1、从一道高考物理选择题从一道高考物理选择题引发的思考引发的思考浅谈高中物理概念规律教学永安一中 吴庆堂 一、问题的由来一、问题的由来（06全国卷理综）20.一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v。在此过程中，（）A.地面对他的冲量为mvmgt，地面对他做的功为 B.地面对他的冲量为mvmgt，地面对他做的功为零 C.地面对他的冲量为mv，地面对他做的功为 D.地面对他的冲量为mvmgt，地面对他做的功为零221mv221mv 这是2006年高考全国卷理综物理的一道选择题，着重考查考生的理解能力，涉及到冲量、功两个基本物理概念和动量定理、动能定理两条基本物
2、理规律。正确的答案是B。而当年不少考生误选A或C。究其根由即这些考生对以上基本物理概念规律不太理解，甚至出现误解。那么，为什么会有如此之多的考生对以上基本物理概念规律，特别是地面对运动员是否做功不太理解，甚至出现误解呢？二、问题的分析二、问题的分析 案例一：例1.跳高运动员从地面起跳后上升到一定的高度，跃过横杆后落下，为了避免对运动员造成伤害，在运动员落下的地方设置一片沙坑。某运动员质量为60kg，身高1.84m，运动员从距地高度为1.90m的横杆上落下，设运动员开始下落的初速度为零，他的身体直立落地，落地过程重心下落的高度为1.25m，双脚在沙坑里陷下去的深度为10cm，忽略他下落过程中受到
3、的空气阻力，求沙坑对运动员平均阻力的大小。（重力加速度g取10m/s2）解析：运动员的运动分两个阶段，自由落体运动和双脚陷入沙坑中的匀减速运动（沙坑对运动员的阻力实际上是变力，所以双脚陷入沙坑后运动员先做变加速运动后做变减速运动。但是，当把沙坑对运动员的阻力视为不变的平均阻力时，运动员双脚陷入沙坑中的运动就可以等效为匀减速运动）。方法一：动力学观点 设运动员刚落地时速度为v，此过程重心下落h=1.25m，则由自由落体运动规律：v2=2gh 设双脚陷入沙中受到的平均阻力为f，此过程陷下去的深度h=0.1m，则由牛顿第二定律：fmg=ma 由运动学公式：v2=2ah 联立代入数据解得：f=8.11
4、03N 方法二：功能观点【分阶段考虑】设运动员刚落地时速度为v，此过程重心下落h=1.25m，则由动能定理：mgh=0 设双脚陷入沙中受到的平均阻力为f，此过程陷下去的深度h/=0.1m，则由动能定理：mghfh=0 联立代入数据解得：f=8.1103N221mv221mv【全过程考虑】对全过程，重力做功mg(h+h)，阻力做功fh，全过程动能变化量为零，则由动能定理：mg(h+h)fh=0 代入数据解得：f=8.1103N 例2.某质量为m的消防队员在一次消防演习中从平台上跳下，自由下落H后双脚触地，他顺势弯曲双腿，他的重心又下降了h。忽略他下落过程中受到的空气阻力，求触地期间地面对消防员平
5、均作用力的大小。解析：与上题同理，消防员的运动分两个阶段，自由落体运动和顺势弯曲双腿的等效匀减速运动。方法一：动力学观点 设运动员刚落地时速度为v，此过程重心下落H，则由自由落体运动规律：v2=2gH 设顺势弯曲双腿受到地面的平均作用力为N，此过程重心又下降了h，则由牛顿第二定律：Nmg=ma 由运动学公式：v2=2ah 联立代入数据解得：N=mg(H+h)/h 方法二：功能观点 对全过程，重力做功mg(H+h)，地面平均作用力做功Nh，全过程动能变化量为零，则由动能定理：mg(H+h)Nh=0 解得：N=mg(H+h)/h 例3.如图1所示，平板车放在光滑水平面上，一个人从车的左端加速向右端
