高考物理壓軸題的解題教學要“慢”“導”“探”
——以2021年江蘇高考物理第15小題為例

曹小云 孫福如

（1.江蘇省如東高級中學，江蘇 南通 226400；2.如東縣豐利中學，江蘇 南通 226408）

物理高考從“能力立意”轉變為“素養立意”，為了體現高考的選拔功能，壓軸題往往條件隱含深，題目信息龐雜，在問題的解決過程中很多學生會出現這樣或那樣的困惑，從而導致解題困難.其主要原因是這類題的解題教學過程中，各個環節沒有落實好，教師越俎代庖、以講為主，表面上完成了教學任務，其實學生沒有審清題目的本質，沒有親身體驗解題中發現和推理的思維過程，知其然不知其所以然，遇到新的、復雜一些的情境還是束手無策.為了解決學生“怕生”的問題，在壓軸題的教學過程中，要用問題鏈的方式“將大題化小”“將復雜的問題化為簡單問題”，在“慢”導過程中留足思考的時間，為學生把準解題方向和創設機會；在教學過程中要“導”，引導學生把控審題時間、思考方法、探究過程，關注解題程序，引導學生學會思考分析，在“導”的過程中讓學生“探”，揭示物理解題的規律與方法.

本文以高三的一次周練壓軸題（2021年高考物理江蘇卷第15題）為例，開展解題教學，教會學生思考，促進學生學習方式的轉變，教學效果較好.

1 試題分析

例題.如圖1所示，回旋加速器的圓形勻強磁場區域以O點為圓心，磁感應強度大小為B，加速電壓的大小為U、質量為m、電荷量為q的粒子從O附近飄入加速電場，多次加速后粒子經過P點繞O做圓周運動，半徑為R，粒子在電場中的加速時間可以忽略.為將粒子引出磁場，在P位置安裝一個“靜電偏轉器”，如圖2所示，偏轉器的兩極板M和N厚度均勻，構成的圓弧形狹縫圓心為Q、圓心角為α，當M、N間加有電壓時，狹縫中產生電場強度大小為E的電場，使粒子恰能通過狹縫，粒子在再次被加速前射出磁場，不計M、N間的距離.求：

圖1

圖2

（1）粒子加速到P點所需要的時間t；

（2）極板N的最大厚度dm；

（3）磁場區域的最大半徑Rm.

本題以學生熟悉的回旋加速器為背景，考查其工作原理，突出了理論知識與生產生活實際、現代高科技的緊密聯系.引進“靜電偏轉器”，又增加了思維的難度，考查學生的物理核心素養，實現了高考的選拔功能，是一道體現應用性和創新性的高質量試題.練習后本題的得分率很低，在試題講評前，筆者充分了解了班級學生的答題情況，梳理出學生的困難點.

（1）信息讀取能力、挖掘隱含條件能力不足.學生不能讀懂“從O附近飄入”“粒子恰能通過狹縫”等，不能畫出粒子的運動軌跡、判斷圓心是變化的，不會尋找幾何關系等.

（2）不會把大題化小.不能將整題分解為多個小問題思考，各個擊破.

（3）思維能力不足.不能從已知條件分析、推理得出新的結論.

（4）運算能力不足.本題因條件多、變化多，找關系式難，且列出的關系式多，找不到運算聯系的紐帶，運算方向不明.

基于以上問題，教學時需要結合題目的條件，幫助學生理解題目考查的知識點和能力點.在教學中要“導”，即教師由近及遠、由易到難地設計啟發性問題，引導學生主動探究、分析出合理的解題思路.在“探”的過程中積累解題經驗和思維方法.

2 教學過程分析

2.1 引導探究

問題1：本題總體難度較大，雖然一眼望去不能找到解題思路，同學們再次認真審讀題目，看能不能找到你熟悉的條件，并以此為突破口？

學生仔細分析，能夠發現條件“磁感應強度大小為B，粒子質量為m，電荷量為q，經過P點繞O做半徑為R的圓周運動”可作為突破口.

問題2：根據剛才的分析，要求粒子加速到P點所需要的時間還差什么條件？題目中還有哪個條件沒有充分利用？

教師：第1問屬中等難度，要求學生熟悉回旋加速器的工作原理，知道粒子的運動過程.易錯點是求時間時粒子旋轉半周期的個數比加速次數少1.

2.2 逐步探究

問題3：第2問極板N的最大厚度與什么因素有關呢？

學生獨立思考并小組討論后，有學生舉手要回答.

學生5：跟粒子在磁場中運動的半徑有關.N極板不能擋住粒子在磁場中運動的軌跡.

問題4：分析得很好，大家結合定量計算能定性畫出粒子運動的軌跡圖嗎？并分析N板的厚度跟哪幾個半徑有關？

圖3

學生7：為了N極板不擋粒子的運動軌跡，所以厚度與rn和r（n-2）有關，N板的最大厚度等于第n次加速后軌跡與第（n-2）次加速后軌跡的間距，即dm=rn-r（n-2）.

學生8：學生7前面分析是對的，但dm的計算是錯的，他認為rn和r（n-2）對應的軌跡的圓心在同一點，其實每次加速后半徑均有增大，且每次軌跡圓心是不重合的，N板的最大厚度應該是dm=r（n-1）-r（n-2）.

學生9：dm的計算還是錯的，由圖3可知，（n-2）次加速與（n-1）次加速后的軌跡右側對齊，dm是這兩次軌跡的直徑之差，即dm=2［r（n-1）-r（n-2）］.

