電子模擬教具在電磁學(xué)復(fù)合場習(xí)題課中的應(yīng)用

摘要：高中物理中最抽象的問題屬電磁學(xué)的復(fù)合場問題，學(xué)生碰到此類問題時往往束手無策，失分嚴重，究其原因是難以直觀得到所需的解題信息。本文目的在于通過交流學(xué)習(xí)中采用的電子模擬教具，研究如何更加形象具體地講解電磁學(xué)中復(fù)合場的習(xí)題問題。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué)；模擬教具；直觀

一、 引言

教具作為物理課堂的有機組成部分，通常被認為是課堂的第二助手，是課堂中系統(tǒng)教學(xué)的有效補充。通過其直觀、形象、鮮明的特點，能讓學(xué)生更好地理解和掌握知識。合理利用這些形象的工具，對培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、形象思維能力、分析表達能力都是大有好處的。

形象思維占據(jù)了高中生思維方式的主體部分，高中學(xué)生對抽象的電磁學(xué)知識會出現(xiàn)很大的學(xué)習(xí)障礙，如果空洞、單調(diào)地重復(fù)教學(xué)，學(xué)生從內(nèi)心很難真正接受，也會慢慢地對物理產(chǎn)生恐懼，失去興趣。如何在教學(xué)中降低認知維度，建立起統(tǒng)一的知識體系，讓學(xué)生輕松學(xué)會知識是我們一直思考的問題。

針對人教版普通高中物理電磁學(xué)的復(fù)合場問題，學(xué)生在解題中存在較大的困難，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實踐，談?wù)勅绾芜\用電子模擬教具解決抽象的問題。

二、 電子模擬教具在復(fù)合場習(xí)題課中的運用

本次課堂中制作模擬教具的工具是仿真物理實驗室，利用仿真物理實驗室強大的功能，真實模擬各個習(xí)題的帶電粒子的真實場景，同時形象直觀得出帶電粒子的運動情況。本工具的優(yōu)點在于囊括各種典型的物理模型，包括力學(xué)于電磁學(xué)，使用非常方便，而且也能夠靈活運用，發(fā)揮教師的創(chuàng)造力可以制造出豐富的情景模擬。不足之處則是本身的演示性能不大，需要二次輸出做成視頻才能展示。

在電磁學(xué)部分，仿真物理實驗室能夠真實模擬帶電粒子的運動情況，同時顯示帶電粒子的運動軌跡，通過播放模擬的實驗情景就能夠讓學(xué)生直觀觀察問題中的粒子的運動情況，這樣學(xué)生最大的難題也能從中解決。具體的制作與運用過程以本課的其中一道例題作示范進行介紹。

【例】如圖甲，空間存在一范圍足夠大的垂直于xOy平面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B。讓質(zhì)量為m，電量為q（q>0）的粒子從坐標原點O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到該磁場中。不計重力和粒子間的影響。

如圖乙，若在此空間再加入沿y軸正向、大小為E的勻強電場，一粒子從O點以初速v0沿y軸正向發(fā)射。研究表明：粒子在xOy平面內(nèi)做周期性運動，且在任一時刻，粒子速度的x分量vx與其所在位置的y坐標成正比，比例系數(shù)與場強大小E無關(guān)。求該粒子運動過程中的最大速度值vm。

題目分析：該題目綜合性比較強，不僅單獨考察了帶電粒子在磁場中的運動，還考察了電磁場的復(fù)合場下的運動，運動的過程較為復(fù)雜，學(xué)生很難憑靠自己的想象得出具體的運動狀況，具有思維上抽象困難。此時，利用電子模擬教具能夠解決此類問題。

粒子在運動過程中僅電場力做功，因而在軌道的最高點處速率最大，用ym表示其y坐標，由動能定理有：qEym=12mv2m-12mv20由題知：vm=kym

若E=0時，粒子以初速度v0沿y軸正向入射，有：qv0B=mv20R0

在最高處有：v0=kR0聯(lián)立解得：vm=EB+EB2+v20

這是非常抽象的一個問題，單從題目的圖中，很難知道哪個點的速度最大，所以在這問中，用模擬教具去模擬粒子的運動，就可以清楚發(fā)現(xiàn)速度最大的地方在哪。

電子教具完全展示粒子運動的過程，包括粒子準確的運動狀態(tài)，所以解題時學(xué)生能直接從教具中就可以發(fā)現(xiàn)，粒子在最高點的時候速度是最大的，再利用這一個條件，學(xué)生一旦突破了這一個難點，后面的解體過程就得到解決了。從已知的條件分析，讓學(xué)生分析討論，為什么在最高點的時候粒子速度最大，通過討論讓學(xué)生得出原因：此時帶電粒子的電場力做的正功最多，沿電場線方向運動的距離最大，所以速度最大。

對于這一題的解答，讓學(xué)生僅憑借想象來解題是十分困難的，但是課堂中利用了電子模擬教具真實模擬以后，學(xué)生能夠更清晰地明白自己的解題目的，同時解題的效率也提高不少。

物理教學(xué)中，有好多概念和規(guī)律的得出是相當復(fù)雜而抽象的。當碰到電磁場這一類抽象概念的問題時，物理教師不應(yīng)該只想如何把電磁場這一類問題直接講授給學(xué)生，而是要通過低成本、高見度、高成功率的創(chuàng)新型教具來突破教學(xué)的難點，并通過模擬情景，模擬粒子的運動狀態(tài)，讓學(xué)生親歷帶電粒子在復(fù)合場中的運動的真實場景，使知識化抽象為形象，由復(fù)雜變簡單，并讓學(xué)生在探究過程中更牢固地掌握和理解電磁學(xué)中抽象的概念。當然這樣的教學(xué)理念應(yīng)該由“傳授式教學(xué)”向“探究試教學(xué)”轉(zhuǎn)變，從而使學(xué)生真正做到在真實場景中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中懂得運用知識，真正做到以人為本，以生為本。

參考文獻：

[1]曾晗.應(yīng)用類比策略突破“靜電場”教學(xué)難點[J].物理教師，2017，38（4）：20-22.

[2]趙惠松.基于研究性學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)設(shè)計[J].物理教師，2017，38（5）：28-30.

作者簡介：

張健，廣東省東莞市，廣東省東莞市麻涌中學(xué)。