深度理解物理概念 思维可视以变应变

［摘 要］2023年高考全国甲卷物理试卷中的静电场选择题，通过对电荷在非匀强电场中运动轨迹的分析，考查了学生运动学、动力学和静电力学等必备知识，以及物质观念、运动与相互作用观念、科学思维等核心素养。试题引导教师在教学中重视基本概念和基本规律的教学，重视学生的思维能力训练。试题引导学生深度理解所学内容，从“解题”走向“解决问题”。

［关键词］静电场；选择题；思维

［中图分类号］" " G633.7" " " " ［文献标识码］" " A" " " " ［文章编号］" " 1674-6058（2024）17-0038-03

一、试题呈现

（2023年高考全国甲卷第5题）如图1所示，在一些电子显示设备中，让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场，可以使发散的电子束聚集。下列4幅图中带箭头的实线表示电场线，如果用虚线表示电子可能的运动轨迹，其中正确的是（ ）。

二、试题解答

物体做曲线运动的特征是轨迹夹在速度方向与合力方向之间，根据这个特征，可在A、B、C、D四个图中的轨迹线上任意选一点，作出电子在该点的受力方向（与电场线该点的切线方向相反）和速度方向（轨迹上该点的切线方向），看电子的运动轨迹是否夹在速度方向与合力方向之间，只要电子在某点的运动轨迹不是夹在速度方向与合力方向之间，就说明该图所表示的不是电子可能的运动轨迹。在图2中作图发现，只有A选项中电子的运动轨迹始终夹在速度方向与合力方向之间，B、C、D三个选项出现了电子的运动轨迹不在速度方向与合力方向之间的情况，说明这3个图像所表示的电子运动轨迹是不可能的，因此，只有A选项正确。

三、试题评析

（1）科学知识层面。试题考查了曲线运动轨迹上某点的速度方向、电场线上某点的电场力方向，以及物体做曲线运动的轨迹夹在速度方向与合力方向之间等内容，属于静电场中常见的“点、线、面、迹”的综合性问题，基础性和导向性都比较突出。

（2）核心素养层面。试题考查了物质观念、运动与相互作用观念等物理观念，考查了分析、推理等科学思维。

（3）创设情境层面。试题通过带电粒子在非匀强电场中运动的情境，考查了学生运动学、动力学和静电力学等必备知识，以及解决真实情境问题的能力。试题引导学生从“解题”走向“解决问题”，同时引导教师重视对基本概念和基本规律的教学，加强基本概念和基本规律在真实情境中的应用训练，提高学生解决真实情境问题的能力。

（4）应试能力层面。试题考查了学生综合运用运动学、动力学和静电力学等知识进行分析推理的能力及解决真实情境问题的能力。试题各选项中给出的是具有对称性的非匀强电场，且电子以不同的运动轨迹经过电场的不同区域，这对学生的应试能力提出了更高的要求。学生要在较短时间内明确考查意图、厘清解题思路、合理选点作图、分析推理判断和作出正确选择，这是有一定难度的。

四、教学建议和备考策略

与静电场有关的选择题，是历年高考物理的常考题型，无论是全国卷还是各省市卷，每年至少都有一道。表1是2023年10套高考物理试卷中与静电场有关的选择题的统计，表2是近5年各套高考物理试卷中与静电场有关的选择题的统计。通过对表1和表2分析发现，高考物理试题考查的几乎都是电场强度、电场叠加、电势（差）、电场力做功、电势能变化、电荷运动轨迹分析等常规内容，只是每年考查的侧重点不同，呈现的方式和情境不同。学生只要深刻理解和掌握静电场的基本概念、规律和一些特征，就能对这一类题目。

（一）新授课教学建议——思维可视降难度

“静电场”这一单元的内容有如下四个特点：一是物理概念较多；二是物理概念抽象，思维要求较高；三是概念之间似是而非，容易混淆；四是概念之间关联密切。因此，在新授课教学中教师要注意下面四点：（1）深刻理解本单元内容，将本单元内容转换为便于学生理解和接受的形式；（2）从大单元教学的角度将静电场内容统筹布局和分步落实；（3）贯彻深度教学理念，让学生深度参与课堂学习，深度理解基本概念及概念之间的内在逻辑关系；（4）通过实验、信息技术等可视化手段，化抽象为具象，化无形为有形，降低学生的理解难度，帮助学生更好地理解所学内容。

