深度理解物理概念 思維可視以變應(yīng)變

［摘 要］2023年高考全國甲卷物理試卷中的靜電場選擇題，通過對電荷在非勻強電場中運動軌跡的分析，考查了學(xué)生運動學(xué)、動力學(xué)和靜電力學(xué)等必備知識，以及物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。試題引導(dǎo)教師在教學(xué)中重視基本概念和基本規(guī)律的教學(xué)，重視學(xué)生的思維能力訓(xùn)練。試題引導(dǎo)學(xué)生深度理解所學(xué)內(nèi)容，從“解題”走向“解決問題”。

［關(guān)鍵詞］靜電場；選擇題；思維

［中圖分類號］" " G633.7" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）17-0038-03

一、試題呈現(xiàn)

（2023年高考全國甲卷第5題）如圖1所示，在一些電子顯示設(shè)備中，讓陰極發(fā)射的電子束通過適當?shù)姆莿驈婋妶觯梢允拱l(fā)散的電子束聚集。下列4幅圖中帶箭頭的實線表示電場線，如果用虛線表示電子可能的運動軌跡，其中正確的是（ ）。

二、試題解答

物體做曲線運動的特征是軌跡夾在速度方向與合力方向之間，根據(jù)這個特征，可在A、B、C、D四個圖中的軌跡線上任意選一點，作出電子在該點的受力方向（與電場線該點的切線方向相反）和速度方向（軌跡上該點的切線方向），看電子的運動軌跡是否夾在速度方向與合力方向之間，只要電子在某點的運動軌跡不是夾在速度方向與合力方向之間，就說明該圖所表示的不是電子可能的運動軌跡。在圖2中作圖發(fā)現(xiàn)，只有A選項中電子的運動軌跡始終夾在速度方向與合力方向之間，B、C、D三個選項出現(xiàn)了電子的運動軌跡不在速度方向與合力方向之間的情況，說明這3個圖像所表示的電子運動軌跡是不可能的，因此，只有A選項正確。

三、試題評析

（1）科學(xué)知識層面。試題考查了曲線運動軌跡上某點的速度方向、電場線上某點的電場力方向，以及物體做曲線運動的軌跡夾在速度方向與合力方向之間等內(nèi)容，屬于靜電場中常見的“點、線、面、跡”的綜合性問題，基礎(chǔ)性和導(dǎo)向性都比較突出。

（2）核心素養(yǎng)層面。試題考查了物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念等物理觀念，考查了分析、推理等科學(xué)思維。

（3）創(chuàng)設(shè)情境層面。試題通過帶電粒子在非勻強電場中運動的情境，考查了學(xué)生運動學(xué)、動力學(xué)和靜電力學(xué)等必備知識，以及解決真實情境問題的能力。試題引導(dǎo)學(xué)生從“解題”走向“解決問題”，同時引導(dǎo)教師重視對基本概念和基本規(guī)律的教學(xué)，加強基本概念和基本規(guī)律在真實情境中的應(yīng)用訓(xùn)練，提高學(xué)生解決真實情境問題的能力。

（4）應(yīng)試能力層面。試題考查了學(xué)生綜合運用運動學(xué)、動力學(xué)和靜電力學(xué)等知識進行分析推理的能力及解決真實情境問題的能力。試題各選項中給出的是具有對稱性的非勻強電場，且電子以不同的運動軌跡經(jīng)過電場的不同區(qū)域，這對學(xué)生的應(yīng)試能力提出了更高的要求。學(xué)生要在較短時間內(nèi)明確考查意圖、厘清解題思路、合理選點作圖、分析推理判斷和作出正確選擇，這是有一定難度的。

四、教學(xué)建議和備考策略

與靜電場有關(guān)的選擇題，是歷年高考物理的常考題型，無論是全國卷還是各省市卷，每年至少都有一道。表1是2023年10套高考物理試卷中與靜電場有關(guān)的選擇題的統(tǒng)計，表2是近5年各套高考物理試卷中與靜電場有關(guān)的選擇題的統(tǒng)計。通過對表1和表2分析發(fā)現(xiàn)，高考物理試題考查的幾乎都是電場強度、電場疊加、電勢（差）、電場力做功、電勢能變化、電荷運動軌跡分析等常規(guī)內(nèi)容，只是每年考查的側(cè)重點不同，呈現(xiàn)的方式和情境不同。學(xué)生只要深刻理解和掌握靜電場的基本概念、規(guī)律和一些特征，就能對這一類題目。

（一）新授課教學(xué)建議——思維可視降難度

“靜電場”這一單元的內(nèi)容有如下四個特點：一是物理概念較多；二是物理概念抽象，思維要求較高；三是概念之間似是而非，容易混淆；四是概念之間關(guān)聯(lián)密切。因此，在新授課教學(xué)中教師要注意下面四點：（1）深刻理解本單元內(nèi)容，將本單元內(nèi)容轉(zhuǎn)換為便于學(xué)生理解和接受的形式；（2）從大單元教學(xué)的角度將靜電場內(nèi)容統(tǒng)籌布局和分步落實；（3）貫徹深度教學(xué)理念，讓學(xué)生深度參與課堂學(xué)習(xí)，深度理解基本概念及概念之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系；（4）通過實驗、信息技術(shù)等可視化手段，化抽象為具象，化無形為有形，降低學(xué)生的理解難度，幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)內(nèi)容。

（二）復(fù)習(xí)備考策略——思維可視建架構(gòu)

