝,輸入電壓V0=220伏,電流I0=0.22安.次級有兩個線圈,第一個匝數為n1=3500匝,通過的電流I1=0.1安.第二個線圈n2=63匝,求通過第二個線圈的電流I2.如圖10-18.
有些學生根據死記下的理想變壓器公式
更有甚者,直接把次級兩個線圈的匝數和電流連字母都不變的代入
工作原理,不知道在推導公式時,運用了變壓器的輸出功率等於輸入功率和初、次級線圈都隻有一個線圈的條件.如果次級線圈有兩個時,次級線圈的輸出功率之和等於初級線圈的輸入功率.即應有
由此求出的I2=2.1(安)才是正確的答案.
內電阻為r(r<R).維持電源電動勢不變,當內電阻r不斷增大時,外電路的輸出功率怎樣變化?”
有的學生不問條件,死記住了“當r內=R外時外電路的輸出功率最大”這一結論,於是得出“功率由小到大再到小”的錯誤結論.其實,這個問題在日常生活中常遇到,例如幹電池用久了,就會出現內阻不斷增大而輸出功率逐漸變小的現象(如手電筒發光變暗).
論注如下:
在R和ε不變的條件下,當r變大時,由式可知,I將變小;再
由式可知,v端也將變小.由式可知,在R和ε不變的條件下,當r變大時,N出必定變小,且隨著r的不斷增大,N出必不斷減小.
除了上述幾種情況外,日常生活中形成的錯誤觀念的幹擾錯覺,以及粗心大意等等,也是造成解題時出現錯誤的常見原因.
物理練習教學教案一則
“電場”習題課
[課題]
習題課.(對應課本第一章第六節帶電粒子在電場中的運動,為避免學生把這裏課文中一些推導的結果當做公式記,我們把它當做習題課來講,要求學生掌握解題的思維方法,而不是結論.
[教學目的]
學會分析,解決靜電力學綜合題.
[重點和難點]
重點是根據力學中動力學方法解題,但在分析物體受力時要注意到電場力qE.難點是培養學生獨立分析問題,敢於解未見過習題的能力.
[教學過程]
(一)例題分析
例1.兩個平行金屬板接在電壓為U的電池組兩端,如果在正極板附近有一個質量為m,帶電量為q的帶電粒子,此粒子在電場力作用下向負極移動,問:它移至負極板時的速度等於多少?
先讓學生自己做,然後分析他們想法的正、誤.再小結,要求學生掌握:
(1)帶電粒子受力運動是動力學問題,應按動力學解題方法解決,要求學生回憶解決動力學問題有幾種方法.有三種方法:用牛頓第二定律;用動量關係;用功能關係.
(2)無論用哪種方法解,都要分析所研究的物體受力情況,在學了電學之後,除了注意重力、彈力、摩擦力之外,還要注意電場力.
(3)本例研究的對象是帶電粒子,應分析它受力的情況.一般說,帶電粒子所受重力遠小於它受的電場力,計算中常略去重力不計.那麼這個粒子就隻受一個電場力
粒子在勻強電場中受力恒定,它的運動為勻加速運動,可用勻加速運動公式:
又在勻加速運動中
如用功能原理:
以粒子為研究對象:電場力應看作外力,在粒子由正板移至負板的過程中,外力的功W=qU,根據動能定理:
把電場和粒子做為整體當做研究對象:則電場力為內力,外力的功為零,它們的總能量應該不變.而電勢能為研究體係的能量,在移動
強調指出:題目可以千變萬化,而分析方法是不變的,無非這麼幾個思路,可以選擇簡便的一個使用.用功能原理的好處是,不要求物體做勻加速運動,所以在非勻強電場中也可以使用,本例如果二極間不是勻強場,則用第二定律運動學公式不好解,而用功能原理結果不變.
(4)木例在實際中是有用的,是一個加速帶電粒子的方法,如果在兩板上各開一小孔,且令二孔對正,如某板孔外有一些帶與該板同性電的粒子能以很小的速度進入電場,則可在電場中被加速而從另一板孔中穿出,以後不再受力,做勻速直線運動.又如負極表麵鍍上易產生熱電子發射的金屬,陰極加熱後,電子會從陰極發射出夾,被電場加速,從正極孔中穿出.
例2.長為L,距離為d的兩個平行金屬板,接在電壓為U的電池組兩極上,如果有質量為m,電量為q的帶電粒子以與場強垂直的速度v0進入電場,求它出離電場時速度vt的大小和方向.
由學生先做再討論,要明確:
(1)在求vt的方向時,需知vt的水平與豎直兩個分量,所以用功能原理不方便,用第二定律解較好.
(2)對於帶電粒子,仍可不計重力,所以粒子在豎直方向受電場力
做勻加速運動,在水平方向上不受力做勻速運動.
所以出場時,vt的水平分量vt1仍為v0,vt的豎直分量vt2應為0+at.
式中a應為
t可從水平方向求出L=v0t
再求方向,設vt與原v0方向夾角為φ,則:
(3)這個例子的實際應用是使被加速後的粒子偏轉(拐彎).用課本27頁圖1-21的裝置,可使從陰極發射出的電子先被加速,從陽極孔中穿出後,以一定的速度進入平行板間的勻強電場,改變二平行板間的電壓可以使電子偏轉不同的角度φ出離電場,出場以後則做勻速直線運動.
課本告訴我們,出場的電子不論其φ角大小,都好象從平行板的中
點願意證明的同學可以自己證,不願證的同學可以看課本27頁的證明.
(二)布置作業
1.看27頁的例題
2.做32頁練習四的(1)(2)(4)
說明:
本練習的其他習題可以在下一節講完示波管後做一部分(講示波管用不了一節課),也可以再安排一節習題課給學生做練習用.