突破定勢(shì)思維回歸一般方法

張金鳳

摘 要：以“帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，使最基本的物理思想“力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”貫穿于整個(gè)教學(xué)的始終，培養(yǎng)學(xué)生解決物理問(wèn)題的一般方法。

關(guān)鍵詞：帶電粒子；電場(chǎng)；力和運(yùn)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）6-0076-3

1 設(shè)計(jì)思路

習(xí)題教學(xué)是物理課堂教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，學(xué)生在完成習(xí)題的過(guò)程中復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，進(jìn)而達(dá)到提高物理學(xué)科素養(yǎng)的目標(biāo)。“力和運(yùn)動(dòng)”“功和能”是高中物理課堂教學(xué)的兩個(gè)重要內(nèi)容，也是習(xí)題解決遵循的兩條主線。如何從物理基本規(guī)律出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生掌握解決物理問(wèn)題的基本方法，是本教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和核心。

2 “帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)目標(biāo)：

（1）通過(guò)系列化問(wèn)題的設(shè)計(jì)，開(kāi)拓學(xué)生的思維，讓學(xué)生在問(wèn)題的解決過(guò)程中體驗(yàn)成功的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。

（2）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系來(lái)分析、處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般方法。

（二）教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）培養(yǎng)學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，圍繞“力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”這條主線，在新的情景中自主分析和解決問(wèn)題。

（2）教學(xué)難點(diǎn)是調(diào)動(dòng)學(xué)生自主地運(yùn)用已掌握的知識(shí)來(lái)解決新的問(wèn)題。

（三）教學(xué)過(guò)程

（1）課前環(huán)節(jié)——讓學(xué)生思考以下問(wèn)題：

①一個(gè)重力可以忽略的帶電粒子以一定的初速度進(jìn)入一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，可以做勻變速直線運(yùn)動(dòng)嗎？

②一個(gè)重力可以忽略的帶電粒子以一定的初速度進(jìn)入一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，可以做類平拋運(yùn)動(dòng)嗎？

③一個(gè)重力可以忽略的帶電粒子以一定的初速度進(jìn)入一個(gè)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)，可以做圓周運(yùn)動(dòng)嗎？

（2）內(nèi)容設(shè)計(jì)——以4個(gè)問(wèn)題為主線

展示情景：一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球以水平初速度v0出射，如圖1：

問(wèn)題①：你能通過(guò)增加一個(gè)電場(chǎng)讓這個(gè)帶電小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)嗎？（學(xué)生思考，討論并回答）

問(wèn)題②：你能通過(guò)增加一個(gè)電場(chǎng)讓這個(gè)帶電小球做勻變速直線運(yùn)動(dòng)嗎？

設(shè)計(jì)意圖：兩次提問(wèn)方式如出一轍，意在引導(dǎo)學(xué)生感受到解決“力和運(yùn)動(dòng)”問(wèn)題的一般解題程序是一樣的。

學(xué)生解題后反思如下：因?yàn)樵谔幚韱?wèn)題時(shí)，沒(méi)有對(duì)物體認(rèn)真進(jìn)行受力分析，而是憑感覺(jué)或者說(shuō)是一種定勢(shì)思維而認(rèn)為物塊沿著斜面運(yùn)動(dòng)到了斜面底端，于是求解錯(cuò)誤。

問(wèn)題③：你能通過(guò)增加一個(gè)電場(chǎng)讓這個(gè)帶電小球做類平拋運(yùn)動(dòng)嗎？（學(xué)生思考，討論并回答）

設(shè)計(jì)意圖：繼續(xù)采用固定的提問(wèn)方式，強(qiáng)化學(xué)生解決“力和運(yùn)動(dòng)”問(wèn)題的一般解題程序。

【習(xí)題2】如圖3所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)。電量為q、動(dòng)能為Ek的帶電粒子從a點(diǎn)沿ab方向進(jìn)入電場(chǎng)，不計(jì)重力。若粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)動(dòng)能為Ek′，則電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？

學(xué)生題后反思：認(rèn)真對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)情況分析是正確解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)這類問(wèn)題的基礎(chǔ)。

