王赫 薛麗

摘 要：電場磁場問題是高考的重點考查內(nèi)容.通過對2021年廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試第14題的總結(jié)和拓展，對在花瓣加速器中電子的運動規(guī)律和可行性進(jìn)行進(jìn)一步的分析和探討.

關(guān)鍵詞：高考;拓展;分析

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）17-0060-03

作者簡介：王赫（1983-），男，吉林四平人，碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

今年的廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試物理試卷充分體現(xiàn)了“一核、四層、四翼”的高考評價體系精神，試題以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，要求考生基礎(chǔ)扎實，關(guān)鍵能力過關(guān).整卷大多數(shù)試題的素材選擇凸顯了源自生活、來自實踐和選自科技應(yīng)用為背景的諸多情景，給人以耳目一新的感覺， 為我們今后的物理教學(xué)提供了十分有意義的引領(lǐng)作用[1].試卷中的第14題，以實際應(yīng)用的花瓣形加速器為原型， 通過適當(dāng)?shù)暮喕幹瞥杀驹嚲淼膲狠S題.該題是典型的帶電粒子在組合場中的運動問題，穩(wěn)中求變，很好地考查了學(xué)生在新情境下運用基礎(chǔ)知識、基本方法解決問題的能力.

1 試題解析

試題 （2021年廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試 14題）圖1（a）是一種花瓣形電子加速器簡化示意圖.空間有三個同心圓a、b、c圍成的區(qū)域，圓a內(nèi)為無場區(qū)，圓a與圓b之間存在輻射狀電場，圓b與圓c之間有三個圓心角均略小于90°的扇環(huán)形勻強(qiáng)磁場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ.各區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定，大小不同，方向均垂直紙面向外，電子以初動能Ek0從圓b上P點沿徑向進(jìn)入電場，電場可以反向，保證電子每次進(jìn)入電場即被全程加速，已知圓a與圓b之間電勢差為U，圓b半徑為R，圓c半徑為3R，電子質(zhì)量為m，電荷量為e.忽略相對論效應(yīng).取tan22.5°=0.4.

（1）當(dāng)Ek0=0時，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進(jìn)入磁場，且在電場內(nèi)相鄰運動軌跡的夾角θ均為 45°，最終從Q點出射，運動軌跡如圖1（b）中帶箭頭實線所示.求Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、電子在Ⅰ區(qū)磁場中的運動時間及在Q點出射時的動能;

（2）已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射.當(dāng)Ek0=keU時，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值.

2 試題評析

2.1 以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，注重基礎(chǔ)性，考查學(xué)生的關(guān)鍵能力

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的綜合體現(xiàn)，試題考查了帶電粒子在電場中的加速、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的偏轉(zhuǎn)、動能定理等必備知識，通過創(chuàng)設(shè)實際情境，考查了學(xué)生構(gòu)建模型、科學(xué)推理、分析論證等關(guān)鍵能力，符合《高考評價體系》的命題要求，達(dá)到了考查物理素養(yǎng)的目的[2].

2.2 基于真實情境，穩(wěn)中有變，考查學(xué)生解決問題的能力

目前工業(yè)上已經(jīng)有新型花瓣型加速器的應(yīng)用[2].試題對真實情境進(jìn)行了簡化，只用了三個花瓣，若電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射.需要利用相關(guān)的物理知識求解最大入射初動能.

2.3 問題層層遞進(jìn)

問題設(shè)置層層遞進(jìn)，第（1）問中考查了帶電粒子在電場和磁場中運動的基本信息，比如動能、半徑、周期、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小等，基本可以讓每一個學(xué)生都有機(jī)會動筆，在考試中有獲得感，第（2）問對于數(shù)學(xué)知識和運算能力都有一定的要求，可以比較好地甄別出學(xué)生能力的差異.

3 試題拓展

第（2）問中的“已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射”的物理內(nèi)涵是：只要電子能從Ⅰ區(qū)磁場出來，它就可順利通過Ⅱ和Ⅲ磁場區(qū)域，并從出射區(qū)域接收到.同時第（2）問中已暗含保持由（1） 中條件所求或題干所給磁場不變.那么除了可求出Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1外， 還可確定余下兩個磁場區(qū)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小.求解過程如下：

4 教學(xué)啟示

4.1 重視對基本物理概念、規(guī)律的復(fù)習(xí)

教師應(yīng)分析、講透關(guān)鍵的物理概念、物理規(guī)律，要讓學(xué)生清楚來龍去脈，有一些必要的推導(dǎo)過程，要讓學(xué)生親自去體驗.要清楚各概念規(guī)律之間的區(qū)別和聯(lián)系，只有真正清楚了物理原理，運用起來才能游刃有余，才能由解題能力提升到解決問題的能力.

4.2 穩(wěn)中求變，注意控制復(fù)習(xí)的難度

試題突出主干知識，考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識和關(guān)鍵能力，題目不偏難怪，因此在復(fù)習(xí)的過程中也要仔細(xì)研究體會高考題，做有效訓(xùn)練，避免重復(fù)、低效練習(xí)，避免學(xué)生在一些偏題、難題、怪題上耗費時間.

4.3 注意對生活情境的提煉

在這份試卷中幾乎每一個題目都有相應(yīng)的情境，雖然很多題目都配備了圖形，幫助學(xué)生更好地理解，但是仍然有學(xué)生不能充分解讀信息，缺乏生活的經(jīng)驗.因此在后續(xù)教學(xué)過程中，無論是教師還是學(xué)生都要加強(qiáng)對于情境的認(rèn)識和理解.可以發(fā)現(xiàn)生活中的物理情境，并設(shè)置相應(yīng)的問題，提升學(xué)生的建模能力、邏輯推理能力，不斷提升學(xué)生的思維能力和思維品質(zhì).

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣煒波，趙堅.試題情景：實現(xiàn)“四層”“四翼”承載作用的重要載體[J].物理教學(xué)，2020，42（10）：2-5+36.

[2]付森泉.基于物理核心素養(yǎng)視角的高考命題探究[J].中國考試，2017（05）：15-22.

[3]宋瑞英，施惠棟，鐘世材，孫創(chuàng)成.花瓣形加速器加速腔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].強(qiáng)激光與粒子束，2009，21（12）：1881-1884.

（收稿日期：2021-06-30）