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對一道經(jīng)典復合場問題的多角度探討

2024-05-29 11:44劉冬成
數(shù)理天地(高中版) 2024年10期
關(guān)鍵詞:帶電粒子一題多解

劉冬成

【摘要】在高中物理教學中,一題多解的方法可以幫助學生從不同的角度、不同的側(cè)面思考物理問題,活化物理規(guī)律,活躍學生的解題思路,開闊視野,鍛煉學生思維的敏捷性,提高學生的思維能力和靈活運用各種知識解決問題的能力.本文以復合電場問題為例,詳細介紹特殊值法、動量定理法和配速法這三種不同方法解題,以供高中物理試題教學參考.

【關(guān)鍵詞】經(jīng)典復合場;帶電粒子;一題多解

1 引言

復合場問題在于考查學生對帶電粒子在復合場(包括電場和磁場)中的運動規(guī)律和相關(guān)物理概念和規(guī)律的理解和掌握程度.同時,這類題目也考查學生的受力分析、運動過程分析、能量轉(zhuǎn)換和守恒等方面的能力,以及靈活運用物理規(guī)律解決問題的能力.

在物理學科中,復合場電場粒子運動是一個非常重要的知識點,也是高考和各種考試中經(jīng)常出現(xiàn)的考點.通過對這類題目的訓練和練習,可以幫助學生深入理解帶電粒子在復合場中的運動規(guī)律和性質(zhì),提高解題能力和思維水平.同時,這類題目往往比較靈活,需要學生具備較強的思維能力和解決問題的能力,因此此類問題的教學也是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神的重要途徑之一.

2023年鹽城市一模物理試題第15題是一道考查復合場中帶電粒子做周期性擺線運動的問題,側(cè)重于用動力學、能量及動量的思想來解決問題,改編自2008年江蘇高考試題第14題和2013年福建省高考試題第11題.本文對該題第(3)問進行深入剖析,詳細介紹了特殊值法、動量定理法和配速法這三種不同方法解題.

2 試題原題

現(xiàn)代科學儀器中常利用電場、磁場控制帶電粒子的運動.如圖1所示,在x軸上方的平面內(nèi),有范圍足夠大的垂直紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場和方向沿x軸正方向、電場強度為E的勻強電場.一質(zhì)量為m,電荷量為q的帶正電的粒子在O點靜止釋放,則粒子運動的軌跡為一曲線,且曲線上離y軸最遠的點的曲率半徑為該點到y(tǒng)軸距離的兩倍;當該粒子在O點以初速度υ0沿x軸正方向射入,則粒子在xOy平面內(nèi)做周期性運動,且任一時刻粒子速度的y分量與其到y(tǒng)軸的距離成正比,比例系數(shù)與電場強度E大小無關(guān).粒子重力不計.求粒子在O點:

(1)由靜止釋放,運動到坐標為(x0,y0)時的動量大小p;

(2)由靜止釋放,在運動過程中第一次離開y軸最大的距離xm;

(3)以初速度v0沿x軸正方向射入時,粒子運動過程中的最小速度υmin.

6 結(jié)語

配速法側(cè)重于從運動學角度的分析,技巧性強,處理問題直觀、方便,動量定理法則更傾向于動力學方法,更能抓住問題的本質(zhì)和核心.通過不同的思維途徑,采用多種解題方法解決同一個實際問題的教學方法,有利于培養(yǎng)學生的辨證思維能力,能加深學生對概念、規(guī)律的理解和認識,提高學生的應變能力,啟迪學生的發(fā)散性思維.同時,一題多解練習能促進知識遷移,達到舉一反三、觸類旁通的效果.

參考文獻:

[1]單曉峰.把握學生認知規(guī)律,優(yōu)化概念教學策略——淺談“電場電場強度”的概念教學優(yōu)化[J].中學課程輔導,2023(20):93-95.

[2]賴薇.基于核心素養(yǎng)的高中物理大單元教學設計研究[D].南昌:江西師范大學,2023.

[3]朱勇,金偉.基于“翻轉(zhuǎn)+對分”模式的中學物理教學設計——以高中物理“電場強度”教學為例[J].物理通報,2023(06):95-99.

[4]白雪.基于“一核四層四翼”的高考物理電磁學試題分析及復習策略研究[D].昆明:云南師范大學,2023.

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