問(wèn)題④：你能通過(guò)增加一個(gè)電場(chǎng)讓這個(gè)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎？（學(xué)生思考，討論并回答）

教師繼續(xù)采用3個(gè)小問(wèn)啟發(fā)學(xué)生：小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是什么？小球現(xiàn)在受什么力？那么，應(yīng)該加一個(gè)怎樣的電場(chǎng)小球才會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？

這個(gè)電場(chǎng)怎么加對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)還是有難度的。教師可以提示學(xué)生先去分析游樂(lè)園中坐在陀螺旋轉(zhuǎn)椅上人的受力，如圖4所示。這個(gè)情景的引入，意在進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系將決定物體的運(yùn)動(dòng)情況。

【習(xí)題3】如圖5所示，一個(gè)半徑R=1 m的光滑絕緣豎直圓弧軌道的1/4固定在一對(duì)平行金屬板之間，兩金屬板間電壓U=106 V，下極板與電源正極相連，有一質(zhì)量m=l kg、帶電量q=1.4×10-5 C帶正電荷的物體（可視為質(zhì)點(diǎn)），從A點(diǎn)的正上方距離A點(diǎn)H處由靜止開(kāi)始自由下落（不計(jì)空氣阻力），BC段為長(zhǎng)L=2 m，動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2的粗糙絕緣水平面，g取10 m/s2。求：

①若H=1 m，物體能沿軌道AB到達(dá)最低點(diǎn)B，求它到達(dá)B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小。

②通過(guò)你的計(jì)算判斷：是否存在某一H值，能使物體沿軌道AB經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)B后最終停在距離B點(diǎn)0.6 m處？

解析 應(yīng)對(duì)物體認(rèn)真進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，物體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)因?yàn)殡妶?chǎng)力和重力的合力方向豎直向上，所以B點(diǎn)是物理上的最高點(diǎn)，要過(guò)B點(diǎn)對(duì)速度的最小值有要求，即：

進(jìn)而發(fā)現(xiàn)物體過(guò)最低點(diǎn)的速度要大于等于2 m/s，最近也是停在離B點(diǎn)右側(cè)1 m之處，所以這樣的高度H不存在。

（3）課堂小結(jié)：習(xí)題教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)是幫助學(xué)生理解最基本的物理規(guī)律，習(xí)題課的教學(xué)效果通過(guò)學(xué)生解決一般問(wèn)題的能力是否提高來(lái)檢驗(yàn)。學(xué)生只有從“力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”來(lái)思考不同情境下的物理問(wèn)題，才能感悟出解決一般問(wèn)題的普適方法，教學(xué)也才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。

3 教學(xué)反思

這堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)以4個(gè)由簡(jiǎn)到難、層層深入的開(kāi)放性問(wèn)題為整堂課的主線，主要體現(xiàn)了以下幾點(diǎn)理念：

①以學(xué)生為課堂的主體，教師扮演引導(dǎo)者的角色——4個(gè)問(wèn)題的提出，給學(xué)生充足的時(shí)間交流和討論，打開(kāi)學(xué)生的思路，讓學(xué)生在問(wèn)題的解決過(guò)程中體驗(yàn)成功的喜悅，增加對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣；②以學(xué)生存在的問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)課堂練習(xí)——3個(gè)配套習(xí)題來(lái)源于學(xué)生已做習(xí)題中錯(cuò)誤率非常高的題目的改編。通過(guò)實(shí)物投影儀展示學(xué)生存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的錯(cuò)因分析讓學(xué)生歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，規(guī)范學(xué)生的解題習(xí)慣；③以培養(yǎng)學(xué)生解決一般問(wèn)題的能力、提高物理素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)——配套的課堂習(xí)題意在引導(dǎo)學(xué)生從千變?nèi)f化、豐富多彩的物理情景中找出物理最本源的東西，讓學(xué)生明白最樸實(shí)的物理原理以提高他們的問(wèn)題解決能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣緯.帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析[J].中學(xué)生數(shù)理化·高二版，2012（8）：39—40.

[2]姜連國(guó)，郭玉英.基于建模的學(xué)習(xí)進(jìn)階指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015，41（10）：2—5.

（欄目編輯 鄧 磊）