電子模擬教具在電磁學復合場習題課中的應用

摘要：高中物理中最抽象的問題屬電磁學的復合場問題，學生碰到此類問題時往往束手無策，失分嚴重，究其原因是難以直觀得到所需的解題信息。本文目的在于通過交流學習中采用的電子模擬教具，研究如何更加形象具體地講解電磁學中復合場的習題問題。

關鍵詞：電磁學；模擬教具；直觀

一、 引言

教具作為物理課堂的有機組成部分，通常被認為是課堂的第二助手，是課堂中系統教學的有效補充。通過其直觀、形象、鮮明的特點，能讓學生更好地理解和掌握知識。合理利用這些形象的工具，對培養學生的觀察能力、形象思維能力、分析表達能力都是大有好處的。

形象思維占據了高中生思維方式的主體部分，高中學生對抽象的電磁學知識會出現很大的學習障礙，如果空洞、單調地重復教學，學生從內心很難真正接受，也會慢慢地對物理產生恐懼，失去興趣。如何在教學中降低認知維度，建立起統一的知識體系，讓學生輕松學會知識是我們一直思考的問題。

針對人教版普通高中物理電磁學的復合場問題，學生在解題中存在較大的困難，筆者結合自己的教學實踐，談談如何運用電子模擬教具解決抽象的問題。

二、 電子模擬教具在復合場習題課中的運用

本次課堂中制作模擬教具的工具是仿真物理實驗室，利用仿真物理實驗室強大的功能，真實模擬各個習題的帶電粒子的真實場景，同時形象直觀得出帶電粒子的運動情況。本工具的優點在于囊括各種典型的物理模型，包括力學于電磁學，使用非常方便，而且也能夠靈活運用，發揮教師的創造力可以制造出豐富的情景模擬。不足之處則是本身的演示性能不大，需要二次輸出做成視頻才能展示。

在電磁學部分，仿真物理實驗室能夠真實模擬帶電粒子的運動情況，同時顯示帶電粒子的運動軌跡，通過播放模擬的實驗情景就能夠讓學生直觀觀察問題中的粒子的運動情況，這樣學生最大的難題也能從中解決。具體的制作與運用過程以本課的其中一道例題作示范進行介紹。

【例】如圖甲，空間存在一范圍足夠大的垂直于xOy平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B。讓質量為m，電量為q（q>0）的粒子從坐標原點O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中。不計重力和粒子間的影響。

如圖乙，若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強電場，一粒子從O點以初速v0沿y軸正向發射。研究表明：粒子在xOy平面內做周期性運動，且在任一時刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比，比例系數與場強大小E無關。求該粒子運動過程中的最大速度值vm。

題目分析：該題目綜合性比較強，不僅單獨考察了帶電粒子在磁場中的運動，還考察了電磁場的復合場下的運動，運動的過程較為復雜，學生很難憑靠自己的想象得出具體的運動狀況，具有思維上抽象困難。此時，利用電子模擬教具能夠解決此類問題。

粒子在運動過程中僅電場力做功，因而在軌道的最高點處速率最大，用ym表示其y坐標，由動能定理有：qEym=12mv2m-12mv20由題知：vm=kym

若E=0時，粒子以初速度v0沿y軸正向入射，有：qv0B=mv20R0

在最高處有：v0=kR0聯立解得：vm=EB+EB2+v20

這是非常抽象的一個問題，單從題目的圖中，很難知道哪個點的速度最大，所以在這問中，用模擬教具去模擬粒子的運動，就可以清楚發現速度最大的地方在哪。

電子教具完全展示粒子運動的過程，包括粒子準確的運動狀態，所以解題時學生能直接從教具中就可以發現，粒子在最高點的時候速度是最大的，再利用這一個條件，學生一旦突破了這一個難點，后面的解體過程就得到解決了。從已知的條件分析，讓學生分析討論，為什么在最高點的時候粒子速度最大，通過討論讓學生得出原因：此時帶電粒子的電場力做的正功最多，沿電場線方向運動的距離最大，所以速度最大。

對于這一題的解答，讓學生僅憑借想象來解題是十分困難的，但是課堂中利用了電子模擬教具真實模擬以后，學生能夠更清晰地明白自己的解題目的，同時解題的效率也提高不少。

物理教學中，有好多概念和規律的得出是相當復雜而抽象的。當碰到電磁場這一類抽象概念的問題時，物理教師不應該只想如何把電磁場這一類問題直接講授給學生，而是要通過低成本、高見度、高成功率的創新型教具來突破教學的難點，并通過模擬情景，模擬粒子的運動狀態，讓學生親歷帶電粒子在復合場中的運動的真實場景，使知識化抽象為形象，由復雜變簡單，并讓學生在探究過程中更牢固地掌握和理解電磁學中抽象的概念。當然這樣的教學理念應該由“傳授式教學”向“探究試教學”轉變，從而使學生真正做到在真實場景中學習，在學習中懂得運用知識，真正做到以人為本，以生為本。

參考文獻：

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[2]趙惠松.基于研究性學習的高中物理教學設計[J].物理教師，2017，38（5）：28-30.

作者簡介：

張健，廣東省東莞市，廣東省東莞市麻涌中學。