1.了解學(xué)情有的放矢

從靜電場新課學(xué)習(xí)到高三一輪復(fù)習(xí)，學(xué)生有一年多的時間很少接觸電場的內(nèi)容，所以在復(fù)習(xí)靜電場之前，教師首先要了解學(xué)生對本單元內(nèi)容的掌握情況，只有真實了解學(xué)生對本單元內(nèi)容的掌握情況，才能做到復(fù)習(xí)有的放矢；其次要設(shè)置基本的單元測評，通過分析自動閱卷系統(tǒng)生成的測評大數(shù)據(jù)所儲存的信息，了解學(xué)生對本單元內(nèi)容的掌握情況；最后根據(jù)測評大數(shù)據(jù)反饋出來的問題，采取講授、小組合作學(xué)習(xí)、討論交流等方式幫助學(xué)生解決問題。

2.建構(gòu)導(dǎo)圖厘清關(guān)系

教師要引導(dǎo)學(xué)生通過畫思維導(dǎo)圖等建構(gòu)本單元的知識體系，讓學(xué)生對本單元內(nèi)容有結(jié)構(gòu)性的整體認知。如圖3所示的靜電場概念關(guān)系圖，是在筆者的指導(dǎo)下，學(xué)生合作建構(gòu)和多次修改完善而得的。在建構(gòu)概念關(guān)系圖的過程中，學(xué)生反復(fù)研讀課本，思考概念之間的關(guān)聯(lián)，研討概念之間的關(guān)系，從而加深對基本概念內(nèi)涵的理解，厘清概念之間的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系。

[圖3 靜電場概念關(guān)系圖]lt;E：＼未做件＼中學(xué)教學(xué)參考·理科版202406＼W6-67.epsgt;[電場力][電場力做功][電勢能][電勢][電勢差][電場強度][E=F/q][WAB=Fd][WAB=EPA-EPB][φ=EP/q][UAB=φA-φB][U=Ed][WAB=Eqd][ΔEAB=qUAB][ΔEAB=Eqd][WAB=qUAB]

3.開放試題激活思維

靜電場主要涉及的是電場中“點、線、面、跡”等問題，教師可提供適當?shù)牧?xí)題給學(xué)生練習(xí)，讓學(xué)生掌握靜電場的基本規(guī)律和特點，從而解決靜電場問題。教師提供的習(xí)題在精不在多。可供學(xué)生練習(xí)的靜電場選擇題有很多，如果教師不認真進行比較和篩選，就會出現(xiàn)學(xué)生重復(fù)做題的現(xiàn)象，這無疑會加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)。因此，教師選題和優(yōu)化習(xí)題很重要。筆者的做法是：（1）篩選和整合涉及同類知識內(nèi)容的選擇題，如把多個選擇題的選項整合到某一題中進行練習(xí)，這樣既不會遺漏要求學(xué)生練習(xí)鞏固的知識，又不會加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)；（2）提供一些開放性習(xí)題，給學(xué)生更多思考和交流的機會，讓學(xué)生在思維碰撞中對問題有深度的理解。下面的例題原是一道選擇題，只有四個選項，為了訓(xùn)練學(xué)生的思維，筆者保持題干不變，將題目改編為開放性習(xí)題，讓學(xué)生圍繞題干和示意圖提出有關(guān)問題。

［例題］如圖4所示，虛線a、b、c代表電場中的三個等勢面，相鄰等勢面之間的電勢差相等，即 [Uab=Ubc]，實線為一帶正電的點電荷僅在電場力作用下通過該區(qū)域時的運動軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點，根據(jù)圖像，你能提出哪些問題，并做出解答。

題目出示后，很快就有學(xué)生提出了自己的問題，其他學(xué)生也跟著提出了問題。筆者將學(xué)生提出的問題歸納為以下10個問題。

（1）如何確定電場線的方向？

（2）電荷運動過程中受到的電場力指向哪個方向？

（3）P和Q的哪一點電場強度較大？

（4）電荷在P和Q哪一點電勢高？

（5）從P到Q或從Q到P運動時，電場力是做正功還是做負功？

（6）電荷在P和Q哪一點電勢能較大？

（7）電荷在P和Q哪一點動能較大？

（8）電荷在P和Q哪一點受到的電場力較大？

（9）電荷在P和Q哪一點的加速度較大？

（10）如果將正電荷換為負電荷，電荷運動的軌跡如何？

這樣引導(dǎo)學(xué)生進行思維訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活了學(xué)生的思維，加深了學(xué)生對所學(xué)知識的理解，同時也提高了復(fù)習(xí)效率。

總之，靜電場是教學(xué)的重點和難點，也是高考的熱門考點。歷年的高考全國卷和各省市卷中幾乎都有靜電場選擇題。因此，在新授課教學(xué)中，教師要通過講授、實驗、動畫可視化、小組合作等方式方法，讓學(xué)生深度理解靜電場的基本概念和規(guī)律。在復(fù)習(xí)備考中，教師要引導(dǎo)學(xué)生深刻理解靜電場基本概念的內(nèi)涵及概念之間的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)單元知識網(wǎng)絡(luò)，再通過思維型習(xí)題和開放性習(xí)題訓(xùn)練，使學(xué)生更好地掌握靜電場內(nèi)容。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 方紅德.“帶電粒子在電磁場中的運動”專題復(fù)習(xí)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（3）：54-57.

[2]" 方紅德.賞析高考真題，啟示高考備考：以帶電粒子在電磁場中的運動為例[J].物理教學(xué)探討，2020（10）：37-42.

[3]" 顧巖.電場性質(zhì)太凌亂 跳出題海需“多看”：以江蘇物理高考的電場選擇題為例[J].湖南中學(xué)物理，2020（5）：93-95，63.

（責(zé)任編輯 黃春香）