6、跑动，设人受到的摩擦力为f，平板车受到的摩擦力为f，下列说法正确的是（）A.f、f均做负功 B.f、f均做正功 C.f做负功，f 做正功 D.因为是静摩擦力，f、f做功均为零 解析：人在跑动过程中，速度增加，人受到的摩擦力对人做正功，同时车后退，车受到的摩擦力对车做正功，故B项正确。答案：B 表面上看，以上三道例题分析与解答都滴水不漏，可谓“天衣无缝”。但仔细一推敲就不难发现，平常教学中类似这样的引导才是造成2006年高考不少考生对全国卷理综第20道物理选择题错选的罪魁祸首。注意，这不是危言耸听！理由一：物理学中所谓的机械功必须有两个不可缺少的条件就是作用在物体上的力和物体沿力的方向上发生了位
7、移，这里的“位移”确切地说是指力的作用点沿力的方向对地的位移，在06全国卷理综第20题中运动员从下蹲状态向上起跳和例2中消防员弯曲双腿下蹲虽然重心的高度都发生了变化，但地面对人的作用力作用点对地并没有位移，所以，地面对人的作用力并没有做功。理由二：运动员也好，消防员也罢，都是由肢体的各部分组成的有血有肉的人，本质上都是质点系。而牛顿第二定律告诉我们，对于一个确定的质点系来说，质心的加速度完全取决于质点系所受的合外力，与质点系的内力无关，所以，上面例1、例2中的动力学观点求解都是成立的。但是，功能观点告诉我们，对于一个确定的质点系来说，其机械能的变化不仅与重力、弹性力以外的其它外力做功有关，还跟
8、其他内力做功有关。例1中运动员双脚陷入沙坑后机械能的减少的确是克服沙的阻力做功造成的，所以，方法二用功能关系求解也能成立；而06全国卷理综第20题中运动员从下蹲状态向上起跳机械能的增加和例2中消防员弯曲双腿下蹲机械能的减少都是肢体内力做功实现的（地面对人的作用力都没有做功），都是体能与机械能、内能之间的相互转化。显然，例2中方法二用功能关系求解是不能成立的。理由三：一对相互作用的静摩擦力做功的代数和总为零，因为作用力与反作用力总是同时存在、等大反向，而且静摩擦力总是发生在相对静止的两物体接触面之间，要么两物体（对地）都静止，这一对相互作用的静摩擦力都不做功，总功为零；要么两物体（对地）在摩擦力
9、的方向上有相同的（分）位移，这一对相互作用的静摩擦力其中一个做正功，另一个必做等值的负功，总功也为零。而一对相互作用的滑动摩擦力做功的代数和总为负值，共有三种可能情况，第一种可能是一个滑动摩擦力不做功，它的反作用力却做负功；第二种可能是一个滑动摩擦力做负功，它的反作用力也做负功；第三种可能是相对滑动的两个物体（对地）朝同一个方向运动，一个滑动摩擦力对落后者做正功，它的反作用力对超前者做更多的负功。难道这众所周知的结论有问题吗？如果没有的话，那么，例3中的分析与解答就一定是错误的。那么，错误的根本原因究竟在哪里呢？作者只关注人在车上向右加速跑动的过程中，人和车的机械能都增加了这一表象，就认为它是
10、通过人脚与车面之间的相互作用的摩擦力都做正功造成的。所以笔者认为他的这种错误应该是被整个物理情景的表象所迷惑、未能看清问题的本质造成的。当人在车上向右加速跑动的过程中，即使人的重心在向右（前）加速移动，人的后脚向左（后）蹬车使车向左（后）加速运动，无论脚底与车面是否有相对滑动（通常情况下应是相对静止的），摩擦力在脚底上的作用点（对地）都是向左（后）移动的，这个移动方向与对脚的摩擦力方向相反，所以，人受到的摩擦力做负功，而车受到的摩擦力做正功。只是在过程中由于肢体的内力做功才实现了人的体能向人和车的机械能的转化。案例二：案例二：一位教师在关于电势、电势能正负的含义教学中，如是说：由于沿着电场线方