教師：第2問有一定的難度，解題過程中要求同學們具有恒心和毅力，需要沉著冷靜、認真分析，側重考查同學們的分析與綜合、判斷與推理的能力.同學們所犯的典型錯誤是認為圓心在同一點，誤認為dm=rn-r（n-2）.

2.3 深入探究

問題5：如圖2所示，粒子經過P點后進入“靜電偏轉器”，粒子的圓周運動半徑發生了怎樣的變化？說明了什么？

問題6：粒子從“靜電偏轉器”狹縫的末端E射出，再次進入純磁場中，同學們試想一想，接下來需要考慮什么問題呢？

學生12：需要考慮粒子做什么運動.由于粒子速度垂直磁場，所以仍然做勻速圓周運動.由于速度大小和磁感應強度大小均沒有變化，所以圓周運動的半徑仍為R，圓心在O′，軌跡如圖4所示.

圖4

問題7：對于條件“使粒子恰能通過狹縫，粒子再次被加速前射出磁場”，能想到什么問題？同學們在獨立思考的基礎上再以小組討論一下.

學生13：必須找出磁場最大區域的條件，如果磁場區域較大，包圍了粒子的軌跡，那么粒子會被再次加速.若磁場區域半徑從較大逐漸減小過程中，當以O為圓心的磁場區域邊界與粒子的軌跡相切時，為臨界情況.切點即離O最遠的點在OO′連線的延長線與軌跡的交點F處，此時為恰能將粒子引出磁場的區域.

問題8：根據上面的分析，如何計算磁場區域的最大半徑Rm呢？

學生14：如圖4可知，Rm=OF=OO′+O′F=OO′+R（OO′怎么求該學生說不出了）.

圖5

教師：第3問引入了“靜電偏轉器”，增加了試題的難度.內容上重點考查了粒子在復合場的勻速圓周運動、有界磁場的臨界問題及三角形的知識等；能力上將分析與綜合能力、判斷與推理能力、用數學知識處理物理問題的能力和物理核心素養的考查有機融合在一起.為學生們展現發散性思維、個性素養提供了廣闊的空間，這是江蘇高考的一大亮點.從本題的學習我們應該體會到：將新問題轉化為舊問題、將復雜問題轉化為簡單問題是解決這類題的關鍵，探究、分析、判斷、推理、建模是解決這類題的必要條件.

3 教學啟示

高考物理壓軸題的教學，關鍵有三點：一是思路分析；二是物理規律選擇；三是思維方法和運算方法指導.在認真審題的基礎上，探討的解題思路必須符合學生思考的實際，思路要清晰.教學過程中必須暴露學生的思維過程，及時點撥學生的思維和糾正思維的方向，起撥亂反正的作用.運算要寫出合理的過程，即使復雜也要善于引導學生進行分析和運算過程指導.為了提高教學效果，主要關注以下幾點.

（1）教學采用“慢”“導”“探”的教學策略.在解題教學過程中，必須為學生的思考留足時間、創設空間.教師以學生的思維為起點，從題目的背景、內容、方法、過程及滲透物理思想等出發，通過教師“導”，讓學生“慢”思考，使不同的學生會得到不同的觀點和思路，都養成善于思考的習慣.給出足夠的時間讓學生“探”，探出適合自己的解決問題的經驗，教師幫助學生確定解決問題的方向，疏通思維阻塞的原因與位置，開闊思維的視野.在“慢”中思考，在“導”中探究，在“探”中提升.

（2）用物理問題鏈展開教學.高考壓軸題往往難度比較大，抽象難懂，學生一眼不能看出解題方法.在教學過程中，可通過設計有價值、有層次的環環相扣的問題鏈來搭建學生探究新知或解題思路、解題方法的平臺，激發學生去學習，引導學生思維參與，促進學生積極思考，體會物理知識點生成過程、物理的基本思維方法，以及物理思考中嚴謹、理性的科學精神.用問題組織學生討論，教師應鼓勵學生在展示環節上相互質疑、爭辯，疑難處教師點撥，使課堂處在動態和不斷生成的過程中，引領學生在“誤”中“悟”，在“錯”中“磋”.教學中充分暴露學生的思維過程，找到打開學生“假懂”這把鎖的鑰匙.在設計與實施物理問題鏈教學時，需要從學生思考的角度和符合學生自然的思考脈絡去設計問題，把握以關聯為邏輯起點、以物理思維為基本依據、以教學功能為定位等3個關鍵點.

（3）注重認知結構的完善.學生的物理認知結構越完善，物理學習的效果越明顯.教師在教學中把握學生的學習起點，在其最近發展區內通過問題導入，由淺入深、由點到面、循序漸進地開展教學，引導學生逐步構建物理知識體系框架，完善物理認識結構，提升物理核心素養.當前乃至以后的高考，更加強調高考物理考查的基礎性、綜合性、應用性和創新性.特別是綜合性，要求對同一層面的知識、能力、素養，能夠橫向融會貫通，形成完整的知識結構網絡；對不同層面的知識、能力、素養，能夠縱向融會貫通，形成緊密相連、具備內在邏輯關系的整體.

解題教學過程中，只要我們教師耐心地“導”，幫助學生確定解題問題的方向，疏通思維的障礙，為學生創設思維的空間，讓學生“慢”思考，在反思中完善知識體系，在“探”中培養思維的批判性和深刻性，定能使學生對解題思維從無序走向有序，從偶然走向必然，從淺顯走向深刻.