重现物理情境 活化习题示图

虞艳美

(宁波市慈湖中学 浙江 宁波 315031)

习题课在高中物理教学中有着举足轻重的地位.通过习题课教学，可以让学生从不同侧面、不同角度完善对概念、规律的理解和内化，有助于知识的活化，扩大知识面，了解物理现象间的内在联系.另外，习题课的效果很大程度会影响学考或选考的结果.习题课的有效教学、教学策略已经得到重视.习题课是不是就不需要实验？习题课是否只是讲解几道习题，归纳总结方法就可以了呢？如何突破学生的“最近发展区”？ 如果把实验融入习题课是否会有意外的收获？

朱正元教授曾提出过“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的教学理念，在这个理念的指引下，发现有一件小东西可以发挥很大的作用——钕铁硼磁铁.

目前绝大多数教室已经配备了磁性黑板.钕铁硼磁铁是一种强磁体，已经广泛地应用在生活和生产中.钕铁硼磁铁磁性强，小巧，形状各异，可以跟磁性黑板完美匹配(图1).

图1 将钕铁硼磁铁应用于课堂中

1 把水平的桌面实验移到竖直的黑板面上

在习题课教学中，不免会有一些习题学生比较难理解，需要教师或者学生的演示，让习题中的图“活”起来，帮助学生重现物理情境，形成完整的物理过程.很多实验是在水平桌面完成的，缺点是不便于学生的观察.利用钕铁硼磁铁就可以巧妙地把桌面实验转移到黑板面上.例如测半圆形玻璃砖的折射率实验.

【例1】某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率.开始玻璃砖的位置如图2中实线所示，使大头针P1,P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1和P2的像，且使P2的像挡住P1的像.如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失.请用你的测量量表示出折射率n.

图2 测半圆形玻璃砖折射率实验示意图

在磁性黑板上放一块较薄的泡沫板，用来代替木板，泡沫板上放一张白纸，白纸的4个角上各放一枚钕铁硼磁铁，将泡沫板和白纸牢牢地固定在磁性黑板上，玻璃砖后面粘有钕铁硼磁铁，可将其吸附在黑板上.用激光束代替大头针，旋转玻璃砖观察折射光线，如图3(a)、(b)、(c)所示，学生能明显看到当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失.

2 代替图钉 起固定作用

图钉是物理实验中经常用到的小部件，经常起固定作用.当把实验移到黑板上时，钕铁硼磁铁就可以代替图钉.

【例2】如图4所示，在x轴上方的空间存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.许多相同的离子，以相同的速率v，由O点沿纸面向各个方向(y>0)射入磁场区域.不计离子所受重力，不计离子间的相互影响.图中曲线表示离子运动的区域边界，其中边界与y轴交点为M，边界与x轴交点为N，且OM=ON=L.由此可判断( )

图4 例2题图

A．这些离子是带负电的

B．这些离子运动的轨道半径为L

D. 当离子沿y轴正方向射入磁场时会经过N点

这道题考查了学生对带电粒子在匀强磁场中的运动、向心力、牛顿第二定律等考点的理解.部分学生对离子运动的区域边界理解不清晰，导致无法判断离子运动的轨迹.用一圆盘来模拟，圆盘的边表示离子运动的轨迹，用钕铁硼磁铁固定圆盘上离子的入射点，改变离子的入射方向，以钕铁硼为中心旋转圆盘，即可画出离子运动的区域边界,如图5所示.

图5 模拟离子运动的轨迹

3 方便移动固定点

有些情况下，需要移动固定点，用钕铁硼磁铁就可以很容易做到.

【例3】穿过挂有重物的光滑动滑轮的绳子两端分别固定于两堵竖直墙上的A和B两点，如图6所示.已知A点和B点等高，把B端缓慢向下移动到C点，再从C点移到D点，在整个过程中，两墙之间绳子的总长保持不变，绳上的拉力大小( )

A.先变小，后变大

B. 先变大，后变小

C. 先不变，后变大

D. 先不变，后变小

图6 例3题图

本题的难点在于运用几何知识得到当绳子B端慢慢向下移时，绳子与竖直方向的夹角不变.对于滑轮问题，解题要充分利用拉力的对称性.为了把这一过程形象化，可以借助钕铁硼磁铁进行如图7(a)、(b)、(c)所示的操作：在磁性黑板上画出两堵竖直的墙，将绳子穿过挂有钩码的滑轮，并将绳的两端分别固定在A,B两点，测量两侧绳子与竖直方向的夹角，或测量两侧绳子的长度，不难判断出两侧绳子拉力大小相同.将B点缓慢移至C点，再次测量两侧绳子与竖直方向夹角，得出绳子拉力大小没有发生变化的结论.

图7 模拟例3的变化过程

【例4】穿过挂有重物的光滑动滑轮的绳子两端分别固定于天花板上的A和B两点，如图8所示.在把B端缓慢向右移动到C点的过程中，绳子的总长保持不变，关于两侧绳子和竖直方向夹角α和β的大小关系和绳上的拉力F大小，下列说法正确的是( )

A.α=βB.α>β

C. 不断变小 D. 不断增大

图8 例4题图

为了把这一过程形象化，可以借助钕铁硼磁铁进行如图9(a)、(b)的操作：在磁性黑板上画出天花板，将绳子穿过挂有钩码的滑轮，并将绳的两端分别固定在A和B两点，测量两侧绳子与竖直方向夹角，或测量两侧绳子的长度，判断出两侧绳子拉力大小关系.将B点缓慢移至C点，观察得到两侧绳子与竖直方向夹角变大，得出绳子拉力大小增大的结论.

(a)

(b)

综上所述，在习题课中利用钕铁硼磁铁辅助实验，帮助学生感受物理情境，便于理解和分析物理过程，有利于知识的掌握和应用，加速从“最近发展区”向“现有发展区”的转化.钕铁硼磁铁辅助实验不仅可以用在习题课上，更可以应用在新课教学中，使实验现象更加便于观察.