11、向电势逐渐降低，电势又是相对的，人们通常规定无穷远处为参考点（即零电势点），故正电荷形成的电场中各点的电势都是正的（即0），负电荷形成的电场中各点的电势都是负的（即0）。由E=q可知，正（负）试探电荷在正电势点处的电势能为正（负）的，正（负）试探电荷在负电势点处的电势能为负（正）的。正所谓“正正得正、正负得负、负负得正”。电势、电势能虽然都是标量，但都具有相对性，都有正负，某点电势的正负表示该点比零电势参考点的电势是高还是低；电势能的正负表示电势能的大小，正的电势能总是大于负的电势能。话音刚落，有一位学生马上反问：“为什么正电荷形成的电场中各点的电势都是正的？”该教师随即强调：“这里有个前提条
12、件，规定无穷远处为零电势参考点。”这位学生又追问：“参考点的选择原则上是任意的，如果规定点电荷所在处为零电势参考点（如图2中的B点），那么正电荷形成的电场中各点的电势都是负的（即0），由E=q可知，正试探电荷在该电场中的某一点（如图2中的A点）的电势能就是负的（即EA0），得出的结论刚好相反。”即如果选B点处为零电势参考点时就出现“正正得负、正负得正”的情况。问得好，这位教师继续耐心地向学生们作如下的解释：1、考证电势能的公式EA=qA的正确性 根据定义，在电场中把一个试探电荷q从A点移至B点，它的电势能的减少（EAEB）定义为在此过程中静电场力对它做的功WAB，即EAEB=WAB，而WAB=
13、qUAB.如果选B点为零电势参考点，则在电场中试探电荷q在A点具有的电势能EA=qA。即公式EA=qA是正确的。在图2所示中，如果规定B点为零电势参考点，正试探电荷在正点电荷电场中A点具有的电势能EA0，即“正正得负、正负得正”是可以成立的。2、考证由“EA0”能否得出“EAEA”表面上看，因为电势能的正负表示大小，负的电势能小于正的电势能好像成立。但由于电势能是电荷体系共有的，既包括产生电场的电荷，也包括试探电荷，“试探电荷放在电场中具有电势能”这只是一种简说；另外，对于两个点电荷间的电势能，实际上是它们之间的相互作用能，是它们共有的，其数值是相对的。对相同的电荷体系，规定不同的零电势参考点
14、，电势能的数值是不同的；而对于不同的电荷体系，即使规定相同的零电势参考点，电势能的数值也不一定等价，不一定有直接的可比性。因此在图2中，如果我们选择A点为零电势参考点，正、负试探电荷分别放于A点，电势能的数值均为零，但由于试探电荷不同，组成的电荷体系也不同，电势能的数值均为零并不能说明它们具有的电势能相等。正如在重力场中，不同质量的物体分别位于同一零重力势能参考水平面上，它们具有的重力势能均为零，但我们不能认为它们的重力势能相等。因此，由“EA0”不能得出“EAEA”的结论。3、如何比较不同电荷体系的电势能大小 当两个电荷相距无穷远时，无论这两个电荷带何种性质的电，它们之间的静电力均为零，如果
15、我们规定这时的相互作用能为零，这里的“零”才是等价的。因此，当选择无穷远处为零电势参考点时，对于不同的电荷体系电势能的数值是等价的，才可以直接比较大小。这也就是，尽管零电势参考点的选择是任意的，但通常把无穷远处规定为零电势参考点的原因。因此，当选择无穷远处为零电势参考点时，对于不同的试探电荷，由公式EA=qA计算的电势能是等价的，可以直接进行比较，即“电势能的正负表示电势能的大小，正的电势能总是大于负的电势能”的结论是正确的，但由“正正得正、正负得负”来分析是有条件的。应该说这节物理概念规律课教学，无论从师生的互动、教师的耐心严谨的治学态度来说，都是值得称赞的。但是，我们再仔细推敲一下这堂课里
