重温课本看图说话 回归教材原型启发

湖北 许 文

随着新课程改革的不断推进，近几年来，全国卷试题的难度逐年降低，试卷以容易和中等难度试题为载体，覆盖课本中经典物理的重要基础知识与基本方法，主要考查学生对物理学基础知识的理解和基本技能的掌握与运用，在理解基本概念与基本规律的过程中感悟和体验物理学的基本方法以及知识的形成过程，树立起对科学、社会、人类正确的情感态度与价值观。试卷中直接来自课本插图中的内容，如物理学史、思想方法、科技成果等改编的试题占比逐年增加。因此，我们在高考复习备考的最后阶段，重温课本、回归教材、看图说话，让课本插图成为原型启发，显得越来越重要。如何针对不同类型的插图进行看图说话与原型启发，本文通过典型实例探讨。

一、经典物理史学类插图

课本中经典物理史学类插图，除了展现物理学史的教育价值外，往往还蕴含着丰富的物理学思想与方法，会给人们带来很多启迪。对这类插图要能够说出图中的物理思想与方法，并结合已有的知识进行分析，如伽利略通过斜面实验研究自由落体运动、法拉第对电磁感应现象的研究等。

物理史学类插图说话要点伽利略研究自由落体运动规律时设计了斜面实验,斜面起到了“冲淡”重力的作用,便于利用滴水计时记录铜球运动的时间。他通过斜面实验进行合理外推,得出自由落体是一种匀变速直线运动的结论伽利略创造性地把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法,有力地促进了人类科学认识的发展。此实验可以得到的最直接的结论:如果斜面光滑,小球静止滚下后将沿另一斜面上升到与O点等高的位置法拉第发明的圆盘发电机是人类历史上第一台发电机,它是利用电磁感应的原理制成的,是一台直流发电机。铜盘可看成由很多金属辐条组成。当铜盘匀速旋转时,辐条切割磁感线,产生大小与方向均不变的感应电动势,电路中形成恒定电流

【例1】如图1所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动(自上向下看)。则下列说法正确的是

( )

图1

A．电流表的示数为零

B．电流表指针将左右周期性摆动

C．电流表示数不变，电流从b导线流进电流表

D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流表指针的最大偏角也是原来的2倍

【解析】此题容易形成两种错解。错解一，不论圆盘怎样转动，回路中的磁通量不变，不产生电磁感应现象，电流表示数为零，选A；错解二，圆盘转动切割磁感线做周期性运动，因此回路中感应电流方向产生周期性变化，因而电流表指针将左右周期性摆动，选B。以上两种错解的原因都是没有正确建立法拉第圆盘发电机的物理模型。

【答案】CD

【点评】本题以法拉第发明的人类历史上第一台发电机为背景，考查电磁感应现象的理解与建模。当圆盘匀速旋转时，所有这些相同的幅条(电源)并联。对回路中电流大小的分析，要利用法拉第电磁感应定律与闭合电路的欧姆定律，通过导出相关的表达式来进行。法拉第发现了电磁感应现象，实现了“电”与“磁”的第二次握手，是物理学发展史上的一个里程碑。本题通过教材插图的改编，引导学生关注重要的物理学史，对插图进行联想与说明。这既是对物理学史的考查，也是对电磁感应知识的综合考查。我们在回归教材时，既要重视对物理基本概念、基本规律、基本思想及研究方法的理解，又要关注与教材内容相关的、对人类发展和社会进步具有重大意义的史料，认识物理学史的人文价值，关注这些科学家发现物理概念和规律的历史背景、研究过程及相关实验的思想与方法。通过对重要的物理学史与方法的深入思考，运用基本物理知识和基本技能解决实际问题，培养学科能力和科学素养，加强知识的有效整合。

二、典型物理实验类插图

课本中实验类插图，有演示实验、探究实验与设计实验。实验类插图不仅展现了实验的设计方案与实验手段，还蕴含着实验原理与方法，让人感叹实验的设计技巧。对这类插图既要说出实验现象与结论，还要说出实验原理与方法，分析实验现象，将实验结论迁移与应用，如验证机械能守恒定律、探究平行板电容器电容与哪些因素有关等实验。

物理实验类插图说话要点将一单摆向左拉至水平标志线上,从静止释放,当摆球运动到最低点时,摆线碰到障碍物,摆球继续向右摆动。这个实验说明了动能和势能可以相互转化,转化过程中机械能守恒;摆球经过最低点时,线速度不变,半径减小,摆线张力变大研究影响平行板电容器的电容与哪些因素有关,实验条件是平行板电容器带电量Q不变;静电计指针张角θ随电容器两板间电势差U的增大而增大,反之亦然;反推实验现象关于θ的变化,可通过结论C=εS4πkd与C=QU 进行分析密立根通过油滴实验准确地测定了电子的电荷量。若平行板电容器两板间电压为U,板的间距为d,质量为m的带电油滴在两板间静止时有mg=qUd,则可求出油滴电荷量;减小极板间电压,油滴将向下加速运动;将下极板向下缓慢移动一小段距离,油滴将向下加速运动

续表

【例2】如图3所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2)，两板的面积均为S，板间距为d。锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电。现用频率为ν(ν1<ν<ν2)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q正比于

( )

图3

【答案】D

【点评】此题是对课本中光电效应实验与研究平行板电容器电容实验的整合改编。分析求解时要求准确地描述实验现象以及现象发生的条件，并能对实验现象进行合理地解释。关键是要把握实验原理，培养探索创新的意识和对知识的迁移应用能力。

【例3】在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图4中甲所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心正上方。用手带动钢球，设法使它在空中做匀速圆周运动，通过俯视观察发现其做圆周运动的半径为r，钢球的质量为m，重力加速度为g。

图4

(1)用秒表记录运动n圈的总时间为t，那么小球做圆周运动中需要的向心力表达式为________；

(2)通过刻度尺测得小球轨道平面距悬点的高度为h，那么小球做圆周运动中外力提供的向心力表达式为Fn=________；

【点评】本题根据课本中向心力的探究实验插图进行改编，还原物理实验应有的价值，围绕插图说实验原理、方法与过程，强调动手实践能力和创新能力，启发我们在生活中要学以致用，养成利用身边的事物巧妙设计实验、探究物理规律的习惯，在学习物理知识的过程中培养科学精神和科学素养，重视创新精神及实践能力。

三、科技成果应用类插图

课本中科技成果应用类插图，有的是关于重要的技术突破，有的则是最新科技成果的展现。这些插图，反映了物理学在推动科技发展与创新、促进生产力发展方面发挥了巨大作用，体现了知识的应用价值。对这类插图要说出图中所蕴含的物理知识与方法，并能结合所学的物理知识对原理进行适当的分析，如回旋加速器、人造卫星的发射等。

科技应用类插图说话要点在离地面约393 km圆轨道上,我国的“天宫二号”与 “神舟十一号”飞船进行了对接。对接前“神舟十一号”应从低轨道加速;对接时两者的加速度大小相等;对接后两者的速度小于第一宇宙速度劳伦斯发明了第一台回旋加速器,加速条件是交变电压的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在电场中加速,在磁场中回旋。由qvB=mv2r得Ekm=q2B2r22m,粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定,与加速电压无关磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能。将一束等离子体以速度v沿垂直磁场方向喷入正对面积为S、板间距离为d的两平行金属板A、C间的磁场中,板间便产生电压。则金属板C相当于电源的正极,电源的电动势E=Bdv

图5

【例4】利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图5是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是

( )

A．电势差UCD仅与材料有关

B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD< 0

C．仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大

D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平

【答案】BC