文∣曹芳

“帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動”是高考命題的熱點(diǎn)，近五年的全國卷和單獨(dú)命題省份的考卷中多以主觀題的形式考查，且大部分是壓軸題。命題人通過創(chuàng)新情境，巧妙構(gòu)思，編制出新穎獨(dú)特、形式多樣的試題，既考查力學(xué)和電磁學(xué)的主干知識，又考查學(xué)生的審題、模型建構(gòu)和綜合分析能力。本文以2021年高考廣東卷物理第14題為例，追尋試題本源，探尋命題意圖，結(jié)合高考命題原則，拓展和深化試題，以期為復(fù)習(xí)備考提供有價值的意見。

一、試題溯源及評析

圖1

(1)當(dāng)Ek0=0時，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進(jìn)入磁場，且在電場內(nèi)相鄰運(yùn)動軌跡的夾角θ均為45°，最終從Q點(diǎn)出射，運(yùn)動軌跡如圖中帶箭頭實(shí)線所示，求Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、電子在Ⅰ區(qū)磁場中的運(yùn)動時間及在Q點(diǎn)出射時的動能；

(2)已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射。當(dāng)Ek0=keU時，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值。

提及加速器，學(xué)生最熟悉的自然是回旋加速器，由于回旋加速器的結(jié)構(gòu)和工作原理明確，命題者不容易進(jìn)行拓展和創(chuàng)新，學(xué)生通過死記硬背其關(guān)鍵特點(diǎn)或“機(jī)械刷題”便可拿分。因此，對回旋加速器工作原理的考查，在近五年的全國卷中均未曾涉及。而花瓣形加速器是一項(xiàng)實(shí)用新型專利，其主要構(gòu)造如圖2所示，包括電子槍、多個回轉(zhuǎn)磁鐵、加速腔和平臺。電子束從電子槍發(fā)出，進(jìn)入中間的加速腔，加速后的電子被加速腔外的回轉(zhuǎn)磁鐵引導(dǎo)，又重新穿過加速腔。每穿過一次，電子能量增加一份，穿過n次就增加n份能量，最后用于照射需要處理的物質(zhì)。

圖2

教育部《關(guān)于做好2021年普通高校招生工作的通知》第九條明確表示,要深化考試內(nèi)容改革，2021年高考命題堅(jiān)持立德樹人，加強(qiáng)對學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展的考查和引導(dǎo)。優(yōu)化情境設(shè)計(jì)，增強(qiáng)試題開放性、靈活性，充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用，減少死記硬背和“機(jī)械刷題”現(xiàn)象。例題以花瓣形加速器這一實(shí)用新型專利為載體，優(yōu)化情境設(shè)計(jì)，基于中學(xué)生的理解能力對加速器的工作原理進(jìn)行簡化和量化，在分析和解決實(shí)際問題的過程中考查學(xué)生的科學(xué)思維，落實(shí)核心素養(yǎng)。此題情境新穎，標(biāo)新而不立異，堅(jiān)持“信息切入、能力考查”的原則，是一道兼具育人功能和積極導(dǎo)向作用的好題，但本題作為本卷的壓軸題，難度略有不足。

二、試題拓展與深化

三、復(fù)習(xí)備考啟示

依據(jù)教育部公布的2021年高考命題的六大要求和十項(xiàng)原則，結(jié)合近五年全國卷及各省市的命題特點(diǎn)，筆者對帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動這一核心考點(diǎn)的復(fù)習(xí)備考提出以下三點(diǎn)建議。

(一)厘清幾種基本運(yùn)動

復(fù)合場可分為組合場和疊加場。組合場是指空間不同區(qū)域有不同強(qiáng)弱或方向的電場或磁場，帶電粒子依次通過這些區(qū)域。疊加場是指空間的同一區(qū)域中電場、磁場和重力場中兩場或三場共存。近五年的高考試題中，考查帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動形式主要有以下四種：勻速直線運(yùn)動、勻加速直線運(yùn)動、類平拋運(yùn)動和勻速圓周運(yùn)動。由于學(xué)生的理解能力和高考試題難度限制，較為復(fù)雜的螺旋曲線在高考命題中鮮有涉及。從歷年的高考試題和各類復(fù)習(xí)資料的典型例題來看，復(fù)合場種類繁多、形式多變，但不管其形式有多新穎，情境有多復(fù)雜，粒子的運(yùn)動形式多是這四種基本模型。粒子的運(yùn)動形勢由其所受的合外力決定，教師在教學(xué)中可以帶領(lǐng)學(xué)生對以上四種基本運(yùn)動進(jìn)行針對性練習(xí)，找出每一種運(yùn)動可能出現(xiàn)在哪些場中，并對其基本特點(diǎn)進(jìn)行歸納和整理，如表1所示。

