夯實(shí)基礎(chǔ) 拓展能力 提升素養(yǎng)
——2021年江蘇省新高考適應(yīng)性考試物理試卷第14題賞析

陳 俊

(江蘇省南京市第九中學(xué)，江蘇 南京 210018)

高考評(píng)價(jià)體系是指導(dǎo)高考改革的實(shí)踐指南，也是高考命題的指導(dǎo)性文件和依據(jù)。高考評(píng)價(jià)體系中提出的“一核四層四翼”明確了新課程理念在高考中的要求，其中提及的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力是學(xué)生在面對(duì)與物理相關(guān)的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索真實(shí)問題情境時(shí)認(rèn)識(shí)、分析和解決問題所必須具備的，同時(shí)也是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，2021年江蘇省新高考適應(yīng)性考試物理試卷第14題很好地體現(xiàn)了高考評(píng)價(jià)體系中“一核四層四翼”的考查要求。

1 原題呈現(xiàn)

(1) 粒子源在A點(diǎn)時(shí)，被磁場(chǎng)約束的粒子速度的最大值vmA;

(2) 粒子源在O時(shí)，被磁場(chǎng)約束的粒子每次經(jīng)過磁場(chǎng)時(shí)間的最大值tm;

(3) 粒子源在P點(diǎn)時(shí)，被磁場(chǎng)約束的粒子速度的最大值vmP。

圖1

2 試題賞析

2.1 必備知識(shí)

本題考查的是“帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”，它是高中物理教學(xué)的重難點(diǎn)，同時(shí)也是高考的高頻考點(diǎn)，掌握該知識(shí)點(diǎn)對(duì)于學(xué)生解決帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)起到舉足輕重的作用，所以在平時(shí)的教學(xué)中，要幫助學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，掌握解決問題的基本思路和方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣?，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

從高考評(píng)價(jià)的角度分析，本題主要考查學(xué)生的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力，考查了與帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)相關(guān)的基本概念、基本模型和基本方法。

圖2

圖3

(2) 知道帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的模型。例如對(duì)于環(huán)形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，知道粒子沿半徑方向進(jìn)入磁場(chǎng)，也一定沿半徑方向射出磁場(chǎng)。

本題中的第(2)小問中粒子源從O點(diǎn)發(fā)射帶電粒子，很容易畫出在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡(圖3)，根據(jù)幾何關(guān)系，有：∠ACD=2∠ACO，而△OAC是直角三角形，OA=R，∠OAC=90°，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)很容易得出結(jié)論：AC的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，∠ACO就越小，優(yōu)弧AMD所對(duì)應(yīng)的圓心角就越大，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)，所以當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)外邊界相切時(shí)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)。

(3) 能熟練掌握分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本方法：找圓心、畫軌跡、構(gòu)建三角形求半徑。

在上述3個(gè)步驟中，求解半徑是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)所在，通常的解法是根據(jù)所畫的軌跡，嘗試構(gòu)建直角三角形，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求解半徑。對(duì)于本題的第(3)小問，就是按照這樣的思路來求解的。

如圖4所示，從P點(diǎn)以垂直于OA方向射出的粒子，從F點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)外邊界相切時(shí)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑最大，所對(duì)應(yīng)的速度最大。

圖4

2.2 關(guān)鍵能力

考生除了需要具備上述必備知識(shí)外，還需要具有一定的分析問題、解決問題的能力，要能綜合運(yùn)用物理學(xué)的知識(shí)和方法，結(jié)合跨學(xué)科知識(shí)，解決與物理學(xué)相關(guān)問題的能力。

例如在求解第(3)小問時(shí)就要思考：為什么當(dāng)粒子的速度方向與OA垂直時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)外邊界相切時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑最大？

圖5

2.3 拓展提升

在試題的設(shè)問基礎(chǔ)上，我們可以將思路進(jìn)一步拓展，以提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

設(shè)問：如果粒子源的位置P點(diǎn)在OA上的任意一點(diǎn)，P點(diǎn)在哪個(gè)位置時(shí)被磁場(chǎng)約束的粒子速度最大？被磁場(chǎng)約束的粒子速度的最大值vm是多大？

圖6

3 結(jié)語

高考評(píng)價(jià)體系是一個(gè)以價(jià)值為引領(lǐng)的創(chuàng)新評(píng)價(jià)體系，在平時(shí)的教學(xué)中如何將“一核四層四翼”的要求融入到課堂教學(xué)中是廣大教師需要思考的問題。

在課堂教學(xué)中應(yīng)以基本概念、規(guī)律、方法為抓手，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)必備知識(shí)的掌握，關(guān)注學(xué)科的基本概念、規(guī)律、技能和思維方法，使學(xué)生在面對(duì)情境類問題時(shí)，能夠有效地提取信息，構(gòu)建模型，分析問題和解決問題，并在此基礎(chǔ)上能做到觸類旁通，舉一反三；在平時(shí)的教學(xué)活動(dòng)中，要有意識(shí)地對(duì)問題進(jìn)行改編，設(shè)置新穎的問題情境，甚至可以還原為原始問題，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想、小心求證，加強(qiáng)思維靈活性、多樣性的訓(xùn)練，真正提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。