慎用物理二級(jí)結(jié)論

楊學(xué)切＊

（福建省廈門第一中學(xué) 福建 廈門 361003）

有人曾說(shuō)過(guò)“真理再向前跨出一步就是謬誤”，也就說(shuō)，真理也有它的適用范圍.發(fā)現(xiàn)近年來(lái)無(wú)論是高考還是高考模擬試卷，出卷專家出了一些專門針對(duì)盲目運(yùn)用二級(jí)結(jié)論的試題，當(dāng)我們應(yīng)用這些二級(jí)結(jié)論去進(jìn)行解答時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)昔日的法寶不靈了，若用了這些二級(jí)結(jié)論反而會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果.以下舉例說(shuō)明，以期拋磚引玉.

1 關(guān)于電磁感應(yīng)中q＝n

【例1】如圖1所示，兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)＝0.5m，左右兩端分別連接電阻值為R1＝3Ω，R2＝6Ω的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.25T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌所在平面；一根電阻值為r＝1Ω的金屬棒在導(dǎo)軌上以速度v＝2m／s向右勻速運(yùn)動(dòng).求在Δt＝4s時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R1的電荷量？

圖1

錯(cuò)解：在Δt＝4s時(shí)間內(nèi)磁通量的變化

回路總電阻為

所以，在Δt＝4s時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R1的電荷量

正確答案：需要進(jìn)一步求解，在Δt＝4s時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R1的電荷量

代入數(shù)據(jù)得

2 關(guān)于電磁感應(yīng)中FA＝

【例2】在光滑的水平地面上方，有兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向相反的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖2所示，PQ為兩個(gè)磁場(chǎng)的邊界，磁場(chǎng)范圍足夠大.一個(gè)半徑為r，質(zhì)量為m，電阻為R的金屬圓環(huán)垂直磁場(chǎng)方向，以速度v0從如圖所示位置運(yùn)動(dòng)，當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)到直徑剛好與邊界線PQ重合時(shí)，圓環(huán)的速度為，則下列說(shuō)法正確的是

圖2

錯(cuò)解：選B；由將本題

代入安培力

結(jié)合

錯(cuò)因分析：對(duì)二級(jí)結(jié)論FA＝ 來(lái)源不清，理解不透；本二級(jí)結(jié)論是指單根導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割運(yùn)動(dòng)時(shí)受到安培力大小.本題有左右半圓在各自磁場(chǎng)中做切割運(yùn)動(dòng)，各自產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，而且兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián).

正確答案：選C.

3 關(guān)于恒定電路中動(dòng)態(tài)變化“串反并同”

【例3】如圖3所示，理想變壓器的副線圈上通過(guò)輸電線接有兩個(gè)燈泡L1，L2和電阻R0，滑動(dòng)變阻器電阻R，電壓表和電流表均為理想電表，輸電線的電阻均不計(jì).滑動(dòng)變阻器觸頭P向右移動(dòng)的過(guò)程中，以下說(shuō)法中正確的是

A.燈泡L1變暗、燈泡L2變亮

B.電壓表示數(shù)變小

C.電流表的示數(shù)變大

D.電阻R0上消耗的功率變小

圖3

錯(cuò)解：選A，B，C；滑動(dòng)變阻器觸頭P向右移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器電阻接入電路的電阻值變小，與它“串聯(lián)”有燈泡L2，電阻R0、電流表，則燈泡L2變亮、電阻R0上消耗的功率變大、電流表的示數(shù)變大；與它“并聯(lián)”有燈泡L1，電壓表，則燈泡L1變暗、電壓表示數(shù)變小.綜合以上“串反并同”分析，正確答案選A，B，C；

錯(cuò)因分析：對(duì)二級(jí)結(jié)論“串反并同”隨意推廣.沒有懂得結(jié)論的實(shí)質(zhì)，是閉合電路中電源的內(nèi)阻存在導(dǎo)致外電路的阻值變化而引起各部分電路的電壓、電流、功率等變化.對(duì)于變壓器，它的輸出電壓與負(fù)載阻值是否變化是無(wú)關(guān)的，本題理想變壓器的副線圈上的輸出電壓是恒定的.學(xué)生亂用二級(jí)結(jié)論“串反并同”，導(dǎo)致在此類解題中時(shí)而正確時(shí)而錯(cuò)誤，感到迷茫.

正確答案：選C.

