俞國富

(杭州師范大學附屬中學 浙江 杭州 310030)

2018年下半年浙江省物理選考第23題是一道電學綜合題．在回旋加速器的基礎(chǔ)上進行了改變,是一道傳統(tǒng)的帶電粒子在電磁場中的運動問題．它考查了牛頓第二定律、向心力公式、動能定理等知識點，覆蓋面廣，綜合性強．試題陳題新出，頗有創(chuàng)新意識．筆者通過詳細研究發(fā)現(xiàn)本題的設(shè)問還有各種多樣性，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，從而在物理教學中更好地培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)．

1 原題呈現(xiàn)

有一沿x軸可移動、粒子出射初動能可調(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，粒子在電場中運動的時間不計．

(1)若粒子只經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)并在y=y0處被探測到，求發(fā)射源的位置和粒子的初動能；

(2)若粒子兩次進出電場區(qū)域后被探測到，求粒子發(fā)射源的位置x與被探測到的位置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間的變化

本題的特點，源于教材，但又高于教材，在書本回旋加速器內(nèi)容的基礎(chǔ)上加以變化，又是一個傳統(tǒng)的帶電粒子在電磁場中的運動問題．學生感覺并不陌生，符合中學生的口味，不失為一道好的壓軸題．本題的一大亮點是進行變化后(在第2問中)帶電粒子兩次進出電場區(qū)域存在幾種可能的情況．學生經(jīng)常會丟三落四，只討論一種情景而失分．這一提問考查了學生思維的嚴密性，對物理教學中培養(yǎng)學生良好的思維提出了更高的要求，彰顯物理學科核心素養(yǎng)的命題導向，對教師的教學和學生的學習具有引領(lǐng)和指導作用．

2 試題拓展

本題的設(shè)問還可以拓展，筆者認為可以從粒子給定發(fā)射的初位置x0和初動能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，遠離探測器，給定初動能Ek0，求動能隨時間的變化——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習

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

3.2 注重遷移強化建模

高考壓軸題強調(diào)理論聯(lián)系實際，要求考生把實際情景轉(zhuǎn)化為物理模型．這就要求物理教學中注重知識的聯(lián)系，善于對比不同的問題，利用知識的遷移、科學的思維，通過建模過程解決各種問題．

3.3 注重物理核心素養(yǎng)的滲透與落實

高考物理壓軸題非常注重在物理觀念、科學思維、科學探索方面的考查．因此，我們在教學中要經(jīng)常設(shè)置一些來源于生活實際、科技應用的問題情境．在學生探索解決問題中，能夠滲透科學思維方法，建立正確的模型來加以解決，從而讓學生深刻體驗科學探究的愉悅過程．