縱伸典題激活思維提升物理核心素養(yǎng)

王添華

摘 要：學科素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力.[1]本文以“帶電粒子在復合場中運動”專題教學為例，通過“一題多變、一解多題、多題一解”縱伸典型題的教學策略，激發(fā)學生思考興趣，提升科學思維能力。

關鍵詞：一解多題;微元法;替代法;運動的合成和分解

學科教學重在落實學科素養(yǎng)的培養(yǎng)教學?？茖W思維是課堂的靈魂，是判斷一節(jié)課是否有效的重要指標。如何落實思維培養(yǎng)是課堂教學的首要任務。由于高中物理由于學科的特點，物理概念的抽象性和物理規(guī)律復雜性，導致學科思維的難度比較大，學生學習興趣比較低。蘇霍姆林斯基說過，憑借自己的努力而獲得真理時的驚喜，能給人以自豪感和自我肯定、自我尊重的內(nèi)心體驗。讓學生獲得成功的體驗是維持學習動機最有效的方法。精選典型題，設制合理的難題梯度適應不同層次的學生，讓學生能體會思考帶來的成就感。利用“一題多變、多題一解、一解多題”的教學策略，逐步提高學生的科學思維水平和解決問題的能力，有效激發(fā)學生的思考興趣。

一、通過典題“一題多變”，拓寬學生思維的廣度。

物理概念和規(guī)律知識的掌握要在應用中去檢驗。高中階段知識應用主要有實際應用和理論應用。比如勻變速直線運動規(guī)律的應用有自由落體運動、追擊問題等。通過典型題的一題多變，讓學生從不同的側(cè)面理解基本規(guī)律，在同一情景中拓寬知識面，使學生清楚各個概念規(guī)律之間的聯(lián)系，這是提升學生科學思維的重要基礎。

典題1如圖所示，一對豎直放置的平行金屬板長為L，板間距離為d，接在電壓為U的電源上，板間有一與電場方向垂直的勻強磁場，磁場方向垂直屏幕向里，磁感強度為B，有一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小物塊，從離平行板上端h高處由靜止開始自由下落，由兩板正中央P點處進入電場和磁場空間，物塊在P點所受電場力和磁場力恰好平衡.

引導思考一：P點右側(cè)豎直方向設置一塊絕緣光滑擋板（如圖2），請問物塊將做什么運動？（設絕緣擋板的引入均不影響場的分布，且場區(qū)和桿足夠長）

引導思考二：若擋板粗糙，物塊又將做什么運動？加速度和速度分別在什么時候最大？

引導思考三：若旋轉(zhuǎn)兩金屬板至水平，電磁場方向如圖3所示，使此物塊由光滑絕緣軌道滑下水平進入兩極板間，試問此物塊可能做什么運動？

引導思考四：若物塊進入場區(qū)時重力和電場力平衡，而磁場隨時間作如圖4變化，（磁場向里為正，物塊剛進入時為0時刻，場區(qū)足夠大）請畫出物塊的運動軌跡。

引導思考五：如圖5所示，若兩極板內(nèi)的電場場強E=6N/C，磁場磁感應強度大小為B=4T，方向如圖6所示。物塊的質(zhì)量

m=4×10-3kg，帶電量q=+5×10-3C，現(xiàn)從左極板的上邊緣A處以一定的速度斜射入疊加場區(qū)，恰能在豎直平面內(nèi)做直線運動。取g=10m/s2求物塊射入時速度的大小和方向。

引導思考六：若物塊以上問中的速度剛進入A點時，就撤去磁場，經(jīng)一段時間后，恰好能從左極板下邊緣B點射出，求極板的長度.

