“問題式”教學模式在高中物理新教材中的運用

牛靜

【摘 要】將“問題式”教學模式與2019年人教版新教材相結(jié)合，以《帶點粒子在電場中的運動》說課稿為例，突出物理核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】“問題式”教學模式;高中物理新教材;物理核心素養(yǎng)

一、說教材

（一）教材簡析

本節(jié)學習帶電粒子在電場中的運動，即帶電粒子在電場中的直線加速及垂直電場進入做類平拋運動的研究。通過研究物體運動方法的再次實際運用，加強勻加速直線運動和曲線運動的研究方法，從中培養(yǎng)學生的應變能力和解決實際問題能力。

本節(jié)內(nèi)容在2019年新教材中物理必修第三冊第十章《靜電場中的能量》第五節(jié)，相比老教材，主要有如下變化：1.加入了更多的生活實例，比如醫(yī)用電子直線加速器，“質(zhì)子療法”。2.示波器內(nèi)容變?yōu)椤巴卣箤W習”，要求適當降低。3.例題1難度變大，知識點為交變電壓對帶電粒子的加速。

本節(jié)課運用問題教學模式進行教學，引導學生層層深入，解決實際問題。

（二）物理核心素養(yǎng)

1.物理觀念：利用物質(zhì)觀和運動觀，知道帶電粒子在電場中會受到電場力的作用，由于初速度與電場力的會出現(xiàn)不同的運動情況。

2.科學思維：通過實際生活需求建構物理模型，對帶電粒子的受力和運動進行科學推理，列式進行科學論證，實驗進行質(zhì)疑創(chuàng)新，運用所學知識分析實際問題，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

3.科學探究：通過實際需要引導學生提出問題，然后對解決方案進行探究，尋找方案是否可行的證據(jù)，最后進行討論、交流和成果分享。

4.科學態(tài)度與責任：培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力。

（三）教學重點

1.了解帶電粒子在勻強電場中的運動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運動。

2.重點掌握初速度與勻強電場方向垂直的帶電粒子在電場中的運動（類平拋運動）。

3.知道示波管的主要構造和工作原理。

（四）教學難點

初速度與勻強電場方向垂直的帶電粒子在電場中的運動（類平拋運動）。

（五）教學用具

示波器、示波器模擬裝置，實物投影儀、一體機、課件、錄播教室。

（六）課時安排：2課時

二、說教法

（一）學情

學生在高二階段已經(jīng)學習靜電場的力的知識、能的知識，高一學習了力與運動，直線運動、類平拋運動的知識，本節(jié)內(nèi)容綜合性較強，需要學生對這些內(nèi)容掌握較好才能進一步提升。

（二）教學方法

“問題式”教學、講授教學法、演示教學法、物理建模法、學生自主探究法

三、說過程

（一）新課引入

問題1.1：平時我們教室使用的電源電壓是多少？ 將其加在電容器兩極板上可以形成勻強電場嗎？

問題1.2：這個電壓一直是220V嗎？會不會變化？可以用什么辦法測量？

用示波管現(xiàn)場展示教室交流電波形，通過以上幾個問題提出示波管的簡單模型。

（二）新課教學

1.探究帶電粒子在勻強電場中的運動

（1）帶電粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，經(jīng)過電壓U1加速，如圖一所示。

問題2：如何求帶電粒子獲得的速度v0？

學生動筆推導，老師巡堂，找一個書寫正確工整的手稿投影在大屏幕上，其它學生對照。此處為剛學內(nèi)容，一般學生都能很快由動能定理推出速度。

（2）帶電粒子以初速度v0垂直勻強電場方向進入偏轉(zhuǎn)電場，帶電粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，偏轉(zhuǎn)電場兩極板間電壓為U2，間距為d，從另一端穿出。如圖二所示。

問題3.1：粒子在電場中做何運動？

問題3.2：偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角的正切值tanθ如何計算？與U2有何關系？

老師帶領學生作圖推導，讓學生分析推導結(jié)果。

（3）帶電粒子以v速度離開偏轉(zhuǎn)電場，打在熒光屏上。如圖三所示。

問題4.1：帶電粒子在到達熒光屏之前作何運動？

問題4.2：在熒光屏上的偏轉(zhuǎn)距離y2如何計算？y2與U2有何關 系？

老師帶領學生作圖推導，讓學生分析推導結(jié)果。

2.示波管的原理

（1）示波器：用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器，其核心部分是示波管。

（2）示波管的構造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖四）。

（3）原理：利用了電子的慣性小、熒光物質(zhì)的熒光特性和人的視覺暫留等，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時間變化的圖線。

讓學生運用所學知識確定帶電粒子在熒光屏的大致位置，檢驗所學知識，并再次現(xiàn)場用示波器讓學生親自體會示波器顯示生活用電的波形。

3.實際運用

問題5：醫(yī)用電子直線加速器能把X射線（氦核，帶電量為2e）能量加到4-16Mev，220V生活用電能可以滿足需求嗎？

例：如圖四甲，某裝置中，多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖四乙所示。在t=0時，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒1。

為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設計必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e、電壓的絕對值為u，周期為T，電子通過圓筒間隙的時間可以忽略不計。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關系？第n個金屬圓筒的長度應該是多少？

問題6.1：電子在0和1之間做什么運動？

問題6.2：電子在1里面做什么運動？

問題6.3：電子在來到第n個金屬筒之前，經(jīng)過了幾次加速？

學生思考回答完問題進行推演，展示較好的學生推演過程。

（三）課堂小結(jié)

結(jié)合板書進行小結(jié)。

（四）板書設計

（五）課后作業(yè)

1.完成課本課后《練習與應用》第1、2題。

2.閱讀教材內(nèi)容【科學漫步】。

四、說反思

（一）教學預設中的成功之處

新課教學中把對帶電粒子在勻強電場的運動研究，與示波管相結(jié)合，通過示波管演示模型，讓學生學會先把復雜的問題定性分析的方法，再結(jié)合定量計算的結(jié)果進行驗證和反思。

（二）教學預設中尚存在的不足或難以把握之處

本節(jié)內(nèi)容公式較多、計算量較大，學生聽老師講一遍很難達到馬上運用的效果，需要課后反復訓練進一步加強效果才會更佳。實際運用的例子和學生生活聯(lián)系不緊密，理解模型需要比較長的時間。