浅谈物理拟人化教学

浅谈物理拟人化教学

陆德亮

陆德亮广西桂林市临桂五通中学541100

物理拟人化教学的含义是把物理情境、过程或规律等物理教学比喻成人们生活中的事物、行为、感情认知等的教学行为，它能使学生通俗易懂、由抽象到具体地掌握物理知识。下面我从在教学中能用到拟人化教学的几个物理知识点来浅谈一下拟人化教学的作用。

一、不彻底保守性

某个物理现象中，因变量发生变化是因为有相互影响关系的自变量中的某一个自变量发生变化而引起的，则其它自变量尽量维持（但最终不能维持）因变量现状的现象称为不彻底的保守性。主动自变量与其它自变量的关系也可称为改革与保守的关系。

例1.在如图（1）所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器，当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是（）。

A.I1增大，I2不变，U增大B.I1减小，I2增大，U减小

C.I1增大，I2减小，U增大D.I1减小，I2不变，U减小

解析：方法一（闭合电路的欧姆定律解法）：将R2的滑动触点向b端移动，电阻R2减小，回路中的总电阻R总减小，干路中的电流I增大，电压表示数U=E-Ir应减小，R1和R2并联部分电压U1=E-I（r+R3）也应减小，电表A1的示数I1减小。电表A2的示数I2=I-I1，因I增大，I1减小，所以I2应增大，选项B正确。

方法二（不彻底保守性解法）：设因变量为通过电源内电阻r的电流为I；自变量为通过A1、A2和通过V的电流分别为I1、I2和I3。因为R2的滑动触点向b端移动，电阻R2减小，则自变量I2增大，使因变量I增大，此时与自变量I2有关的自变量I1和I3要想维持I不变，则I1和I3应自动减小。由电压表的示数U=RVI3，电压表电阻RV不变知U也减小，但因变量I还是不能维持原来大小反而增大，所以很快就把B项答案选出来了。

例2.在如图（2）所示的电路中，电源电动势为E，内电阻为r，闭合开关S，待电流达到稳定后，电流表示数为I，电压表示数为U，电容器C所带电荷量为Q，R2上消耗的功率为P2。将滑动变阻器P的滑动触头从图示位置向a端移动一些，待电流达到稳定后，则与P移动前相比（）。

A.U变小B.I变小C.Q增大D.P2变小

解析：方法一（闭合电路欧姆定律）：滑动变阻器的滑动触头向a移动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变大，分压变大，故电压表示数U和电容C所带的电荷量Q都增大，A错误，C正确；由于电路中总电阻变大，由闭合电路欧姆定律得电路中总电流变小，故电流表示数I和R2上消耗的功率P2都变小，B、D正确。答案BCD。

方法二（不彻底保守性解法）：设因变量为通过电流表A和电阻R2的电流I，自变量分别为通过R1的电流I1和通过滑动变阻器的电流I2以及通过电压表V的电流I3。因为P向左滑动，电阻变大而I2减小，致I减小，则其它自变量I1，I3为维持I不变，通过R1则自发有电流弥补维持，因原来无电流，所以电容放电则Q减小；通过电压表的电流I3也要增大，而由U=I3RV知，在电压表电阻不变时，要想电流增大，自身两端电压务必增大。而P2=I2·R2知变小，所以答案就为BCD。

例3.如图（3）所示，质量m=50g、长L=10cm的铜棒，用长度亦为L的两根轻软导线水平悬挂吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=T。未通电时，轻软导线在竖直方向，通入恒定电流后，棒向外偏转的最大角度θ=37°，求此棒中恒定电流的大小（g取10m/s2）。

请判断，他们的解法哪个正确？错误的请指出错在哪里。

解析：两个同学对金属铜棒的受力分析都正确，关键是铜棒摆到最高点时是平衡状态还是非平衡状态的判别。在此用不彻底的保守性解法可知：在最高点虽然速度为零，但不能保持在最高点运动状态，马上向下摆动，所以不是平衡状态，所以乙同学的解法正确。

牛顿第一定律与第二定律也可从拟人化的角度去区别：牛顿第一定律是能彻底地保守到原来的运动状态，而牛顿第二定律是不彻底的保守性，如果物体所受的合外力一定时，质量越大，加速度越小，或说质量越大，保守性也越强，但不彻底（还是有加速度）。

二、判逆性

某种物理现象中，相关因变量的变化趋势总是相反的现象称为叛逆性。

楞次定律的内容：感应电流是有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。对楞次定律的深刻理解为如下几个推论：