點評：通過一系列問題串，變換不同的已知物理量，創(chuàng)設問題引導學生思考，從而達到拓寬知識面的目的。如上述問題一的勻變速直線運動、問題三的多種可能、問題四的交變磁場、問題六的類平拋運動。由簡單的問題引入，層層推進，具有挑戰(zhàn)性，學生對所提的問題產(chǎn)生濃厚的興趣，并通過問題的討論和解答，完成對所學知識的鞏固和提升。變換物理情境，尋找物理量之間的關系，使學生更深層認識到物理規(guī)律和物理方法的應用方法，避免學生思維定式，提高了課堂的時效性。

二、通過典題“一題多解”，挖掘思維的深度。

“授之予魚，不如授之予漁”，物理概念和規(guī)律的教學，最終是要培養(yǎng)學生思維的方法和方式。思想方法的遷移是科學思維和創(chuàng)新能力重要的環(huán)節(jié)。對于重要的物理思想方法，可以通過同一典型題目的多種解法，激發(fā)學生的主動思考。挖掘思維的深度，提高綜合分析能力和創(chuàng)新能力。

典題2如圖1所示，在空間有相互垂直的勻強電場E和勻強磁場B，一電子從原點釋放，求電子在y軸方向前進的最大距離.（不計電子重力，已知電子電量為e，質(zhì)量為m）

解法一：微元法

分析：對電子在任一位置的受力進行分析，電子受到豎直向上的電場力以及與速度垂直的洛倫茲力Bev.將電子的速度分解為水平方向的速度vx和豎直方向的速度vy，同時將洛倫茲力也分解為水平方向的作用力和豎直方向的作用力，因此水平方向的洛倫茲力為Bevy，而豎直方向的洛倫茲力為Bevx（如圖2）.

根據(jù)牛頓第二定律得：eE-Bevx=may和Bevy=max

因此由微元法得：故得：（1）

設電子到達最高點時的速度為v，由式（1）即：

全過程中只有電場力做功，根據(jù)動能定理得：由以上各式得

解法二：等效法（運動的合成和分解）

根據(jù)運動的合成和分解等效思想，將初速度為零等效為與勻強電場E及勻強磁場B均垂直的速度大小v1=E/B的速度和方向相反、大小為v2=E/B的速度合成。則帶電粒子受到三個力的作用，電場力Fe=eE，洛倫茲力分成兩個方向和，方向如圖，則粒子的復雜運動就可以等價為一個以v1勻速運動，一個是以v2做勻速圓周運動，其軌跡為一滾輪線，相當于半徑為的圓和勻速直線運動的合成。綜上述電子在Y軸方向前進的最大距離ymax上述勻速圓周運動的直徑所以

解法三：對稱法

由于電子的運動可以等效于水平方向勻速直線運動和勻速圓周運動的合成，所以在初始狀態(tài)和最大距離位置的加速度大小必須相等，由牛頓第二定律有：

所以

由動能定理有：由以上各式得

點評：通過“一題多解”的方式引導學生思考，加深思維的深度，可以幫助學生更好的理解電場力和洛倫茲力作用的特征，對于物理規(guī)律的內(nèi)涵有更清晰地理解，組織學生進行小組思考討論，更能培養(yǎng)學生自主學習積極性，從而達到提升學生綜合分析思維能力的效果。

三、通過典題“多題一解”，提高學生思維的耐度。

高中物理學習過程中有很多重要的思想方法，比如整體法、隔離法、微元法、等效法、極限法、遞推法、對稱法、作圖法、估算法、假設法等等。學生思想方法的形成是一個復雜而漫長的過程，掌握知識規(guī)律具有一定的時效性。通過歸類通過同一類型的典題訓練學生同一解法，是提高學生思維持久性有效的方法。

典題1（2008年江蘇高考）在場強為B的水平勻強磁場中，一質(zhì)量為m、帶正電q的小球在O靜止釋放，小球的運動曲線如圖所示.已知此曲線在最低點的曲率半徑為該點到z軸距離的2倍，重力加速度為g.求：

（1）、（2）、（3）當在上述磁場中加一豎直向上場強為E（）的勻強電場時，小球從O靜止釋放后獲得的最大速率vm.

