浅谈因果联系法在高中物理教学中的应用

赵兰

摘 要：在物理教学中，因果联系法发挥着极其重要的作用，许多物理规律的获得以及物理问题的解决都需要借助因果联系法。因果联系法是中学物理教学常用的一种思维方式。现通过对因果联系法的简介，并结合物理教学实践给出一些应用案例。

关键词：因果联系法；中学物理教学；物理教育实践

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）35-0082-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.35.048

因果联系是解决数理化学科问题常用的思维方法，在中学物理教学中更为常见。灵活运用这些方法，能够帮助学生更好地理解物理现象和物理公式间的因果关系，使学生掌握正确的解题规律，培养逻辑思维能力。下面以运动的合成分解和带电粒子在磁场中的运动问题为例，简明阐述高中物理教学中因果联系的运用。

一、运动的合成与分解问题

运动的合成与分解最为典型最有代表性的就是绳子拉船问题，但很多学生对这类型问题感到非常困惑。引入因果联系的方法，能够使学生正确理解并牢固掌握这一问题。

例如，如图1所示，河岸距水面上方高h，一人通过定滑轮O用绳子匀速地拉动停在水面上的一条船，假设人拉动绳子的速度是V，那么当绳子OA与水平面的夹角是θ时，求小船运动的速度是多少。

（一）常见的错误解答

对于这样的问题，多数同学常见错误出在运动的分解上，直接把绳子运动速率V作垂直和水平方向分解（如图2所示），这样也就错误地理解为，船沿水面运动是分运动，而绳子的运动是合运动，即V船=Vcosθ。如果按照这种错误分析，船还有一个垂直向上的分运动，那么的话船是会离开水面的，很显然船没有离开水面，所以与事实不相符。

（二）造成错误的原因分析

造成上述解答错误的原因是对合运动与分运动的定位不够清楚，通常把物体实际发生的运动看作是合运动；根据运动产生的来源寻找出的相关的运动视作是该运动的分运动。那么，如何去找合运动与分运动呢？我们来研究绳与船相连接的A点，可以把A点认为是绳上的点，参与了绳子的运动，也可以把A点认为是船上的点，参与了船的运动。当小船受到绳子的拉力，沿着水平方向向左运动时，绳子OA的运动一方面是，沿着绳子向方向的运动，另一方面，要参与绳子和定滑轮的转动。正因为A点同时参与了绳子方向的收缩运动和绳子绕定滑轮O的转动。它的合运动才是水平向左的（如图3所示）。得出的结论就是人拉动绳子的速度大小等于绳子沿拉力方向的分速度大小，那么小船的运动速度为V=。

（三）解题过程中需要注意的问题

1.解决速度分解问题时，物体的实际运动速度一定是合速度，取绳（杆）的方向和垂直绳（杆）的方向作为两个分速度的分解方向。

2.解决小船过河问题，一定要弄清楚小船同时参相对于水的运动和随水运动这两个运动。分析时可以用正交分解或者平行四边形定则，还可以用解析法和图解法分析等。

二、带电粒子在磁场中的运动问题

历年高考试题中出现较多就是带电粒子在磁场中的运动问题，命题形式比较多样，有比较简单的选择题，也有难度较大的综合性计算题，较为常见的命题形式是：对运动量的考核，即在洛伦兹力作用下带电粒子做圆周运动的运动学量（半径、速度、时间、周期等）的考核；对概念理解的考核，即对带电粒子在磁场中运动的相关概念的理解掌握以及与力学问题综合方法的考核；对知识应用的考核，即对思维能力和理论联系实际能力的考核。

例如，如图4所示，有一垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，存在于x轴上方，一个带电粒子（不计重力）以速度v从坐标原点O处进入磁场，速度方向与x轴正方向成120°夹角，并垂直于磁场，若粒子穿过y轴正半轴后，在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是（ ）

（二）解题过程中需要注意的问题

解决带电粒子在磁场中的运动问题时，要注意把握好“三找两确定一计算”的解析方法，即找出圆心、半径、周期或时间，确定圆心和半径，计算出半径。洛伦兹力是指向圆心的，当速度与磁场方向垂直时洛伦兹力垂直速度方向也垂直磁场方向，可以画出粒子运动轨迹中任意两点，通常就是射入和射出磁场的两点的洛伦兹力的方向，沿这两个洛伦兹力可以作出其延长线的交点，即为圆心；同时，也可用“圆心位置必定在圆中任一根弦的中垂线上”这条规则来判定。可以利用平面几何关系来求出圆的半径（或运动圆弧对应的圆心角），这里需要利用到一个重要的几何特点，就是粒子速度的偏向角（φ）等于圆心角（α），并等于弦AB与切线的夹角（弦切角θ）的2倍，即φ=α=2θ。

在任何课程的课堂教学中，知识的获得都要靠学生自己去思考、归纳和总结。因果联系法教学是高中物理教学中的一个重要方面，要在教学中经常运用这种方法，把这种思想观点运用到学习中，用科学的学习方法去理解、学习、掌握物理知识，弄清其中的因果逻辑关系，引导学生积极思考，认真归纳总结，达到在解题过程中灵活运用的目的。在物理教学中通过运用因果联系法，不仅能揭示出新旧知识之间的内在联系，体现物理知识自身的统一性，而且能对教材中有限的知识进行整理，建立起系统的知识网，便于学生理解。

参考文献：

[1] 苏许辉.用“因果关系”法确定电磁学中的方向问题[J]. 中学物理（高中版），2010（5）：7.

[2] 紀文杰. 转化思维方式 别样处理问题[J].中学物理，2015（2）：67.