4 關(guān)于楞次定律的效果判斷“增縮減擴(kuò)”

【例4】如圖4所示，光滑水平面上有一個(gè)圓形導(dǎo)體環(huán)a，圓形導(dǎo)體環(huán)a的中心有一個(gè)圓形區(qū)域的磁場(chǎng)，圓形區(qū)域的面積小于圓形導(dǎo)體環(huán)a的面積，磁場(chǎng)方向垂直水平面向里，當(dāng)圓形區(qū)域的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，

A.圓形導(dǎo)體環(huán)a上沒有感應(yīng)電流，也沒有收縮或擴(kuò)張的趨勢(shì)

B.圓形導(dǎo)體環(huán)a上有感應(yīng)電流，但沒有收縮或擴(kuò)張的趨勢(shì)

C.圓形導(dǎo)體環(huán)a上沒有感應(yīng)電流，但有收縮的趨勢(shì)

D.圓形導(dǎo)體環(huán)a上有感應(yīng)電流，也有收縮的趨勢(shì)

圖4

錯(cuò)解：選D；當(dāng)圓形區(qū)域的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，圓形導(dǎo)體環(huán)a的磁通量增加，為了阻礙磁通量增加，所以它有收縮的趨勢(shì)欲使面積減小.

錯(cuò)因分析：關(guān)于楞次定律的效果判斷“增縮減擴(kuò)”“來(lái)拒去留”等其本質(zhì)原因是感應(yīng)電流在原磁場(chǎng)中受到安培力的作用效果.本題中圓形導(dǎo)體環(huán)a雖有感應(yīng)電流，但是它所處的位置沒有磁場(chǎng)，也就是沒有受到安培力的作用.甚至有些物理情景下還是“增擴(kuò)減縮”的情況出現(xiàn).

正確答案：選B.

5 電磁感應(yīng)中回路產(chǎn)生的焦耳熱等于導(dǎo)體克服安培力做功

【例5】如圖5（a），足夠長(zhǎng)、平行光滑導(dǎo)軌，間距為l，固定在傾角為θ的斜面上.在導(dǎo)軌下端區(qū)域Ⅰ內(nèi)有方向垂直于斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0（未畫出）；沿斜面的長(zhǎng)度為 Ⅰ 的區(qū)域 Ⅱ 內(nèi)有垂直于斜面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度Bt的大小隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖5（b），圖中B0與t1為已知量.t＝0時(shí)刻在軌道上端的金屬細(xì)棒cd從如圖位置由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，直至到區(qū)域Ⅱ的下邊界EF處，在此過(guò)程中，位于區(qū)域Ⅰ內(nèi)，另一質(zhì)量為m金屬細(xì)棒ab在導(dǎo)軌上始終靜止不動(dòng).導(dǎo)軌電阻不計(jì)，兩棒均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，重力加速度為g；求cd棒開始下滑至下邊界EF的過(guò)程中回路中產(chǎn)生的熱量Q.

圖5

錯(cuò)解：cd棒開始下滑至下邊界EF的過(guò)程中回路中產(chǎn)生的熱量Q等于cd棒在此過(guò)程中克服安培力所做的功.

對(duì)cd棒 F安＝mgsinθ

所以

Q＝W安＝mglsinθ

錯(cuò)因分析：錯(cuò)因一，誤用電磁感應(yīng)中回路產(chǎn)生的焦耳熱等于導(dǎo)體克服安培力做功的結(jié)論，此結(jié)論只適用與導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中做切割運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)計(jì)算純電阻回路產(chǎn)生的焦耳熱.本題中零到t1時(shí)刻過(guò)程是由于磁場(chǎng)的變化回路產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，不存在cd棒克服安培力做功；錯(cuò)因二，對(duì)cd棒F安≠mgsinθ，可能學(xué)生誤以為cd棒質(zhì)量為m，題目中cd棒質(zhì)量未知的；也可能學(xué)生沒有注意到區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度在t1時(shí)刻開始不等于區(qū)域Ⅰ中磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.

正確解答：對(duì)ab棒分析：B0Il＝mgsinθ

金屬細(xì)棒ab在導(dǎo)軌上始終靜止不動(dòng)，則電流恒定，電動(dòng)勢(shì)恒定，而且金屬細(xì)棒cd在t1時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)，做勻速運(yùn)動(dòng).

由0～t1時(shí)刻，金屬細(xì)棒cd做勻加速運(yùn)動(dòng)，則

v1＝at1＝gt1sinθ

根據(jù)兩個(gè)過(guò)程電動(dòng)勢(shì)相等，則

解得

再由

解得

5 結(jié)束語(yǔ)

我們不是說(shuō) “二級(jí)結(jié)論”不好、不能用，而是要理解它的來(lái)龍去脈，在使用前要作必要的判斷，看題意是否滿足使用這個(gè)結(jié)論的條件.同時(shí)在平時(shí)的練習(xí)中也要有意設(shè)計(jì)一些專門針對(duì)“二級(jí)結(jié)論”的問題，讓學(xué)生做出錯(cuò)誤的解答，掉進(jìn)設(shè)計(jì)的“陷阱”，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)這類問題的思考和判斷.

物理是一門學(xué)科，之所以稱之為“物理學(xué)科”，都應(yīng)當(dāng)注重“物理的學(xué)科本原”，要深入到情境性問題所涉及到的實(shí)質(zhì)性問題，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到物理學(xué)科的本質(zhì).要超越對(duì)于技巧性問題的過(guò)度追求，否則學(xué)生掌握的不是物理知識(shí)而是應(yīng)試技巧.