解析：（1）、（2）略，（3）利用上面的等效法破題。在小球運動的初始位置補上大小相等方向相反的兩個速度，且速度大小滿足

即，這樣小球勻速圓周運動的速度也為v左=v右，故小球從O靜止釋放后獲得的最大速度時勻速直線運動和勻速圓周運動的切線速度同向，合成后最大速度大小為

典題2（2011年福建高考）如圖甲，在x<0的空間中存在沿y軸負方向的勻強電場和垂直于xoy平面向里的勻強磁場，電場強度大小為E，磁感應強度大小為B.一質(zhì)量為q（q>0）的粒子從坐標原點O處，以初速度v0沿x軸正方向射入，粒子的運動軌跡見圖甲，不計粒子的質(zhì)量。

（1）（2）現(xiàn)只改變?nèi)肷淞Ｗ映跛俣鹊拇笮?，發(fā)現(xiàn)初速度大小不同的粒子雖然運動軌跡（y-x曲線）不同，但具有相同的空間周期性，如圖乙所示;同時，這些粒子在y軸方向上的運動（y-t關系）是簡諧運動，且都有相同的周期。Ⅰ、略。Ⅱ、當入射粒子的初速度大小為v0時，其y-t圖像如圖丙所示，求該粒子在y軸方向上做簡諧運動的振幅A，并寫出y-t的函數(shù)表達式。

解析：（1）、（2）Ⅰ略Ⅱ：本題關鍵是求出粒子在y軸方向上做簡諧運動的振幅A，即要求出帶電粒子在y方向上的最大位移為ym（圖丙曲線的最高點處），利用上述的等效法，在初始位置O，補上兩個大小相等方向相反的兩個速度使得，qvxB=qE，即速度，則勻速圓周運動的速度大小就為，又根據(jù)牛頓第二定律，可知，則，難點迎刃而解。

典題3（2013年福建高考）如圖甲，空間存在—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(zhì)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。

⑴⑵⑶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點以初速度v0沿x軸正向發(fā)射。求該粒子運動過程中的最大速度值vm。

解析：（1）、（2）略

⑶解析：在初始位置O，補上兩個大小相等方向相反的兩個速度使得，qvxB=qE，即速度，則勻速圓周運動的速度大小就為，當粒子運動到離x軸最遠時勻速直線運動和勻速圓周運動切線速度恰好同向，此時速度最大，則合成后有粒子運動過程中的最大速度

點評：以上的典題1、典題2、典題3都可以通過微元法、替代法、對稱法等解法進行解答，讓學生分組討論和歸納訓練，學生在解答的過程中，通過不同的解法進行對比，體會應用物理知識和方法解答問題帶來的成功喜悅，激發(fā)了學生歸納總結(jié)的熱情，也加深對重要的物理方法的掌握程度，突破重點和難點。

總之，通過“一題多變，一題多解，多題一解”的教學策略，讓學生更清楚認識所有物理的問題都離不開物理的本質(zhì)，學習過程中應避免死記硬背，更應深入理解物理概念和物理規(guī)律的本質(zhì)，防止思維定勢。加強一題多解、一題多變的訓練，從不同的角度、不同的側(cè)面來審視物理問題和物理規(guī)律，拓寬學生的解題思路，同時訓練學生思維的靈活性，提高學生的思維能力和綜合運用知識解決問題的能力，加深對物理過程的理解，激發(fā)學生的思考興趣，從而在學習過程中達到事半功倍的效果。

基金項目：福建省教育科學“十三五”規(guī)劃2017年度常規(guī)課題“基于核心素養(yǎng)的高中物理教學策略的研究”，立項批準號：FJJKXB17-470

參考文獻

[1][蘇]B.A.蘇霍姆林斯基著;杜殿坤編譯;教育科學出版社;2003年10月

[2]余杰;舟山第二中學;《帶電物體在疊加場中的運動》PPT;2010年3月

[3]劉月榮“利用分解和微元的方法求解復合場的曲線運動問題”;《中學物理》;2010年6月

[4]余春蘭;成都鐵中;《如何提高高三物理復習的有效性》PPT;2004年6月