多样化策略助力物理习题设计

在物理习题设计中，联系生活设计综合性习题，有利于激发探究兴趣；针对重难点设计辨析性习题，有利于实现深度理解；结合实验设计探究性习题，有利于提升思维能力。笔者以具体题目为例分析。

一、联系生活设计综合性习题，激发探究兴趣

教师利用生活中的物理现象命制习题有利于激发学生的探究兴趣，引导学生综合运用所学知识解决实际问题。

习题1  如图1，小明洗碗时发现同一只碗有时漂浮在水面，有时沉入水底，下列说法正确的是（    ）。

A.碗沉入水底时比漂浮时排开水的质量小

B.碗沉入水底时所受的浮力等于它的重力

C.碗沉入水底时比漂浮时所受的浮力大

D.碗沉入水底时比漂浮时所受的重力大

习题1整合了阿基米德原理和物体的沉浮条件等知识，学生需要正确理解浮力的大小取决于物体排开液体体积的大小和液体的密度，与物体的形状和重力大小无关，而物体的沉浮状态取决于物体重力大小与所受浮力大小的关系。具体来说，碗沉入水底时所受浮力小于它的重力，碗漂浮时所受浮力等于它的重力，由于碗所受重力相同，由F浮=G排可知，碗沉入水底时比漂浮时排开水的重力减小了，则排开水的质量减小了，故A正确，B和C错误；碗沉入水底时与漂浮在水面上时质量相同，所以所受重力相同，故D错误。

二、针对重难点设计辨析性习题，实现深度理解

教师要针对教学重难点、易混淆点设计习题，通过“一题多变”引导学生深度理解物理概念和规律，提高其发散性思维能力。

习题2  甲、乙、丙、丁4个烧杯中分别盛有密度不同的液体，同一物体在4个烧杯中的沉浮情况分别如图2所示，物体静止时4个烧杯的液面相平。请分别基于这4种情况对以下4个要素作比较：①物体在烧杯中受到的浮力大小；②物体在烧杯中排开液体所受的重力大小；③烧杯中液体的密度大小；④烧杯底部受到的液体压强大小。

习题2以“一题多变”的方式考查影响浮力大小的因素，旨在让学生知道物体的沉浮条件，加深对液体压强与液体密度关系等知识的理解。作答时，教师要注重指导学生运用控制变量法对比分析，培养学生发散思维能力。

根据图2中物体沉浮情况可知：G物=F甲浮=F丙浮=F丁浮；G物=G甲排=G丙排=G丁排，F乙浮= G乙排＜G物，V甲排＜V丁排＜V乙排，V乙排=V丙排=V物，所以由阿基米德原理得出ρ甲液gV甲排=ρ丙液gV丙排=ρ丁液gV丁排=ρ物gV物＞ρ乙液gV乙排，进而得出ρ甲液＞ρ丁液＞ρ丙液=ρ物＞ρ乙液，又因为液体的压强P液=ρ液gh，在液体深度相同的情况下，ρ液越大其压强越大，故P甲液＞P丁液＞P丙液＞P乙液。由此题学生可以得出规律性认识：当ρ液＞ρ物时，物体漂浮；当ρ液=ρ物时，物体悬浮；当ρ液＜ρ物时，物体下沉。

三、结合实验设计探究性习题，提升思维能力

物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，基于实验设计的习题要体现探究性，引导学生挖掘隐含条件，综合运用所学的物理概念和规律等解决问题，培养逆向思维等思维能力。

习题3  利用如图3所示的装置探究电流与电阻的关系。实验中，电源电压为4.5V，保持不变，有5个阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω的定值电阻供选用，可选用的两只滑动变阻器的规格分别为甲“10Ω、2A”、乙“30Ω、1A”。

（1）连接电路时，开关应处于         状态。

（2）某次实验时，发现电压表无示数、电流表有示数，电路故障可能是（  ）。

A.定值电阻R短路   B.定值电阻R断路

C.滑动变阻器断路   D.滑动变阻器短路

（3）按正确的操作步骤实验，将5Ω电阻接入电路，闭合开关后电流表示数为0.3A，移动滑动变阻器滑片，电压表示数达到预设值    V时，电流表示数为0.6A。分别将10Ω、15Ω、20Ω、30Ω电阻接入电路，将调节滑动变阻器滑片向    移动（填a或b），能使电压表示数仍为预设值。记录数据如下表所示，其中第    次实验数据是伪造的。根据表中数据可以得出结论：        。

[实验次数＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&电阻/Ω＼&5＼&10＼&15＼&20＼&30＼&电流/A＼&0.6＼&0.3＼&0.2＼&0.15＼&0.1＼&]

（4）要顺利完成5次实验，我们有多种改进方法。

①若选用甲滑动变阻器，预设电压值为3V，则电源电压的控制范围应为         。

②若选用甲滑动变阻器，电源电压为6V，则预设电压值的控制范围应为         。

③若选用乙滑动变阻器，电源电压为6V，预设电压值为2V，要至少串联一个         Ω的定值电阻。

④若选用乙滑动变阻器，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～3V，则电压表示数的控制范围应为         。

（5）用小灯泡代替定值电阻进行电流与电压的实验研究     （填“可行”或“不可行”），原因是      。

习题3旨在考查学生正确理解欧姆定律以及运用控制变量法研究物理问题的能力，有利于培养学生的发散思维和逆向思维。

第（1）题考查常规知识，答案是“断开”。

第（2）题考查电路常见故障分析，“电流表有示数”就不会是断路，“电压表无示数”就应该是与其并联的元件出现短路或其接线接触不良，故D正确。

第（3）题的隐含条件是闭合开关时滑动变阻器调到了最大阻值处。根据电源电压为4.5V，闭合开关时电流为0.3A，得出滑动变阻器的最大阻值为10Ω，即电路中使用的是甲滑动变阻器。将5Ω电阻接入电路，根据电压表示数达到预设值时电流为0.6A，得出电压预设值U=IR=0.6A×5Ω=3V。分别将10Ω、15Ω、20Ω、30Ω电阻接入电路时，要使预设电压仍为3V，就要将滑动变阻器滑片向阻值大的方向即a端移动，以控制定值电阻与滑动变阻器两端电压不变，也就是它们接入电路中的阻值比不变，所以在第2～5次实验中滑动变阻器接入电路中的阻值应分别是5Ω、7.5Ω、10Ω、15Ω。其中，15Ω与甲滑动变阻器的规格不符，因此第5次实验数据是伪造的。

第（4）题是串联电路，电流处处相等，因此[U定R定]=[U电源-U定R滑]，变形得①“[U定U电源-U定]=[R定R滑]，②U定=[R定（U电源-U定）R滑]，③U电源=[U定（R定+R滑）R定]，④R滑=[R定（U电源-U定）U定]”，由此可以解决题中的相应问题。当然，作答时还要考虑允许通过的最大电流。定值电阻阻值最小时，电路中的电流最大，所以Imax=[U定R定]，这可以作为电流表量程的选择依据。综合以上公式、相关数据，学生可以顺利得出如下答案：①3V～4V；②4.5V～6V；③30Ω；④2.25V～3V。

第（5）题的实验前提是定值电阻阻值不变，而在电压发生变化时灯丝的温度会改变，其电阻就会随着温度的变化而变化，故不能用小灯泡代替定值电阻进行实验研究。

文字编辑  刘佳