俞國(guó)富

(杭州師范大學(xué)附屬中學(xué) 浙江 杭州 310030)

2018年下半年浙江省物理選考第23題是一道電學(xué)綜合題．在回旋加速器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改變,是一道傳統(tǒng)的帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．它考查了牛頓第二定律、向心力公式、動(dòng)能定理等知識(shí)點(diǎn)，覆蓋面廣，綜合性強(qiáng)．試題陳題新出，頗有創(chuàng)新意識(shí)．筆者通過(guò)詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn)本題的設(shè)問(wèn)還有各種多樣性，似乎意猶未盡，現(xiàn)略加以拓展，旨在拋磚引玉，引起各位同行作深入的討論，從而在物理教學(xué)中更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)．

1 原題呈現(xiàn)

有一沿x軸可移動(dòng)、粒子出射初動(dòng)能可調(diào)節(jié)的粒子發(fā)射源，沿y軸正方向射出質(zhì)量為m，電荷量為q(q>0)的粒子．t=0時(shí)刻，發(fā)射源在(x，0)位置發(fā)射一帶電粒子．忽略粒子的重力和其他阻力，粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不計(jì)．

(1)若粒子只經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并在y=y0處被探測(cè)到，求發(fā)射源的位置和粒子的初動(dòng)能；

(2)若粒子兩次進(jìn)出電場(chǎng)區(qū)域后被探測(cè)到，求粒子發(fā)射源的位置x與被探測(cè)到的位置y之間的關(guān)系.

圖1 回旋變速裝置示意圖

圖2 兩極板間所加電壓隨時(shí)間的變化

本題的特點(diǎn)，源于教材，但又高于教材，在書(shū)本回旋加速器內(nèi)容的基礎(chǔ)上加以變化，又是一個(gè)傳統(tǒng)的帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．學(xué)生感覺(jué)并不陌生，符合中學(xué)生的口味，不失為一道好的壓軸題．本題的一大亮點(diǎn)是進(jìn)行變化后(在第2問(wèn)中)帶電粒子兩次進(jìn)出電場(chǎng)區(qū)域存在幾種可能的情況．學(xué)生經(jīng)常會(huì)丟三落四，只討論一種情景而失分．這一提問(wèn)考查了學(xué)生思維的嚴(yán)密性，對(duì)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生良好的思維提出了更高的要求，彰顯物理學(xué)科核心素養(yǎng)的命題導(dǎo)向，對(duì)教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)具有引領(lǐng)和指導(dǎo)作用．

2 試題拓展

本題的設(shè)問(wèn)還可以拓展，筆者認(rèn)為可以從粒子給定發(fā)射的初位置x0和初動(dòng)能Ek0出發(fā)求解最后的出射位置．以下是試題拓展的幾種情況．

(1)給定發(fā)射的初位置x0和初動(dòng)能Ek0，求最后的出射位置y(不一定垂直y軸出射)--正向思維的例子.

1)若Ek0

粒子的軌跡如圖3所示，則

圖3 情況1)a的粒子軌跡圖

粒子的軌跡圖如圖4所示，則

圖4 情況1)b的粒子軌跡圖

粒子的軌跡圖如圖5所示，則

圖5 情況1)c的粒子軌跡圖

d.若

粒子的軌跡圖如圖6所示，同理可得

其中

圖6 情況1)d的粒子軌跡圖

e.在上述基礎(chǔ)上，隨著x的增大，后續(xù)都是加速，依次在y軸正向與負(fù)向射出，可以給出入射位置區(qū)間的分段．

2)若qU0

則粒子軌跡圖如圖7所示.

圖7 情況2)a的粒子軌跡圖

則粒子軌跡圖如圖8所示.

圖8 情況2)b的粒子軌跡圖

則粒子軌跡圖如圖9所示.

圖9 情況2)c的粒子軌跡圖

d.上述基礎(chǔ)上，隨著x的增大，后續(xù)都是加速，依次在y軸正向與負(fù)向射出，可以給出入射位置區(qū)間的分段．

(2)假定發(fā)射的初位置x0很遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離探測(cè)器，給定初動(dòng)能Ek0，求動(dòng)能隨時(shí)間的變化——正向思維的例子.

3 試題啟示

3.1 注重物理教材上原有素材的復(fù)習(xí)

從第23題壓軸題的分析和拓展可以看出，書(shū)本上回旋加速器的基本原理必須搞清楚，只有這樣才能把問(wèn)題加以拓展，加以遷移，所以圍繞教材，夯實(shí)基礎(chǔ)，重視課本中的基本模型是物理教學(xué)的立足點(diǎn)，更是學(xué)生形成物理觀念的靈魂所在．

3.2 注重遷移強(qiáng)化建模

高考?jí)狠S題強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，要求考生把實(shí)際情景轉(zhuǎn)化為物理模型．這就要求物理教學(xué)中注重知識(shí)的聯(lián)系，善于對(duì)比不同的問(wèn)題，利用知識(shí)的遷移、科學(xué)的思維，通過(guò)建模過(guò)程解決各種問(wèn)題．

3.3 注重物理核心素養(yǎng)的滲透與落實(shí)

高考物理壓軸題非常注重在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探索方面的考查．因此，我們?cè)诮虒W(xué)中要經(jīng)常設(shè)置一些來(lái)源于生活實(shí)際、科技應(yīng)用的問(wèn)題情境．在學(xué)生探索解決問(wèn)題中，能夠滲透科學(xué)思維方法，建立正確的模型來(lái)加以解決，從而讓學(xué)生深刻體驗(yàn)科學(xué)探究的愉悅過(guò)程．