張志峰 金 遜

(1. 安徽省阜陽二中,安徽 阜陽 236000;

一箭三雕 令人嘆服
——2016年高考北京理綜第23題賞析

張志峰1金 遜2

(1. 安徽省阜陽二中,安徽 阜陽 236000;

2. 安徽省臨泉一中,安徽 臨泉 236400)

2016年高考北京理綜第23題獨具匠心,通過設(shè)置原始問題,考查學生科學探究的能力.本文從三個方面進行剖析:一是對基礎(chǔ)知識考查之得體和恰當，二是對物理思想的考查之絕妙，三是考查考生自主學習能力的設(shè)計之深邃.

基礎(chǔ)知識;思想方法;主要因素;類比

2016年高考北京理綜第23題,以考生熟悉的示波管為素材,以電子在示波管中的運動為切入點,綜合考查了考生對電子在電場中的運動以及對電場和重力場的深入理解.其中,第(1)問通過考查基礎(chǔ)知識及其應用來鑒別考生應用物理知識解決實際問題的能力;第(2)問利用實際數(shù)據(jù),滲透“抓住主要矛盾,忽略次要因素”的思想;第(3)問運用類比思維,通過“電勢”和“重力勢”比較,鑒別考生是否具有構(gòu)建概念的意識和能力.正所謂“一箭三雕”,令筆者嘆服不已.

1 試題與解析

如圖1所示,電子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后,沿平行于板面的方向射入偏轉(zhuǎn)電場,并從另一側(cè)射出.已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,加速電場電壓為U0,偏轉(zhuǎn)電場可看做勻強電場,極板間電壓為U,極板長為L,板間距為d.

圖1

(1) 忽略電子所受重力,求電子射入偏轉(zhuǎn)電場時的初速度v0和從電場射出時沿垂直板面方向的偏轉(zhuǎn)距離Δy;

(2) 分析物理量的數(shù)量級,是解決物理問題的常用方法.在解決(1)問時忽略了電子所受重力,請利用下列數(shù)據(jù)分析說明其原因.已知U=2.0×102V,d=4.0×10-2m,m=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C,g=10m/s2.

(3) 極板間既有靜電場也有重力場.電勢反映了靜電場各點能的性質(zhì),請寫出電勢φ的定義式和“重力勢”的共同特點.

2 第一“雕”:綜合考查物理基礎(chǔ)知識

由以上求解過程可知,該題綜合考查了高中物理的重點知識,包含運動學、牛頓第二定律、帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)和類平拋等.它主要分成兩部分:帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)，兩者先后發(fā)生,組合在一起就是“加速偏轉(zhuǎn)一體化”,這也是示波管的原理.

在教學中,筆者通常通過兩步推導得出“加速偏轉(zhuǎn)一體化”的偏移量和速度偏轉(zhuǎn)角的表達式,方便學生解題，過程如下:

由上述討論可得“加速偏轉(zhuǎn)一體化”的結(jié)論:同種電性的不同帶點粒子,經(jīng)相同的電場從靜止加速,進入相同的偏轉(zhuǎn)電場,射出時的偏移量和速度偏轉(zhuǎn)角均相同,即它們的運動軌跡完全重疊.

3 第二“雕”:體現(xiàn)了“抓住主要因素,忽略次要矛盾”的物理研究思想

學生在學習電學時心中常有一個疑問:為什么在有些問題中粒子的重力可以忽略不計?在有些問題中粒子的重力又不能忽略?在平時的教學中,老師可能會告訴學生,微觀粒子(如:電子、質(zhì)子、α粒子、離子等)如無特殊說明或暗示外,一般不需要考慮其重力,因為相比電場力等而言其重力很小;而像帶電顆粒、帶電小球、帶電液滴、帶電塵埃等,如無特殊說明或暗示外,一般要考慮其重力.究其原因,就是比較帶電粒子所受的電場力是遠大于重力，還是相差不多.對于微觀粒子,因為其質(zhì)量很小,其重力遠小于電場力.如電子質(zhì)量me=9.1×10-31kg,質(zhì)子質(zhì)量mH=1.7×10-27kg,α粒子的mHe=6.6×10-27kg,一般離子的質(zhì)量也不過是這些粒子的幾倍或者幾十倍而已,所以,它們的重力數(shù)量級都遠小于常見電場力或洛倫茲力的數(shù)量級,所以研究這些粒子在電磁場中的運動時，可以不考慮其重力的影響.

其次,這一問體現(xiàn)了物理學中一個很重要的思想——“抓住主要因素,忽略次要矛盾”.科學都是對實際問題的一種理想化的處理,在處理過程中不可能也沒必要把所有因素統(tǒng)統(tǒng)考慮進去,我們只需要以幾個主要因素為自變量,研究出它們對因變量的影響即可,而次要因素則可忽略不計.比如我們研究拋體運動時忽略了空氣阻力、溫度、濕度等次要因素的影響;研究物體的運動時忽略了物體的形狀和大小的影響,從而把物體看成質(zhì)點或點電荷;研究輕繩、輕彈簧和輕桿時忽略它們的重力等等,這些在高中物理中都有體現(xiàn).

4 第三“雕”:應用類比思想建立概念

我們教材在講解電勢能時類比過重力勢能,講解利用F-x圖像“面積”求功時，類比過利用v-t圖像“面積”表示位移,講解帶電粒子垂直進入勻強電場時，類比過平拋運動從而得出類平拋運動的概念.而本題要求考生用類比的思想,自己建立一個我們教材中未涉及的概念——重力勢.能很好地考查學生的學科核心素養(yǎng),高中生應能利用所學物理知識，結(jié)合題目提供的信息處理新問題,這正是該題的新穎之處.

5 總結(jié)

該題在考生所熟悉的情境上進行創(chuàng)新,結(jié)合實際問題進行設(shè)問,構(gòu)思新穎.考查主干知識時不生硬,考查遷移應用時不陡升,考查學科核心素養(yǎng)時不偏激,充分體現(xiàn)出命題人對教材知識的把握之嫻熟,命題技巧之高超.

金遜.2010年安徽中考物理壓軸題的研究[J].物理教師,2010,31(11):55.