邵鵬飛

(阜陽市第三中學 安徽 阜陽 236000)

近幾年的高考物理卷中有不少題目在物理規(guī)律的深度考查上進行了不少有效的探索，也涌現(xiàn)了很多好題.比如，2013年的安徽卷第20題以“鏡象法”作為知識背景，2013年福建卷第22題和2008年江蘇卷第14題則可以向“配速法”拓展，2013年全國Ⅰ卷的第25題就有“RC暫態(tài)電路”的影子.將這類高考題與競賽輔導有機結(jié)合，不僅能降低競賽知識的學習難度，還能兼顧高中物理的常規(guī)學習.于是，筆者在這方面進行了一些有效的探索，學生表現(xiàn)出極大的興趣，也養(yǎng)成了多角度多層次分析問題的習慣.下面以2014年高考安徽卷和2015年第32屆全國高中物理競賽預賽卷為例進行說明.

1 高考題的分析拓展

【例1】(2014年高考安徽卷)英國物理學家麥克斯韋認為，磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場.如圖1所示，一個半徑為r的絕緣細圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場B，環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球.已知磁感應強度B隨時間均勻增加，其變化率為k，若小球在環(huán)上運動一周，則感生電場對小球的作用力所做功的大小是( )

圖1 例1題圖

1.1 課本知識背景分析

本題考查的知識背景是感生電場，知識點出現(xiàn)在3-2的電磁感應和3-5電磁波部分.然而，該知識點僅涉及以下幾點：第一，通過對電動勢對應的非靜電力的研究來引出感生電場，說明這種場的存在；第二，通過感應電流(可以是假想的)的方向來定性判斷感生電場的方向;第三，作為必要的補充，我們會交待該電場的閉合性特點，因此又稱渦旋電場.

1.2 習題教學的嘗試

1.2.1 鋪墊性分析

(1)使該球加速的力是感生電場力，那么該力的方向如何？

學生多半認為該力沿圓環(huán)切線方向，于是筆者進一步引導學生思考：矩形磁場區(qū)域中的任意兩點和圓形磁場區(qū)域的任意兩點是否有相同地位？學生在教師的引導下進行深入探討，得出結(jié)論：只有圓形區(qū)域的均勻磁場才產(chǎn)生嚴格的圓形感生電場，同時在該問題的分析過程中筆者也不失時機地向?qū)W生滲透了對稱性的應用.

(2)能否寫出在圓形區(qū)域磁場情況下的電場力做功的表達式？

通過上一步對稱性分析，學生知道感生電場力總是沿著圓環(huán)切線方向而且大小處處相同.不難發(fā)現(xiàn)，雖是變力做功，但通過微元法處理便可寫出做功表達式W=∑fΔx=2πrF.然而由于高中知識并沒給出感生電場力的求解辦法，于是本方法并非高考題的考查點.

1.2.2 問題處理及拓展

(1)原題分析：由法拉第電磁感應定律得感生電動勢

而電場力做功W非=εq，故小球在環(huán)上運動一周有W非=πr2qk，D正確.

(2)拓展分析：通過前面的分析，引導學生思考若磁場為圓形區(qū)域，小球軌跡上的電場強度.

小結(jié)：(1)本題如果不討論磁場力的問題，則無須引入“圓形磁場區(qū)域”這一限制條件，僅通過法拉第電磁感應定律即可處理問題.于是原高考題具有高度的包容性.

(2)我們在加入“圓形磁場區(qū)域”這一限制條件后，意外地打開了新的“領域”.如對稱性分析、微元法的處理、感生電場場強的分析.學生對感生電場產(chǎn)生很強的興趣，此時引入競賽題可謂恰當其時.

2 競賽題的拓展分析

【例2】(2015年預賽卷)電子感應加速器利用變化的磁場來加速電子．如圖2所示，電子繞平均半徑為R的環(huán)形軌道(軌道位于真空管道內(nèi))運動，磁感應強度方向與環(huán)形軌道平面垂直.電子被感應電場加速，感應電場的方向與環(huán)形軌道相切．電子電荷量為e.

圖2 例2題圖

2.1 賽題分析

本題以電子感應加速器為載體比較完整地考查了感生電場的相關知識點，發(fā)散性強，對學生的思維要求比較高.

(3)由以上兩點可得

2.2 賽題拓展：試分析圓形區(qū)域的均勻磁場變化時的感生電場分布情況

角度二，根據(jù)法拉第電磁感應定律,r≤R時

r>R時

總結(jié)：這兩個ε其實是一回事，數(shù)值上應相等.聯(lián)立可得

對比總結(jié)：高考題緊扣高中知識點，利用法拉第電磁感應定律和電動勢定義式，對感生電場力做功進行了考查，其巧妙之處在于問題的解決無需對場提出特殊要求，可謂“平臺有限，舞姿優(yōu)雅”；而競賽題則在知識點上不受限制，對感生電場的考查更加抽象，從力學角度本題既考查了切向力(感生電場力)又考查了法向力(洛倫茲力)，真是“放開手腳，盡情揮灑”.

3 結(jié)束語

對于同一個知識點，高考題和競賽題的切入點和落腳點都會有所不同.筆者通過設置合理的教學梯度，并進行有效的拓展，使高考和競賽無縫對接、渾然一體.學生們豐富了知識也開闊了解題思路，更為重要的是通過養(yǎng)成深度思考問題的習慣，學生的物理學科素養(yǎng)也得到了有效的提升.