深度理解物理概念 思維可視以變應(yīng)變

［摘 要］2023年高考全國(guó)甲卷物理試卷中的靜電場(chǎng)選擇題，通過(guò)對(duì)電荷在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，考查了學(xué)生運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜電力學(xué)等必備知識(shí)，以及物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。試題引導(dǎo)教師在教學(xué)中重視基本概念和基本規(guī)律的教學(xué)，重視學(xué)生的思維能力訓(xùn)練。試題引導(dǎo)學(xué)生深度理解所學(xué)內(nèi)容，從“解題”走向“解決問題”。

［關(guān)鍵詞］靜電場(chǎng)；選擇題；思維

［中圖分類號(hào)］" " G633.7" " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］" " A" " " " ［文章編號(hào)］" " 1674-6058（2024）17-0038-03

一、試題呈現(xiàn)

（2023年高考全國(guó)甲卷第5題）如圖1所示，在一些電子顯示設(shè)備中，讓陰極發(fā)射的電子束通過(guò)適當(dāng)?shù)姆莿驈?qiáng)電場(chǎng)，可以使發(fā)散的電子束聚集。下列4幅圖中帶箭頭的實(shí)線表示電場(chǎng)線，如果用虛線表示電子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡，其中正確的是（ ）。

二、試題解答

物體做曲線運(yùn)動(dòng)的特征是軌跡夾在速度方向與合力方向之間，根據(jù)這個(gè)特征，可在A、B、C、D四個(gè)圖中的軌跡線上任意選一點(diǎn)，作出電子在該點(diǎn)的受力方向（與電場(chǎng)線該點(diǎn)的切線方向相反）和速度方向（軌跡上該點(diǎn)的切線方向），看電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是否夾在速度方向與合力方向之間，只要電子在某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不是夾在速度方向與合力方向之間，就說(shuō)明該圖所表示的不是電子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡。在圖2中作圖發(fā)現(xiàn)，只有A選項(xiàng)中電子的運(yùn)動(dòng)軌跡始終夾在速度方向與合力方向之間，B、C、D三個(gè)選項(xiàng)出現(xiàn)了電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不在速度方向與合力方向之間的情況，說(shuō)明這3個(gè)圖像所表示的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是不可能的，因此，只有A選項(xiàng)正確。

三、試題評(píng)析

（1）科學(xué)知識(shí)層面。試題考查了曲線運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)的速度方向、電場(chǎng)線上某點(diǎn)的電場(chǎng)力方向，以及物體做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡夾在速度方向與合力方向之間等內(nèi)容，屬于靜電場(chǎng)中常見的“點(diǎn)、線、面、跡”的綜合性問題，基礎(chǔ)性和導(dǎo)向性都比較突出。

（2）核心素養(yǎng)層面。試題考查了物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念等物理觀念，考查了分析、推理等科學(xué)思維。

（3）創(chuàng)設(shè)情境層面。試題通過(guò)帶電粒子在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的情境，考查了學(xué)生運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜電力學(xué)等必備知識(shí)，以及解決真實(shí)情境問題的能力。試題引導(dǎo)學(xué)生從“解題”走向“解決問題”，同時(shí)引導(dǎo)教師重視對(duì)基本概念和基本規(guī)律的教學(xué)，加強(qiáng)基本概念和基本規(guī)律在真實(shí)情境中的應(yīng)用訓(xùn)練，提高學(xué)生解決真實(shí)情境問題的能力。

（4）應(yīng)試能力層面。試題考查了學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜電力學(xué)等知識(shí)進(jìn)行分析推理的能力及解決真實(shí)情境問題的能力。試題各選項(xiàng)中給出的是具有對(duì)稱性的非勻強(qiáng)電場(chǎng)，且電子以不同的運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)過(guò)電場(chǎng)的不同區(qū)域，這對(duì)學(xué)生的應(yīng)試能力提出了更高的要求。學(xué)生要在較短時(shí)間內(nèi)明確考查意圖、厘清解題思路、合理選點(diǎn)作圖、分析推理判斷和作出正確選擇，這是有一定難度的。