（二）复习备考策略——思维可视建架构

1.了解学情有的放矢

从静电场新课学习到高三一轮复习，学生有一年多的时间很少接触电场的内容，所以在复习静电场之前，教师首先要了解学生对本单元内容的掌握情况，只有真实了解学生对本单元内容的掌握情况，才能做到复习有的放矢；其次要设置基本的单元测评，通过分析自动阅卷系统生成的测评大数据所储存的信息，了解学生对本单元内容的掌握情况；最后根据测评大数据反馈出来的问题，采取讲授、小组合作学习、讨论交流等方式帮助学生解决问题。

2.建构导图厘清关系

教师要引导学生通过画思维导图等建构本单元的知识体系，让学生对本单元内容有结构性的整体认知。如图3所示的静电场概念关系图，是在笔者的指导下，学生合作建构和多次修改完善而得的。在建构概念关系图的过程中，学生反复研读课本，思考概念之间的关联，研讨概念之间的关系，从而加深对基本概念内涵的理解，厘清概念之间的内在联系和逻辑关系。

[图3 静电场概念关系图]lt;E：＼未做件＼中学教学参考·理科版202406＼W6-67.epsgt;[电场力][电场力做功][电势能][电势][电势差][电场强度][E=F/q][WAB=Fd][WAB=EPA-EPB][φ=EP/q][UAB=φA-φB][U=Ed][WAB=Eqd][ΔEAB=qUAB][ΔEAB=Eqd][WAB=qUAB]

3.开放试题激活思维

静电场主要涉及的是电场中“点、线、面、迹”等问题，教师可提供适当的习题给学生练习，让学生掌握静电场的基本规律和特点，从而解决静电场问题。教师提供的习题在精不在多。可供学生练习的静电场选择题有很多，如果教师不认真进行比较和筛选，就会出现学生重复做题的现象，这无疑会加重学生的学习负担。因此，教师选题和优化习题很重要。笔者的做法是：（1）筛选和整合涉及同类知识内容的选择题，如把多个选择题的选项整合到某一题中进行练习，这样既不会遗漏要求学生练习巩固的知识，又不会加重学生的学习负担；（2）提供一些开放性习题，给学生更多思考和交流的机会，让学生在思维碰撞中对问题有深度的理解。下面的例题原是一道选择题，只有四个选项，为了训练学生的思维，笔者保持题干不变，将题目改编为开放性习题，让学生围绕题干和示意图提出有关问题。

［例题］如图4所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即 [Uab=Ubc]，实线为一带正电的点电荷仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，根据图像，你能提出哪些问题，并做出解答。

题目出示后，很快就有学生提出了自己的问题，其他学生也跟着提出了问题。笔者将学生提出的问题归纳为以下10个问题。

（1）如何确定电场线的方向？

（2）电荷运动过程中受到的电场力指向哪个方向？

（3）P和Q的哪一点电场强度较大？

（4）电荷在P和Q哪一点电势高？

（5）从P到Q或从Q到P运动时，电场力是做正功还是做负功？

（6）电荷在P和Q哪一点电势能较大？

（7）电荷在P和Q哪一点动能较大？

（8）电荷在P和Q哪一点受到的电场力较大？

（9）电荷在P和Q哪一点的加速度较大？

（10）如果将正电荷换为负电荷，电荷运动的轨迹如何？

这样引导学生进行思维训练，激发了学生的学习兴趣，激活了学生的思维，加深了学生对所学知识的理解，同时也提高了复习效率。

总之，静电场是教学的重点和难点，也是高考的热门考点。历年的高考全国卷和各省市卷中几乎都有静电场选择题。因此，在新授课教学中，教师要通过讲授、实验、动画可视化、小组合作等方式方法，让学生深度理解静电场的基本概念和规律。在复习备考中，教师要引导学生深刻理解静电场基本概念的内涵及概念之间的内在联系和逻辑关系，引导学生建构单元知识网络，再通过思维型习题和开放性习题训练，使学生更好地掌握静电场内容。

［" "参" "考" "文" "献" "］

[1]" 方红德.“带电粒子在电磁场中的运动”专题复习[J].中学物理教学参考，2020（3）：54-57.

[2]" 方红德.赏析高考真题，启示高考备考：以带电粒子在电磁场中的运动为例[J].物理教学探讨，2020（10）：37-42.

[3]" 顾岩.电场性质太凌乱 跳出题海需“多看”：以江苏物理高考的电场选择题为例[J].湖南中学物理，2020（5）：93-95，63.

（责任编辑 黄春香）