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教研分析系列2:电磁感应情景下的物理模型思维

教研分析系列2:电磁感应情景下的物理模型思维

作者: 朱迪娜 | 来源:发表于2020-05-13 10:58 被阅读0次

原创 刘大明  大明论教  4月22日

一、高考命题趋势分析

电磁感应现象的发现使得电磁学上了一个新台阶,是物理学发展中的一个巨大进步。在高中物理中,电磁感应单元是重要内容之一,是高考考查中一个热点。随着动量知识必考回归,电磁感应试题更是一个翘楚,可以弥补压轴题命制主题的思维局限——(1)由带电粒子在电磁场中运动主题过度到电磁感应主题;(2)电场感应主题,由只能考查牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律小综合情景,过度到可以考查牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律大综合情景。

二、电磁感应试题命制

(1)试题命制“是非多”

尽管电磁感应主题是在备考中必须高度重视,但是电磁感应试题命制是一个“庞大”工程,一不小心就可能造成争议,甚至犯科学性错误。2020年江西省南昌市第一次模拟考试压轴题以电磁感应为情景命制,造成了一些争议。

命题人一开始给出的解析如下:

对第(3)小题参考答案提出如下质疑:两棒达到匀速运动之前,即PQ锁定之前也向右运动了,MN是否回到斜面上,还跟PQ锁定前的运动距离有关。

考试机构或阅卷组后来更改了答案,参考答案如下:

针对更改后的答案,不少教师还是有疑惑。所谓的疑惑主要在这样的思维悖论上:两棒达到匀速直线运动需要经历无限长时间,那么两棒就无法达到匀速直线运动状态,试题命制前提就存在问题!更改后的答案陷入了悖论之中,于是这样的解析不能令人满意!最有说服力的,无疑是计算PQ再次锁定前运动位移,如果运动位移小于4m,则MN可以回到斜面上,否则不能回到斜面上。

(2)试题命制模型思维

作为物理老师,应该具有物理模型思维。从数学推理而言,两棒只能无限趋近于匀速直线运动;然而,如果代入数据进行数值分析,两棒只需历经较短或有限时间,速度大小就可以认为与匀速直线运动速度大小相等;例如两者差值不到匀速直线运动速度的5%(或者更小一点),对于物理人而言,这个时候就可以看着匀速直线运动。既然如此,可视为匀速直线运动时,PQ向右运动的位移是有限的,具体是多少需要详细计算。最初始的解析中忽视了PQ的运动位移;修改后的解析由于缺乏模型思维理念,又陷入思维悖论之中,使得精彩试题掉色不少。

锁定前,也即可视为匀速直线运动之前,PQ向右运动的位移是多少呢?这里需要确定一个标准——例如棒的速度与匀速直线运动速度的差值小到多少可以忽略?有了这个标准,才能计算相关位移。当然,这个定量计算显然是超纲了,高中生无需掌握;但作为命题人,必须要有这个计算能力,否则在命制相关试题很可能引起争议,甚至犯科学性错误;有些错误隐藏很深,犯错还可能不知道。

如果命题人具有物理模型思维意识,在命制试题时就可以避免试题命制风险,避免争议。就前述试题,明确说明PQ锁定时已经运动了足够长时间,如此也相当于说明了:锁定时,两棒可视为匀速直线运动。

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