四、教學(xué)建議和備考策略

與靜電場(chǎng)有關(guān)的選擇題，是歷年高考物理的?？碱}型，無(wú)論是全國(guó)卷還是各省市卷，每年至少都有一道。表1是2023年10套高考物理試卷中與靜電場(chǎng)有關(guān)的選擇題的統(tǒng)計(jì)，表2是近5年各套高考物理試卷中與靜電場(chǎng)有關(guān)的選擇題的統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)表1和表2分析發(fā)現(xiàn)，高考物理試題考查的幾乎都是電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)疊加、電勢(shì)（差）、電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能變化、電荷運(yùn)動(dòng)軌跡分析等常規(guī)內(nèi)容，只是每年考查的側(cè)重點(diǎn)不同，呈現(xiàn)的方式和情境不同。學(xué)生只要深刻理解和掌握靜電場(chǎng)的基本概念、規(guī)律和一些特征，就能對(duì)這一類題目。

（一）新授課教學(xué)建議——思維可視降難度

“靜電場(chǎng)”這一單元的內(nèi)容有如下四個(gè)特點(diǎn)：一是物理概念較多；二是物理概念抽象，思維要求較高；三是概念之間似是而非，容易混淆；四是概念之間關(guān)聯(lián)密切。因此，在新授課教學(xué)中教師要注意下面四點(diǎn)：（1）深刻理解本單元內(nèi)容，將本單元內(nèi)容轉(zhuǎn)換為便于學(xué)生理解和接受的形式；（2）從大單元教學(xué)的角度將靜電場(chǎng)內(nèi)容統(tǒng)籌布局和分步落實(shí)；（3）貫徹深度教學(xué)理念，讓學(xué)生深度參與課堂學(xué)習(xí)，深度理解基本概念及概念之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系；（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)等可視化手段，化抽象為具象，化無(wú)形為有形，降低學(xué)生的理解難度，幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)內(nèi)容。

（二）復(fù)習(xí)備考策略——思維可視建架構(gòu)

1.了解學(xué)情有的放矢

從靜電場(chǎng)新課學(xué)習(xí)到高三一輪復(fù)習(xí)，學(xué)生有一年多的時(shí)間很少接觸電場(chǎng)的內(nèi)容，所以在復(fù)習(xí)靜電場(chǎng)之前，教師首先要了解學(xué)生對(duì)本單元內(nèi)容的掌握情況，只有真實(shí)了解學(xué)生對(duì)本單元內(nèi)容的掌握情況，才能做到復(fù)習(xí)有的放矢；其次要設(shè)置基本的單元測(cè)評(píng)，通過(guò)分析自動(dòng)閱卷系統(tǒng)生成的測(cè)評(píng)大數(shù)據(jù)所儲(chǔ)存的信息，了解學(xué)生對(duì)本單元內(nèi)容的掌握情況；最后根據(jù)測(cè)評(píng)大數(shù)據(jù)反饋出來(lái)的問題，采取講授、小組合作學(xué)習(xí)、討論交流等方式幫助學(xué)生解決問題。

2.建構(gòu)導(dǎo)圖厘清關(guān)系

教師要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)畫思維導(dǎo)圖等建構(gòu)本單元的知識(shí)體系，讓學(xué)生對(duì)本單元內(nèi)容有結(jié)構(gòu)性的整體認(rèn)知。如圖3所示的靜電場(chǎng)概念關(guān)系圖，是在筆者的指導(dǎo)下，學(xué)生合作建構(gòu)和多次修改完善而得的。在建構(gòu)概念關(guān)系圖的過(guò)程中，學(xué)生反復(fù)研讀課本，思考概念之間的關(guān)聯(lián)，研討概念之間的關(guān)系，從而加深對(duì)基本概念內(nèi)涵的理解，厘清概念之間的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系。

[圖3 靜電場(chǎng)概念關(guān)系圖]lt;E：＼未做件＼中學(xué)教學(xué)參考·理科版202406＼W6-67.epsgt;[電場(chǎng)力][電場(chǎng)力做功][電勢(shì)能][電勢(shì)][電勢(shì)差][電場(chǎng)強(qiáng)度][E=F/q][WAB=Fd][WAB=EPA-EPB][φ=EP/q][UAB=φA-φB][U=Ed][WAB=Eqd][ΔEAB=qUAB][ΔEAB=Eqd][WAB=qUAB]