表1 帶電粒子在復(fù)合場中的幾種基本運(yùn)動

(二)強(qiáng)化主干知識教學(xué)

帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的高考試題著重考查物理觀念中的運(yùn)動觀念、相互作用觀念、能量觀念，考查四種基本運(yùn)動模型，考查運(yùn)動的合成與分解、牛頓運(yùn)動定律、動能定理等基本方法和核心規(guī)律。高考試題非常重視對主干知識的考查。2021年高考命題的六大要求和十項(xiàng)原則明確指出，試題考查的學(xué)科核心內(nèi)容和主干知識應(yīng)具有合理的覆蓋和比例，重點(diǎn)必考，主干多考，體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的原則。

教師在剖析高考試題時，要讓學(xué)生深刻感悟主干知識在高考試題中的突出地位，讓學(xué)生意識到高考試題再怎么創(chuàng)新也離不開主干知識，切實(shí)讓學(xué)生領(lǐng)悟到題在書外、理在書內(nèi)。許多高考試題來源于教材中的情境、例題或課后習(xí)題，在復(fù)習(xí)備考中必須加強(qiáng)學(xué)生對教材中主干知識的精讀和理解，注重知識點(diǎn)之間的聯(lián)系和應(yīng)用。把握知識的全面性、系統(tǒng)性，在面對實(shí)際問題時才能應(yīng)對各種干擾，將實(shí)際問題模型化，順利解決問題。

(三)注重模型構(gòu)建及遷移

構(gòu)建物理模型是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑。高中物理學(xué)習(xí)在一定程度上就是學(xué)生學(xué)習(xí)構(gòu)建物理模型，應(yīng)用物理模型解決問題的過程。學(xué)生經(jīng)歷了模型建構(gòu)的過程，才能體會到理論和實(shí)踐的差異，理解建立物理模型的意義。然而，目前的高中物理教學(xué)大部分存在重結(jié)果、輕過程的問題。很多學(xué)生重概念、規(guī)律、二級結(jié)論的機(jī)械記憶，不重視知識形成的過程；只會依葫蘆畫瓢，模仿性地解決一些簡單問題，一旦面對復(fù)雜的問題情境，不能透過現(xiàn)象看本質(zhì)，無法從現(xiàn)實(shí)情境中提煉出物理模型。本文中列舉的以花瓣形加速器為載體的高考試題，其基本原理跟回旋加速器類似，考查的模型也是此類問題中最為常見的“勻加速直線運(yùn)動+勻速圓周運(yùn)動”模型。這道題起點(diǎn)雖高，落點(diǎn)并不高。但此題題干較長、信息量大、情境新穎，大部分學(xué)生在讀完題目后未能準(zhǔn)確地提煉出物理模型，第(1)問就被擋在門外。因此，教師在教學(xué)中要加強(qiáng)學(xué)生的審題能力，多設(shè)計(jì)一些情境新穎、信息量大、科技感強(qiáng)的題目，培養(yǎng)學(xué)生通過閱讀題干提煉有效信息，構(gòu)建物理模型的能力。另外，教師在教學(xué)中還應(yīng)注重對學(xué)生模型遷移能力的培養(yǎng)。在習(xí)題設(shè)計(jì)和講評時，重視一題多解、一題多變、多題歸一，拓寬知識的寬度、加深思維的深度，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力和模型遷移能力?！澳芊駥⒃心Ｐ晚樌剡w移至新的情境”是考查學(xué)生對原有模型理解程度、學(xué)習(xí)品質(zhì)和效果的重要依據(jù)。

四、結(jié)語

高考對教學(xué)的反撥作用是不言而喻的，教學(xué)不可能脫離高考而“自說自話”。只有積極主動地研究新高考、新課標(biāo)，參悟高考評價體系，才能把控備考方向，堅(jiān)持教學(xué)創(chuàng)新。教師要以學(xué)科主干知識為載體，緊密聯(lián)系實(shí)際，逐步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生的終身發(fā)展。