16、是否存在误导的因素呢？第一、在图2所示中，如果规定B点为零电势参考点，正试探电荷在正点电荷电场中A点具有的电势能EA0，即“正正得负、正负得正”。学生的这个结论难免有偷换对象之嫌，因为他实际上还是由E=q和“正负得负、负负得正”得出的正试探电荷（q0）在正点电荷电场中负电势点A（A0）的电势能为负值(EA0)，负试探电荷在正点电荷电场中负电势点A（A0）。第二、当两个电荷相距无穷远时，无论这两个电荷带何种性质的电，它们之间的静电力均为零，如果我们规定这时的相互作用能为零，这里的“零”真是“没有”的意思吗？真是等价的吗？如果是的话，那么，把一个负试探电荷从正点电荷电场中某点（如图2中A点）移至无
17、穷远处需要克服电场力做功，电荷系的电势能增加，这增加的电势能究竟哪里去呢？如果我们规定无穷远处为零电势参考点，并假设此时图2中A点的电势为A=10V，先后把两个电荷量不等的负试探电荷（q1=2C,q2=1C）放于图2中A点（如图3所示），此时，由EA=qA可得EA1=20J，EA2=10J，EA1 EA20，难道电荷量更大的负试探电荷与场电荷组成的电荷系电势能更小吗？好比取无穷远处为零重力势能参考点，质量不同的质点处于地球周围同一水平线上时（如图4所示），重力势能都是负值，而且质量大的重力势能更小，难道在同一水平线上质量更大的质点与地球组成的系统重力势能反而更小吗？显然，这是不能成立的。也就是
18、说，选择无穷远处为零电势参考点，对于不同的相距无穷远处的电荷体系电势能的数值均为零，并不是真正意义上的“没有”，也未必是等价的。实际上，对于一个电荷系电势能究竟有多少是无法量度的，也无需量度，因为我们往往关心的是电荷系有没有电势能、电势能变化了多少。平常所说的电荷系电势能的数值都是相对的，所出现的正负也仅仅表示该电荷系的电势能比它在零电势参考点时要多或少，如图3中q1在A点时电荷系的电势能要比q1在无穷远处时电荷系的电势能少20J，仅此而已，是电荷系自身在不同状态来比较的。即使要比较不同电荷系电势能的多少，也只能是具有可比性的几种，而且比较的结果必须与零电势参考点的选择无关。通常把无穷远处规定
19、为零电势参考点仅仅是为了方便计算罢了。因此，即使选择无穷远处为零电势参考点，对于不同的试探电荷，由公式EA=qA计算的电势能也未必是等价的，通常都不可以直接进行比较，即这节课的一些结论是有待商榷的。三、引发的思考三、引发的思考 通过对上述案例的探讨与分析，对物理概念规律的教学，可以引发一些思考：第一、案例二教师能够从课堂教学中学生提出的问题引发深层次的思考和钻研，认真对待学生所提出的问题，解疑释惑，激发并满足了学生的求知欲。虽然在这一过程中教师为了帮助学生理清概念的含义课前势必花费了不少时间和精力，但这种做法也为教师自身撰写论文积累了素材，专业知识无形中得到了充实，更难能可贵的是这种行为不仅仅
20、可以激发学生求知欲，这种精神也足以鞭策同行们需要不断地进行教学反思、充实自己，更为年轻教师指明了一条迅速成长的捷径。第二、案例一由于教师自身对一些概念规律的理解不到位，或是当学生对一些概念规律理解出现片面性甚至错误时不能及时给予纠正指出，日积月累势必出现像不少考生在2006年全国卷理综考试中痛失6分造成终身遗憾的尴尬局面。所以，在新课程背景下，我们在物理概念规律的教学中更要注重对概念规律的探究活动和建构过程，让学生在探究活动中逐渐了解概念引入的目的意义、规律的来龙去脉，在建构过程中更深刻地领会概念的内涵外延、规律的成立条件和适用范围。四、几点建议：1、注重物理概念规律的建构过程。概念注重物理概
