姚小琴 蔡才福

(南京外国语学校,江苏 南京 210008)

2017年修订的《高中物理课程标准》指出“通过高中阶段的学习,学生应具有批判性思维的意识,能基于证据大胆质疑,从不同角度思考问题,追求科技创新．”课程标准将培养学生批判性思维的意识和能力,作为发展学生核心素养的重要组成部分．

为了培养学生的批判性思维能力,在“电场”这一章教学过程中,笔者将一些典型案例呈现在学生面前,让学生用审视的眼光去分析,用质疑态度去研究,通过充分的讨论,甚至是激烈的辩论,从而找出这些案例中的认识误区,学生对这样的讨论课兴趣十分浓厚,参与度高,教学效果好．现选择几例,与各位同仁分享．

1 电荷总是从多的地方向少的地方移动

图1

案例1.如图1所示,将一个不带电的枕型导体靠近带正电的小球,由于静电感应,在a,b端分别感应出现负、正电荷,则以下说法正确的是:

(A) 闭合S1,有电子从枕型导体流向大地.

(B) 闭合S1,有电子从大地流向枕型导体.

(C) 闭合S2,有电子从枕型导体流向大地.

(D) 闭合S2,有电子从大地流向枕型导体.

审视原解:闭合S1,枕型导体b端的正电荷要流向大地,但由于金属正离子不能移动,故有电子从大地流向枕型导体,选项(A)错误,选项(B)正确;闭合S2,枕型导体a端的负电荷要流向大地,故有电子从枕型导体a端流向大地,选项(C)正确,选项(D)错误．本题的正确选项为(B)、(C)．

质疑分析:许多学生初中做了很多的简单的习题,形成思维定势,错误地认为电荷总是从多的地方向少的地方移动,由于没有正确理解电荷定向移动的规律,便错误地选择选项(B)、(C)．

总结提升:由于电流总是从高电势处流向低电势处,而不是电荷从多的地方流向少的地方!因此,要从电势高低的角度分析．在S1、S2都闭合前,取大地的电势为零,枕型导体处于正电荷的电场中,其电势大于零,不管是a端还是b端,其电势均高于大地的电势,由于电流总是从高电势处流向低电势处,因此无论闭合S1还是S2,都有电子从大地流向导体,本题应选择选项(B)、(D)．

2 “导体外表面”绝对化

图2

案例2.如图2所示,当带正电的绝缘空腔导体A的内部通过导线与验电器的小球B连接时,问验电器是否带电?

审视原解:因为静电平衡时,净电荷只分布在空腔导体的外表面,内部无静电荷,所以导体A的内部通过导线与验电器小球连接时,验电器不带电．

质疑分析:原解对“导体外表面”理解绝对化了,其实导体的结构变化会引起“外表面”的变化,当空腔导体A的内部通过导线与验电器的小球B连接后,导体A与验电器(含小球B、集电杆、金箔等)通过导线的连接,组成了一个“大”导体,验电器的金箔成了这个新的“大”导体的外表面的一部分,原来的导体结构发生了改变,电荷将重新分布．

总结提升:当导体A的内部通过导线与验电器的小球B连接时,导体A和验电器组成为一个整体,整个导体为等势体,验电器是这个导体的外表面的一部分,所以验电器带正电．另一角度分析,原来绝缘空腔导体A带正电,而验电器不带电,导体A的电势高于验电器的电势,当带正电的绝缘空腔导体A的内部通过导线与验电器的小球B连接时,一定有电流从高电势处流向低电势,直到两者电势相等,故验电器一定带正电．

3 动态过程静态化

图3

案例3.如图3所示,3个绝缘的不带电的相同金属球A、B、C靠在一起,现将一个带正电的物体从左边靠近A球,并固定好,再依次拿走C球、B球、A球,问:这三个金属球各带什么电?并比较它们带电量的多少．

审视原解:将带正电的物体从左边靠近A球,A球带负电,C球带正电,B球不带电．将C、B、A三球依次拿走,C球带正电,B球不带电,A球带负电,且QA=QC．

质疑分析:原解认为将C球拿走后,A、B球上所带电量不改变．其实,将C球拿走是一个动态的过程,当C球拿走后,A、B球原来的静电平衡已被破坏,电荷将要重新分布,直到重新达到静电平衡．

总结提升:将带正电的物体从左边靠近A球,A、B、C三球达到静电平衡后,C球带正电,A球带负电,B球不带电．将带正电的C球移走的过程中,A、B两球的静电平衡被打破,B球右端电子受带正电的C球的吸引力在逐渐减小,在左端带正电的物体的电场的作用下向A运动,直到重新平衡,此时B球带正电,A球所带负电将比C球移走前多．故依次将C、B、A移走,C球带正电,B球带少量正电,A球带负电,且A球带电荷量比C球带电量多,满足|QA|=|QB|+|QC|．

4 忽视定律的适用条件

案例4.置于真空中的两块带电的金属板,相距1 cm,面积均为10 cm2,带电荷量分别为Q1=2×10-8C,Q2=-2×10-8C,若在两板之间的中点放一个电荷量q=5×10-9C的点电荷,求金属板对点电荷的作用力是多大?

审视原解:点电荷分别受到两板所带电荷的作用力,此二力大小相等,方向相同,由库仑定律

F=F1+F2=2F1=7.2×10-2N,

且方向指向带负电的金属板．

质疑分析:库仑定律只适用于点电荷间相互作用,本题中两个带电金属板面积较大,相距较近,不能再看作是点电荷,用库仑定律求解就错了!

图4

总结提升:两个平行带电金属板相距很近,构成一个电容器,两金属板间的电场可近似认为是匀强电场,如图4所示,电场中的点电荷受到电场力的作用．

点电荷q受到的电场力F=qE=1.15×10-2N．

5 临界条件分析不完整

图5

案例5.如图5所示,带正电小球质量为m=1×10-2kg,带电荷量为q=1×10-6C,置于光滑绝缘水平面上的A点,当空间存在着斜向上的匀强电场时,该小球从静止开始始终沿水平面做匀加速直线运动,当运动到B点时,测得其速度vB=1.5 m/s,此时小球的位移为s=0.15 m,重力加速度g取10 m/s2,求此匀强电场场强E的取值范围．

审视原解:设电场方向与水平面之间夹角为θ,

质疑分析:原解思维不严谨,没有对小球进行认真的受力分析,如果电场强度过大,电场力在竖直方向的分力大于重力时,小球将不沿水平面做匀加速直线运动,故匀强电场的场强E应有两个临界值．

总结提升:为使小球始终沿水平面运动,电场力在竖直方向的分力必须小于等于重力,即qEsinθ≤mg

1.25×105V/m.

即 7.5×104V/m

6 受干扰因素误导

图6

质疑分析:不少学生在做这道题时,一看到“固定光滑绝缘斜面”就想物体沿光滑斜面下滑,其实本题中“固定光滑绝缘斜面”是一个干扰因素,仔细受力分析可以发现,物体根本不会沿斜面下滑,而是沿着重力和电场力合力的方向脱离斜面做匀加速直线运动．

图7

总结提升:物块的受力情况如图7所示,

设合外力F与水平方向成θ角,则

综上所述,学生在解题过程中出现的错解,常常反映了学生思维的误区,究其原因,有的是因为“前物理观念”的思维定势,有的是思维不严谨、不全面、不灵活,有的是思维不够深刻,这些误区具有一定的共性,且具有一定的隐蔽性,以这样的案例为素材,引发学生深入思考与讨论,从而找出错误形成的原因,这种方法对培养学生批判性思维的意识和能力,提高学生的思维品质有显著效果．