張金鳳

摘 要：以“帶電粒子在電場中的運動”教學設(shè)計為例，使最基本的物理思想“力和運動的關(guān)系”貫穿于整個教學的始終，培養(yǎng)學生解決物理問題的一般方法。

關(guān)鍵詞：帶電粒子；電場；力和運動

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）6-0076-3

1 設(shè)計思路

習題教學是物理課堂教學的一個重要組成部分，學生在完成習題的過程中復習基礎(chǔ)知識和基本技能，進而達到提高物理學科素養(yǎng)的目標?！傲瓦\動”“功和能”是高中物理課堂教學的兩個重要內(nèi)容，也是習題解決遵循的兩條主線。如何從物理基本規(guī)律出發(fā)，引導學生掌握解決物理問題的基本方法，是本教學設(shè)計的出發(fā)點和核心。

2 “帶電粒子在電場中的運動”教學設(shè)計

（一）教學目標：

（1）通過系列化問題的設(shè)計，開拓學生的思維，讓學生在問題的解決過程中體驗成功的快樂，激發(fā)學生對物理學習的興趣。

（2）培養(yǎng)學生運用力和運動的關(guān)系來分析、處理帶電粒子在電場中運動的一般方法。

（二）教學重點和難點

（1）培養(yǎng)學生利用已經(jīng)學過的知識，圍繞“力和運動的關(guān)系”這條主線，在新的情景中自主分析和解決問題。

（2）教學難點是調(diào)動學生自主地運用已掌握的知識來解決新的問題。

（三）教學過程

（1）課前環(huán)節(jié)——讓學生思考以下問題：

①一個重力可以忽略的帶電粒子以一定的初速度進入一個勻強電場，可以做勻變速直線運動嗎？

②一個重力可以忽略的帶電粒子以一定的初速度進入一個勻強電場，可以做類平拋運動嗎？

③一個重力可以忽略的帶電粒子以一定的初速度進入一個點電荷的電場，可以做圓周運動嗎？

（2）內(nèi)容設(shè)計——以4個問題為主線

展示情景：一個質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球以水平初速度v0出射，如圖1：

問題①：你能通過增加一個電場讓這個帶電小球做勻速直線運動嗎？（學生思考，討論并回答）

問題②：你能通過增加一個電場讓這個帶電小球做勻變速直線運動嗎？

設(shè)計意圖：兩次提問方式如出一轍，意在引導學生感受到解決“力和運動”問題的一般解題程序是一樣的。

學生解題后反思如下：因為在處理問題時，沒有對物體認真進行受力分析，而是憑感覺或者說是一種定勢思維而認為物塊沿著斜面運動到了斜面底端，于是求解錯誤。

問題③：你能通過增加一個電場讓這個帶電小球做類平拋運動嗎？（學生思考，討論并回答）

設(shè)計意圖：繼續(xù)采用固定的提問方式，強化學生解決“力和運動”問題的一般解題程序。

【習題2】如圖3所示，邊長為L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場。電量為q、動能為Ek的帶電粒子從a點沿ab方向進入電場，不計重力。若粒子離開電場時動能為Ek′，則電場強度為多大？

學生題后反思：認真對研究對象進行受力分析和運動情況分析是正確解決帶電粒子在電場中運動這類問題的基礎(chǔ)。

問題④：你能通過增加一個電場讓這個小球做勻速圓周運動嗎？（學生思考，討論并回答）

教師繼續(xù)采用3個小問啟發(fā)學生：小球做勻速圓周運動的條件是什么？小球現(xiàn)在受什么力？那么，應(yīng)該加一個怎樣的電場小球才會做勻速圓周運動？

這個電場怎么加對學生來說還是有難度的。教師可以提示學生先去分析游樂園中坐在陀螺旋轉(zhuǎn)椅上人的受力，如圖4所示。這個情景的引入，意在進一步引導學生理解力和運動的關(guān)系將決定物體的運動情況。

【習題3】如圖5所示，一個半徑R=1 m的光滑絕緣豎直圓弧軌道的1/4固定在一對平行金屬板之間，兩金屬板間電壓U=106 V，下極板與電源正極相連，有一質(zhì)量m=l kg、帶電量q=1.4×10-5 C帶正電荷的物體（可視為質(zhì)點），從A點的正上方距離A點H處由靜止開始自由下落（不計空氣阻力），BC段為長L=2 m，動摩擦因數(shù)μ=0.2的粗糙絕緣水平面，g取10 m/s2。求：

①若H=1 m，物體能沿軌道AB到達最低點B，求它到達B點時對軌道的壓力大小。

②通過你的計算判斷：是否存在某一H值，能使物體沿軌道AB經(jīng)過最低點B后最終停在距離B點0.6 m處？

解析 應(yīng)對物體認真進行運動分析和受力分析，物體在電場中運動時因為電場力和重力的合力方向豎直向上，所以B點是物理上的最高點，要過B點對速度的最小值有要求，即：

進而發(fā)現(xiàn)物體過最低點的速度要大于等于2 m/s，最近也是停在離B點右側(cè)1 m之處，所以這樣的高度H不存在。

（3）課堂小結(jié)：習題教學的出發(fā)點是幫助學生理解最基本的物理規(guī)律，習題課的教學效果通過學生解決一般問題的能力是否提高來檢驗。學生只有從“力和運動的關(guān)系”來思考不同情境下的物理問題，才能感悟出解決一般問題的普適方法，教學也才能實現(xiàn)其價值。

3 教學反思

這堂課的教學設(shè)計以4個由簡到難、層層深入的開放性問題為整堂課的主線，主要體現(xiàn)了以下幾點理念：

①以學生為課堂的主體，教師扮演引導者的角色——4個問題的提出，給學生充足的時間交流和討論，打開學生的思路，讓學生在問題的解決過程中體驗成功的喜悅，增加對物理學習的興趣；②以學生存在的問題來設(shè)計課堂練習——3個配套習題來源于學生已做習題中錯誤率非常高的題目的改編。通過實物投影儀展示學生存在的問題，通過對問題的錯因分析讓學生歸納總結(jié)經(jīng)驗教訓，規(guī)范學生的解題習慣；③以培養(yǎng)學生解決一般問題的能力、提高物理素養(yǎng)為教學目標——配套的課堂習題意在引導學生從千變?nèi)f化、豐富多彩的物理情景中找出物理最本源的東西，讓學生明白最樸實的物理原理以提高他們的問題解決能力。

參考文獻：

[1]蔣緯.帶電粒子在電場中的運動分析[J].中學生數(shù)理化·高二版，2012（8）：39—40.

[2]姜連國，郭玉英.基于建模的學習進階指導教學設(shè)計——以“帶電粒子在電場中的運動”為例[J].中學物理教學參考，2015，41（10）：2—5.

（欄目編輯 鄧 磊）