高中物理课堂教学的问题设计

潘为杰

孔子有语“不愤不启，不悱不发”，“愤”与“悱”有个共同的大前提，就是得有个问题，“启”与“发”是后续的教学行为，离开问题的引领，“启”与“发”就无从谈起。从这一层面看，课堂教学能否成功，问题设计是第一步。什么样的问题设计算是成功的呢？

1.能够充分体现教师的主导作用

教师是课堂教学的组织者。课堂教学是否成功，某种意义上反映的就是教师主导课堂的能力。通过问题引领学生的思考，将教学内容有机融合，是值得我们优选的一种方法。如高中物理选修3-4《波的衍射》一节，教师可以通过“闻其声不见其人”的情境，给出声波的衍射概念：声波绕过障碍物继续传播的现象。在此基础上设问：声波是波，光波也是波，为什么声波绕了过来，而光没有绕过来呢（我们听到了声音但没看到人）？从而激发学生认知渴望，展开“探究产生明显衍射条件”的教学。整个课堂教学如行云流水，自然流畅。

2.有助于学生认知水平的提高

通过一系列富有启发性的问题设置，降低思维的难度，引领学生思考，这是攻坚克难时常用的问题设计思路。如在“电流的定义式”的教学时，很多学生对以下这个问题甚为困惑：计算0.1秒内10个质子与10个电子同时以相反的方向通过一个界面所形成的电流大小。这个问题中，学生的困惑主要在于，电荷量是两个相加还是相减的问题。对此，我们可以设置以下几个有梯度的问题予以引领：（1）电流的方向是如何规定的？答：我们规定正电荷的定向移动方向为电流的方向。（2）此题中10个质子与10个电子定向移动所形成的电流是相互加强还是相互削弱的？答：二者形成的电流方向相同，故是相互加强的。（3）如果只有10个质子定向移动，电流如何求？考虑到还有10个电子反向通过，应该如何求？答：如果只有10个质子定向移动，电流大小应为I=■=■A=1.6×10■A；考虑到同时有10个电子方向通过（加强了电流），则I=■=■A=3.2×10■A

3.内同上有一定的延续性，思维上有一定的挑战性

内容上有延续性，这样的问题设计承前启后、自然流畅，节省了学生的审题时间，有利于学生认清前后知识之间的内在联系；思维上具有一定的挑战性，这样的问题设计才能更好地激发学生学习的动机。下面是笔者在总复习时设计的一组这种类型的问题。

例1：如图1，一小物块质量为3kg，它与水平地面的动摩擦因数是0.1，在一与水平方向成37°角、大小为50N的恒力作用下，从静止开始运动，求其3s内位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

（1）对小物块进行受力分析（如图2）：

其中，支持力F■和摩擦力F■只是可能有，是否真的有要通过力的运算方可知晓。

（2）对小物块的受力进行运算：

将F沿水平和竖直方向进行分解。

水平分力F■=Fcos37°=50×0.8N=40N

竖直分力F■=Fsin37°=50×0.6N=30N

∵F■=G ∴F■=0 F■=0

即小物块仅受G和F两个力的作用，它将在水平方向做初速为0的匀加速直线运动。

（3）用牛二定律求出加速度：

竖直方向合力为0，加速度在水平方向，物体做水平方向的匀加速直线运动。

F■=maa=■=■m/s■

（4）用匀变速直线运动位移公式求出位移：

x=■at■=■×■×3■m=60m

点评：此题考查的是学生动力学的基本功，较简单。需要注意的是，此题需要通过计算方能知道支持力与摩擦力的有无。

例2：将例1中的外力由50N改为60N，其他条件不变，求小物块3s内位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

（1）由例1的分析可知，小物块所受外力为50N时，恰好与地面没有挤压与摩擦，现将外力增大为60N，其与地面间更不会有挤压与摩擦。小物块仅受重力与外力两个力，两力均为恒力，小物块的初速为0，故它将做匀加速直线运动，方向斜向右上。

（2）将外力F分解到水平和竖直两个方向（如图3）。

图3

水平分力F■=Fcos37°=60×0.8N=48N

水平分加速度a■=■=■m/s■=16m/s■

3秒内水平分位移x■=■a■t■=■×16×3■m=72m

竖直分力F■=Fsin37°=60×0.6N=36N

竖直分加速度a■=■=■m/s■=2m/s■

3秒内竖直分位移x■=■a■t■=■×2×3■m=9m

（3）小物块3秒内的位移x=■=■m=■m=9■m

点评：此题仅将例1的50N改为了60N，对于小物块来说，它依然做匀加速直线运动，但不再是沿水平方向了。分别求出其水平、竖直方向的分位移，然后进行合成，可以简便地算出位移。这一方法在处理曲线运动时用得更多。

例3：如图4，一小物块质量为3kg，它与水平地面的动摩擦因数是0.1，在一与水平方向成37°角、大小为60N的恒力作用下，从2m/s的水平初速开始运动，求其3s内位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

小物块初速方向水平，而其所受合力方向不在水平方向，故小物块将做曲线运动。处理方法与例2相同，先求出水平、竖直分位移，再用平行四边形定则合成求出合位移大小。

（1）水平分力F■=Fcos37°=60×0.8N=48N

水平分加速度a■=■=■m/s■=16m/s■

3秒内水平分位移x■=v■t+■a■t■=2×3+■×16×3■m=78m

竖直分力F■=Fsin37°=60×0.6N=36N

竖直分加速度a■=■=■m/s■=2m/s■

3秒内竖直分位移x■=■a■t■=■×2×3■m=9m

（2）小物块3秒内的位移x=■=■m=■m=3■m

点评：有了例2的方法，处理这个题目就显得很容易了，可以作为例2的巩固练习。

例4：如图5，一带电量为+1.5×10■C的小物块质量为3kg，它与水平绝缘地面的动摩擦因数是0.1，在一竖直向上、场强为5×10■N/C的匀强电场中，以2m/s的水平初速开始运动，求其3s内位移的大小（g=10m/s■）。

解析：

如图5，对小物块进行受力分析。

所受静电力qE=1.5×10■×5×10■N=75N

重力G=mg=30N

由于静电力大于重力，故小物块对地面无压力、摩擦力，它的初速与合力垂直，并且合力为恒力，因此它做的是类平抛运动。其加速度大小a=■=■m/s■=15m/s■

3s内初速方向的分位移x■=v■t=2×3m=6m

3s内合力方向的分位移x■=■at■=■×15×3■m=67.5m

小物块3s内位移的大小x=■=■≈67.8m

点评：此题将电场拉了进来，通过受力分析可以确定小物块的运动性质。运用上面两题“先分后合”的思路，可以很快得出结果。

例5：如图，一带电量为+1.5×10■C的小物块质量为3kg，它与水平绝缘地面的动摩擦因数是0.1，在一竖直向上、场强E为2×10■N/C的匀强电场和一垂直于纸面向里，磁感应强度B为■T的匀强磁场中，以2m/s的水平初速开始运动，求其3s内位移大小（g=10m/s■）。

解析：

小物块共受三个力的作用（如图6），其中，重力与电场力为恒力，且大小相等。故小物块将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动。要求其3s内的位移大小，得先求出其运动的周期T。

T=■=■s=6s

3s恰好是半个周期，故其位移大小

等于圆周的直径。

x=2r=■=■m≈3.8m

点评：通过受力分析确定小物块的运动性质是解决本题的关键。知道小物块做的是匀速圆周运动后，求解位移就很简单了。