尽管摆在我们面前的物理习题浩如烟海,模型花样翻新,可谓五花八门,但其设计方法,大都采用变式,即依据提出的曲型(或理想化)模型交替变更提供材料的形式,设计新的模型,以显示其物理本质。其目的在于帮助学生扩大视野、加深理解、巩固知识、增强思维变通性,进而促进创造性思维能力的发展。

学生在练习中遇到新模型时感到陌生棘手,找不到解题的突破口,其思维障碍在于不善于把貌离神合的新模型与类似的典型模型进行比较,从而无法认识和把握新、旧模型物理本质上的共性,从而望题兴叹,无处下手。对此,教师应当通过组织有效的习题教学,帮助学生在形态各异的模型分析和对比中,抽象出共性,洞察共同的物理本质,从而帮助学生跨越思维障碍,促进学生创造性思维能力的发展,实现由知识到能力的飞跃。

例如:在动量守恒定律的教学中,课本中的典型模型多是以两个相互作用的小球为例来展开讨论的,但在设计试题时,却在不改变系统物理本质——动量守恒适用的条件不变的前提下,把球魔术般地演变为各种形状的物体。

例1.两辆质量相同的小车A、B,它们静止在光滑的水平面上,一人站在A车上,两车均静止,若这个人从A车跳到B车,而后又跳回A车,来回几次后,人又跳回A车,则此时:

A.A车和人的速率大于B车速率。

B.A车和人的速率小于B车速率。

C.A车和人的速率等于B车速率。

D.在此过程中,两车和人的总动能守恒。

在这里,习题所提供的模型与课本提出的典型模型小球相比,已面目全非。但我们若把题中A车与人视为甲球,把B车视为乙球后,就不难发现,人在两车之间尽管来回几次跳来跳去使人眼花缭乱,这不过是障眼法,借以扰乱你的视线。其物理本质是:人从两车间跳来跳去仍等效于两球的相互作用,仍未跳出动量守恒定律,照样适用这一物理本质上的共性。一旦明确了这一点,学生的思维就立即变得开朗流畅,其结论显而易见: B正确。

例2.一只小船静止在湖面上,一个人从小船的一端走到另一端(不计水的阻力),以下说法正确的是:

A.人在船上走时,人对船的冲量小于船对人的冲量,故人走得快船走得慢。

B.人在船上走时,人的质量比船小,它们受到的冲量相等,故人走得快船走得慢。

C.当人停止时,因为船的惯性大,船将继续后退。

D.当人停止时,船也停止,因为总动量守恒。

对于此题,同样地,我们仍可以人和船等效为两个弹性球相互作用,它们遵从的物理规律(动量守恒)仍不变,即二者在相互作用中不断地传递着动量,而系统总动量不变。由此,学生很快即能得到正确答案:B、D。

可以说,变式的运用几乎所有中学物理习题里都得到体现。如在电磁感应教学中,关于楞次定律的应用习题,其母式(典型模型)是以条形磁铁与线圈的相互作用来展示其物理本质的。

例3.如图,闭合金属圆物从高为h曲面顶端自由滚下,又沿另一曲面滚上,非匀强磁场与环平面与运动方向均垂直,环在运动过程中不计阻力,则:

A.环滚上的高度小于h。

B.环滚上的高度等于h。

C.运动过程中环中有感应电动势,无感应电流。

D.运动过程中环内有感应电流。

上面例题中,我们看不到典型模型中的磁铁与线圈了,可谓面目全非。但我们把它与典型模型加以比较,对其进行去伪(表面形状)存真(物理本质),就不难看出其共同的物理属性而显示出其庐山真面目。在例3中圆环从曲面自由滚下又沿另一曲面滚上的过程中,同样等效于一条形磁铁一端靠近或远离线圈的情形。根据楞次定律,感应电流的磁场总时要阻碍引起感应电流的磁场的变化。当它滚至最低点时的速度必小于没有磁场时的速度;而在上升中同样受到阻碍作用,因而回升高度h′必小于h,故正确答案是A、D。

通过上述例析,我们可以发现在我们遇到新的模型时,应将其与已知的典型模型进行对比、分析,从中抽象出它们所具有的共性――物理本质,然后选择反映这种物理本质的物理知识进行解答。从这种“对比、分析、选择、解答”过程中去加深学生对所学物理知识的进一步理解和掌握,从而得到思维变通性的训练,进而促进创造性思维能力的发展。