例析物理学科常见的命题误区

黄旭阳

(四川省成都市石室中学)

物理是一门理论体系非常严密的自然科学,如果物理试题中出现科学性错误可能导致学生对物理规律的认识产生偏差,或是引起学生的疑惑而不能正常答题。因此教师在命题时除了要认真研究考点的覆盖范围、考题的难度设置之外,还要考虑题目所创设的物理情境、物理过程是否科学合理,是否违背了物理原理。

命题是中学教师工作的重要组成部分也是教师专业发展的必然要求。经常研究试题,并尝试命制高质量的试题能快速提高教师的专业技能。高中物理教师要命好一套考试题除了试题内容要符合课程标准的要求以及物理学科的规范外,主、客观试题的比例应合适,所选题型应合理,适当设置情境性和开放性试题。试题的表述要严谨、科学、问题明确、图形清楚、布局合理。试题语言简明易懂、符合学生阅读习惯。赋分、评分标准科学合理等等,更要注意所命题目的科学性。物理作为一门自然科学,具有严谨的科学性和逻辑性,试题必须遵循物理世界的客观规律。教师在命制试题时更要尊重客观实际。笔者在教学过程中对各地的一些考试题目的认真分析、研究发现,一些命题者为了创设物理情境,犯了一些科学性的错误,这些错误不仔细分析可能不易发现。本文以具体例题分析以期引起广大师生的重视。

一、为“创设”物理情境而忽略物理原理

【例1】如图1所示的区域中,第二象限为垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B,第一、第四象限是一个电场强度大小未知的匀强电场,其方向如图1。一个质量为m,电荷量为+q的带电粒子从P孔以初速度v0沿垂直于磁场方向进入匀强磁场中,初速度方向与边界线的夹角θ=30°,粒子恰好从y轴上的C孔垂直于电场方向射入匀强电场,经过x轴的Q点,已知OQ=OP,不计粒子的重力,求:

图1

(1)粒子从P运动到C所用的时间t;

(2)电场强度E的大小;

(3)粒子到达Q点的动能Ek。

如图2所示,若MN为电场的边界,在图中作一闭合路径abcda使得bc在边界MN左侧且平行靠近MN,ab∥dc,ad⊥cd,电场强度E按路径abcda积分得

图2

通过以上分析可知,边界不与电场方向垂直的匀强电场是不存在的,即:没有任何一种电荷分布可以产生这种电场。

在教学过程中我们多次遇到过这种“匀强电场”。出现这类问题的原因是命题者为了创设带电粒子的运动情境从而“创造”了这样的电场,然而并没有去认真思考这样的电场是否存在。当然,学生在解题过程中很少去思考这个问题,一般不会影响学生答题,但可能会给学生留下“匀强电场的边界可以不垂直于场强方向”的错误观点。

二、为拼凑物理数据而忽略物理规律

【例2】如图3甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.30 m。导轨电阻忽略不计,其间连接有固定电阻R=0.40 Ω。导轨上停放一质量m=0.10 kg、电阻r=0.20 Ω的金属杆ab,整个装置处于磁感应强度B=0.50 T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。用一外力F沿水平方向拉金属杆ab,使之由静止开始运动,电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑,获得电压U随时间t变化的关系如图3乙所示。

甲

(1)试证明金属杆做匀加速直线运动,并计算加速度的大小;

(2)求第2 s末外力F的瞬时功率;

(3)如果水平外力从静止开始拉动杆2 s所做的功W=0.35 J,求金属杆上产生的焦耳热。

【试题解析】本题的一般解题过程如下:

(1)设路端电压为U,金属杆的运动速度为v,则感应电动势E=BLv

由图3乙可得U=kt,k=0.10 V/s

(用其他方法合理即可)

(2)在2 s末,速度v2=at=2.0 m/s

电动势E=BLv2

解得F安=7.5×10-2N

设2 s末外力大小为F2

由牛顿第二定律有F2-F安=ma

解得F2=1.75×10-1N

故2 s末时F的瞬时功率P=F2v2=0.35 W

解得Q=0.15 J

解得Qr=5.0×10-2J

三、因缺乏仔细推敲而使答案不够严谨

【例3】如图4所示,固定在地面上的半圆形轨道直径MN水平,小球从M点正上方与M点相距为H=3 m处自由下落,经过轨道后从N点冲出竖直上抛,上升的最大高度与N点相距2 m,空气阻力不计,当小球下落再次经过轨道由M点冲出时,能上升的最大高度与M点的距离可能为

( )

图4

A.0.8 m B.1 m C.1.2 m D.1.4 m

【试题评析】试题解析不仔细分析似乎没有什么问题,解析中得出1 m

四、结语

笔者认为造成以上一些问题的成因在于“理论应该与实际结合的教育思想”的缺位。物理是一门理论体系非常严密的自然科学,作为物理教师更应尊重物理世界的客观规律,切不可为了“创设”物理情境、设计物理数据而忽视了物理学本身的科学性。

因此,命题者在命制物理题目时,一定要在理论的指导下,以可靠的事实为依据,切不可为了追求题目的新颖、物理模型的创新,而不顾物理世界的客观规律,否则就会出现以上类似的科学性错误。