（1）阻碍相对运动，即“来拒去留”。

（2）使线圈面积有扩大或缩小的趋势。

（3）阻碍原电流的变化（自感现象）。

总之，可以认为感应电流产生的一切作用效果（受力运动的变化，面积的增减）等都阻碍引起感应电流的磁通量的变化。但是上述推论用“叛逆性”可使问题简单化，使学生掌握的推论更少且更易操作解题。在此，所谓叛逆性就是某个因变物理量的大小由其它几个自变物理量共同决定，当其中某一个自变物理量变化时使因变量变大或变小，则另一个自变量以使因变量变小或变大的叛逆性而发生变化。

自感现象中，感应电动势是阻碍导体中电流的变化，导体中电流变化越快，感应电动势越叛逆，即感应电动势越大，则阻碍也越大。

其它的知识点有：摩擦力的方向也是具有叛逆性的，它的方向总是与运动趋势和发生相对运动的方向相反。静摩擦力也是有叛逆性的，当物体静止，静摩擦力之外的其它力的合力越大时，它的叛逆性也越大。还有其它很多方面的知识点，如电容器的充放电等物理现象中也可用拟人的方法进行教学和研究。

三、消费性和收入性（经济管理）

把能量的转化和守恒拟人为一个家庭的经济收入、支出的去向和途径的方法为消费性与收入性的拟人化。

例5.热力学第一定律：△U=W+Q中，等式左边把内能的变化量△U拟人为一个家庭的人民币储蓄总额；等式右边外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q分别拟人为收入和支出。当1天的收入为100元（外界对物体做的功100J）大于家庭的支出60元时（和向外界放出的热量60J），则家庭中的储蓄总额就增加40元（内能增大40J）。

例6.功能关系：功是能量变化的量度，学生很难理解，也可以拟人为一个家庭储蓄总额（某种形式能量）的多少，当这个家庭花500元买了一个电磁炉（向外做正功）或卖了一头猪得500元（向外做负功），则这个家庭在储蓄总额上减少或增多了500元，并不是指这个家庭的储蓄总额只有500元。这就阐明了做功与变化对应的关系。

例7.能量守恒的掌握也要明确某种形式能量减少和增加的路径。正如拟人为一个学生一个星期的生活费的用途一样：家长给了学生200元的生活费（某种能量的多少），花了50元买了一双鞋、100元买了饭票（能量的转化），借给同学50元（能量的转移），还剩下50元（未转化和转移）。只要学生知道自己的生活费是怎么使用和用去哪里，他就能更好地掌握能量守恒。

四、和谐性

某种现象因主动因素而发生变化受到某种因素的制约，最后出现主动因素和制约因素相互抗衡的情况，称为和谐性。具有和谐性的物理现象有下面几个方面：

1.机车受牵引力（主动因素）而启动，同时受互阻力（制约因素）的限制，机车不可能无止境地加速，最后以一定的速度做匀速直线运动。

2.导体棒在外力的作用下切割磁感线运动而产生感应电流时，同时出现安培力阻碍导体棒切割磁感线运动，最后出现匀速直线运动。

例8.如图（5）所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其一部分处于方向垂直于导轨所在平面有上下水平边界的匀强磁场中，一根金属杆MN呈水平沿导轨滑下，在与导轨和电阻R组成的闭合电路中，其他电阻不计，当金属杆MN进入磁场区后，其运动的速度图象不可能是下图中的（）。

解析：因主动因素重力的作用，金属杆向下运动，但在磁场中受到制约因素安培力的作用，不可能无止境地作加速运动，最后要出现一种和谐的情况，即匀速直线运动。所以不可能的是B选项。

3.静电感应中的内部场强处处为零，自由电荷出现不移动的和谐状态。

五、感情性

常见的电场线的分布情况学生是很难记住的，记不住就建立不起物理情境，那么有时就不能解题。为了便于记忆，在这里可把高中教材中常见的电场线分布情况分别拟人为人的感情状态：

图（6）点电荷的电场线分布，正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，负电荷电场线的方向与正电荷的相反。在此可把正、负电荷的电场线分布分别拟人为“心花怒放”和“归心似箭”。

图（8）点电荷与带电平板的电场线分布，可拟人为“单相思”。

通过对上述电场线分布情况拟人为人的感情活动后，便于学生的掌握和记忆，从而有利于物理情境的建立。

综上所述，在物理教学中，能把某些物理现象比喻成我们现实生活中的事与物的知识点很多，需要我们继续探讨。这样才能更形象地用生活常识学习物理，使我们的教学更容易深入浅出，学生学习也轻松且能更好地掌握物理知识。