基于核心素养的高考物理复习教学探讨①<br/>——以“带电粒子在电磁场中的运动”为例

基于核心素养的高考物理复习教学探讨①
——以“带电粒子在电磁场中的运动”为例

2019-09-10

物理之友 2019年7期

(江苏省苏州市吴中区苏苑高级中学，江苏苏州 215128)

物理教材是高考复习教学中最权威、最经典的教学用书，立足教材对完成课程目标具有重要的指导意义。本文以“带电粒子在电磁场中的运动”复习教学为例，提出高考复习要以课程标准为指导，立足教材、研讨教材、领会教材、感悟教材，提升学生的物理学科核心素养。

1 立足密立根油滴实验，强化运动与相互作用观念

运动与相互作用观念使各个物理知识点紧密地关联在一起，教学中要注重渗透运动与力相结合的重要性，让学生知道受力分析的目的主要是求合力，从而解出加速度，弄清运动模型。

例1：如图1所示，美国科学家密立根利用实验准确地测定了电子的电荷量。平行板电容器与电压为U的恒定直流电源连接，通过显微镜发现一带负电油滴悬浮于电容器中的P点，若分别发生下列变化，油滴的运动状态如何？

图1

(1) 电容器与电源相连，将电容器绕电容器的中心顺时针转动一小角度(d不变)(如图2)；

图2

(2) 电容器与电源相连，将电容器的两个极板绕各自极板的中点顺时针转动一小角度(如图3)；

图3

(3) 若电容器与电路断开，该悬浮的油滴被一个水平运动且等质量不带电的油滴击中(如图4)，两油滴合二为一；

图4

(4) 若电容器与电路断开，在平行板电容器板间加一匀强磁场，设法给原来悬浮的油滴一个竖直向下的速度(如图5)。

图5

解析：(1) 由于U、d不变，故E不变，即重力大小依然等于电场力的大小，通过作图易得合力方向为右下方，所以油滴向右下方做匀加速直线运动。

(3) 通过动量守恒可知碰撞后新油滴具有向右的速度，同时新油滴合力大小为mg，方向竖直向下，则新油滴做类平抛运动。

(4) 由于重力和电场力平衡，合力仅为洛伦兹力，则油滴做匀速圆周运动。

2 立足示波管、显像管模型，实现知物懂理的教学目标

示波管和显像管是教材中的基本模型，许多题目都是围绕它们探讨在场中偏转问题。要使学生学会甄别模型、锁定模型、解决模型问题，实现“知其然，知其所以然”的教学目标。

例2：如图6所示，在铅板A上有小孔S，放射源C可通过S在纸面内各个方向射出速率v0=2.0×106m/s的某种带正电粒子，B为金属网状栅极，M为荧光屏，A、B、M三者平行正对，且面积足够大，A、B间距离d1=1.0cm，电压U=1.5×104V，且恒定不变，B、M间距离d2=4.0cm，该粒子比荷q/m=4.0×108C/kg，忽略带电粒子与栅极的碰撞及粒子间的相互作用，不计带电粒子的重力，求：

图6

(1) 该带电粒子打在荧光屏M上形成的亮线的长度。

(2) 若在BM间加一磁感应强度B=0.25T，方向垂直于纸面向外的匀强磁场，则该带电粒子打在荧光屏M上的亮线长度又变为多大(设电子从磁场返回时均被铅板吸收)？

(3) 若单位时间从小孔S进入的粒子在各个方向数目是均等的，求单位时间内打到荧光屏上的粒子占出射粒子数的比值。

解析：此题从示波管和显像管两个基本情境衍变而来，由于其中涉及很多运动模型，同时涉及临界问题的分析，有一定难度。需要引导学生甄别模型、锁定模型，不能想当然。

图7

(3) 由题意可得到屏上的粒子数目正比于入射角范围，结合上述两个问题的分析可知，单位时间打到荧光屏上的粒子的比例恰好为50%。

3 立足洛伦兹力演示仪，提高学生的科学探究能力

教师在课堂教学中要懂得留白，设法为学生的科学探究留下充分的时间和空间，引导学生自主寻找题目中的解题信息，进而解决问题。

例3：图8为洛伦兹力演示仪的结构简图，在励磁线圈中通入电流，可以产生方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场，某时刻磁感应强度B=0.01T，匀强磁场内部有半径R=0.2m的球形玻璃泡，在玻璃泡底部有一个可以升降的粒子枪，可发射比荷q/m=108C/kg的负电粒子束，粒子加速前速度视为零，经过电压U加速后，沿水平方向从玻璃泡圆心的正下方垂直磁场方向水平向右射入，粒子恰好垂直打到玻璃泡的边缘上，并以原速率反弹(碰撞时间不计)，最后刚好回到发射点，则当高度h为多大时，粒子回到发射点的时间间隔最短？求出这个最短时间tmin，不计粒子间的相互作用与粒子重力，忽略粒子束宽度。