對一類常見物理題型的自我反思
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對一類常見物理題型的自我反思
周小新
昨天，在一個物理交流群中有個老師發了這樣一個題目（應該算是比較常見的題型了）：如下圖，一金屬環用絕緣輕繩懸掛在天花板上，天花板下方有如圖所示的磁場（僅兩虛線間有磁場），先將金屬環拉至圖示位置然後靜止釋放，忽略空氣阻力。以上是題干，然後會有這樣一個選項：金屬環最終在磁場中來回擺動。我不清楚其他老師是如何想的，反正目前大多數教輔書上都有這類題，而且這個選項是正確的，我之前也認為這是正確的，不過現在不這樣認為了。
通常的思路是這樣的：金屬環進出磁場時，由於磁通量的變化，有感應電流產生，因此機械能轉化為電能，金屬環擺的越來越低，直到金屬環不能再擺出磁場後，由於磁通量不變，環中沒有感應電流，因此機械能不損失，金屬環就一直在磁場中擺來擺去！
上面的解釋看似沒有問題，仔細想想問題很大。為了說明這個問題，我先把電磁學裡面經常用的一幅圖拿出來，相信物理老師都能懂其中的意思。
我現在舉這樣一個例子：如下圖，光滑絕緣水平面上有一金屬棒，空間中有如圖所示的磁場（向里向外的磁場交替排列，一直到足夠遠的地方，因空間有限後面的磁場未畫出），現在給金屬棒一個如圖的初速度，問金屬棒最終會不會停下來？
初看好像這裡面沒有形成閉合迴路，就沒有感應電流，也就是機械能不會轉化成電能，於是這個金屬棒會做勻速直線運動。其實不然，在向里的磁場中運動時，金屬棒中的電子會集聚到下端（圖中的），當金屬棒進入向外的磁場時，金屬棒中的電子會集聚到上端（圖中的），也就是這個過程中其實是有一個暫態電流的，也就是機械能會轉化成電能，最終這個金屬棒會靜止，而不是勻速直線運動。
那麼回到剛才那個題目，金屬環向左擺動時，電子會集聚到環的上部，金屬環向右擺動時，電子會集聚到金屬環的下部，電子不斷的從上部到下部又到上部，這其實就是電流，也就是左右擺動的過程中其實是有電流的，因此機械能會損失，最終金屬環會靜止。
由此看來，大部分的教輔書上關於此類題的講法都是錯的！我自己之前的看法也是錯的，當我意識到的時候，立馬就寫下了本文。當然，不是說這種題不能出，真正要按照正確的思路來分析，高中生估計搞不定！其實高中物理很多題都是出題人先入為主，這就很要命了！
由此，我想說，物理命題也是真的不容易，所以模擬題經常會出現經不起推敲的情況，高考題里出現也是難免。不過我們還是要秉承科學的態度看待問題，也許多年以後，學生已經不學物理了，把各種斜面小球都忘光了的時候，他們還能有質疑精神，有科學的態度，那就是物理教學的成功。因為，教育是把你在學校里學到的知識全部忘掉之後依然存留下來的東西！
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