21、念规律的建构过程。概念规律教学更要注重探究活动。要辩证地看规律教学更要注重探究活动。要辩证地看待物理结论的待物理结论的“记忆性法则记忆性法则”。要重视学。要重视学生质疑，开启学生的思维之门。即使教师生质疑，开启学生的思维之门。即使教师对学生所提出的一些问题不甚明了，既不对学生所提出的一些问题不甚明了，既不能敷衍了事，也不要轻易扼杀学生的求知能敷衍了事，也不要轻易扼杀学生的求知欲，而应鼓励学生，老师愿意同他们继续欲，而应鼓励学生，老师愿意同他们继续探究，以进一步激发学生的探究欲望并培探究，以进一步激发学生的探究欲望并培养学生的创新精神。养学生的创新精神。2、教师是探究性教学的引导者、组织者、教师
22、是探究性教学的引导者、组织者和参与者。这里首先要当好引导者，要求和参与者。这里首先要当好引导者，要求我们每一位教师都要刻苦学习钻研，要有我们每一位教师都要刻苦学习钻研，要有批判地汲取各种参考资料所介绍的知识内批判地汲取各种参考资料所介绍的知识内容和经验方法，切忌人云亦云，努力做到容和经验方法，切忌人云亦云，努力做到居高临下。否则，一旦指导错误，日久天居高临下。否则，一旦指导错误，日久天长，就真的误人子弟。己所不长，就真的误人子弟。己所不“济济”，“怎怎”施于人？物理教学的科学品位又从施于人？物理教学的科学品位又从何说起？所以，要全面提升高中物理概念何说起？所以，要全面提升高中物理概念规律教学效
23、益，首先要提升教师自身的专规律教学效益，首先要提升教师自身的专业素养，而教师专业发展离不开实践与反业素养，而教师专业发展离不开实践与反思、交流与合作、引领与创新这三个要素。思、交流与合作、引领与创新这三个要素。3、做好教学反思，坚持与时俱进。、做好教学反思，坚持与时俱进。反思被广泛地看作教师专业发展的决定反思被广泛地看作教师专业发展的决定性因素。叶澜教授说：一个教师写一辈性因素。叶澜教授说：一个教师写一辈子教案不一定成为名师，如果一个教师子教案不一定成为名师，如果一个教师写三年的反思，有可能成为名师。写三年的反思，有可能成为名师。教学反思是一种有益的思维创造和再学教学反思是一种有益的思维创造和
24、再学习活动，反思的过程必然是内省的、隐习活动，反思的过程必然是内省的、隐含的研究过程，它离不开自主、理智的含的研究过程，它离不开自主、理智的思考和批判性的态度，有时甚至需要其思考和批判性的态度，有时甚至需要其他老师的帮助与合作来探求改进教学。他老师的帮助与合作来探求改进教学。教学反思能使每一位教师保持一种积极探究、教学反思能使每一位教师保持一种积极探究、永不自满、永远进取的心态。永不自满、永远进取的心态。教学反思是充分挖掘自己专业发展资源的主教学反思是充分挖掘自己专业发展资源的主要方式。反思是连接教师自身经验与教学行要方式。反思是连接教师自身经验与教学行为的桥梁，没有反思的经验毫无价值，为的桥
25、梁，没有反思的经验毫无价值，即成长即成长=经验经验+反思。反思。教学反思是优秀教师发掘自己潜藏的教育思教学反思是优秀教师发掘自己潜藏的教育思想的工具。它既要求教师教学生想的工具。它既要求教师教学生“学会学学会学习习”，又要求教师，又要求教师“学会教学学会教学”，在发展学，在发展学生的同时，实现教师自身的提高。生的同时，实现教师自身的提高。教学反思有助于教师把自己的教学反思有助于教师把自己的经验升华为理论，由经验型发展为经验升华为理论，由经验型发展为反思型教师；有助于教师获得专业反思型教师；有助于教师获得专业自主；有助于教师形成优良的职业自主；有助于教师形成优良的职业品质；有助于缩短经验型教师成长品质；有助于缩短经验型教师成长为学者型教师的周期。为学者型教师的周期。由于笔者水平有限，所提的看法难免有失偏颇、甚至出现科学性逻辑性错误，还望同行们批评斧正。谢谢！谢谢！