3.開放試題激活思維

靜電場(chǎng)主要涉及的是電場(chǎng)中“點(diǎn)、線、面、跡”等問題，教師可提供適當(dāng)?shù)牧?xí)題給學(xué)生練習(xí)，讓學(xué)生掌握靜電場(chǎng)的基本規(guī)律和特點(diǎn)，從而解決靜電場(chǎng)問題。教師提供的習(xí)題在精不在多?？晒W(xué)生練習(xí)的靜電場(chǎng)選擇題有很多，如果教師不認(rèn)真進(jìn)行比較和篩選，就會(huì)出現(xiàn)學(xué)生重復(fù)做題的現(xiàn)象，這無(wú)疑會(huì)加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。因此，教師選題和優(yōu)化習(xí)題很重要。筆者的做法是：（1）篩選和整合涉及同類知識(shí)內(nèi)容的選擇題，如把多個(gè)選擇題的選項(xiàng)整合到某一題中進(jìn)行練習(xí)，這樣既不會(huì)遺漏要求學(xué)生練習(xí)鞏固的知識(shí)，又不會(huì)加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)；（2）提供一些開放性習(xí)題，給學(xué)生更多思考和交流的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在思維碰撞中對(duì)問題有深度的理解。下面的例題原是一道選擇題，只有四個(gè)選項(xiàng)，為了訓(xùn)練學(xué)生的思維，筆者保持題干不變，將題目改編為開放性習(xí)題，讓學(xué)生圍繞題干和示意圖提出有關(guān)問題。

［例題］如圖4所示，虛線a、b、c代表電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，相鄰等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等，即 [Uab=Ubc]，實(shí)線為一帶正電的點(diǎn)電荷僅在電場(chǎng)力作用下通過(guò)該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點(diǎn)，根據(jù)圖像，你能提出哪些問題，并做出解答。

題目出示后，很快就有學(xué)生提出了自己的問題，其他學(xué)生也跟著提出了問題。筆者將學(xué)生提出的問題歸納為以下10個(gè)問題。

（1）如何確定電場(chǎng)線的方向？

（2）電荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的電場(chǎng)力指向哪個(gè)方向？

（3）P和Q的哪一點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度較大？

（4）電荷在P和Q哪一點(diǎn)電勢(shì)高？

（5）從P到Q或從Q到P運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力是做正功還是做負(fù)功？

（6）電荷在P和Q哪一點(diǎn)電勢(shì)能較大？

（7）電荷在P和Q哪一點(diǎn)動(dòng)能較大？

（8）電荷在P和Q哪一點(diǎn)受到的電場(chǎng)力較大？

（9）電荷在P和Q哪一點(diǎn)的加速度較大？

（10）如果將正電荷換為負(fù)電荷，電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡如何？

這樣引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活了學(xué)生的思維，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)也提高了復(fù)習(xí)效率。

總之，靜電場(chǎng)是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是高考的熱門考點(diǎn)。歷年的高考全國(guó)卷和各省市卷中幾乎都有靜電場(chǎng)選擇題。因此，在新授課教學(xué)中，教師要通過(guò)講授、實(shí)驗(yàn)、動(dòng)畫可視化、小組合作等方式方法，讓學(xué)生深度理解靜電場(chǎng)的基本概念和規(guī)律。在復(fù)習(xí)備考中，教師要引導(dǎo)學(xué)生深刻理解靜電場(chǎng)基本概念的內(nèi)涵及概念之間的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)單元知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)思維型習(xí)題和開放性習(xí)題訓(xùn)練，使學(xué)生更好地掌握靜電場(chǎng)內(nèi)容。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

[1]" 方紅德.“帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”專題復(fù)習(xí)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（3）：54-57.

[2]" 方紅德.賞析高考真題，啟示高考備考：以帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為例[J].物理教學(xué)探討，2020（10）：37-42.

[3]" 顧巖.電場(chǎng)性質(zhì)太凌亂 跳出題海需“多看”：以江蘇物理高考的電場(chǎng)選擇題為例[J].湖南中學(xué)物理，2020（5）：93-95，63.

（責(zé)任編輯 黃春香）