突破定势思维回归一般方法

张金凤

摘 要：以“带电粒子在电场中的运动”教学设计为例，使最基本的物理思想“力和运动的关系”贯穿于整个教学的始终，培养学生解决物理问题的一般方法。

关键词：带电粒子；电场；力和运动

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）6-0076-3

1 设计思路

习题教学是物理课堂教学的一个重要组成部分，学生在完成习题的过程中复习基础知识和基本技能，进而达到提高物理学科素养的目标。“力和运动”“功和能”是高中物理课堂教学的两个重要内容，也是习题解决遵循的两条主线。如何从物理基本规律出发，引导学生掌握解决物理问题的基本方法，是本教学设计的出发点和核心。

2 “带电粒子在电场中的运动”教学设计

（一）教学目标：

（1）通过系列化问题的设计，开拓学生的思维，让学生在问题的解决过程中体验成功的快乐，激发学生对物理学习的兴趣。

（2）培养学生运用力和运动的关系来分析、处理带电粒子在电场中运动的一般方法。

（二）教学重点和难点

（1）培养学生利用已经学过的知识，围绕“力和运动的关系”这条主线，在新的情景中自主分析和解决问题。

（2）教学难点是调动学生自主地运用已掌握的知识来解决新的问题。

（三）教学过程

（1）课前环节——让学生思考以下问题：

①一个重力可以忽略的带电粒子以一定的初速度进入一个匀强电场，可以做匀变速直线运动吗？

②一个重力可以忽略的带电粒子以一定的初速度进入一个匀强电场，可以做类平抛运动吗？

③一个重力可以忽略的带电粒子以一定的初速度进入一个点电荷的电场，可以做圆周运动吗？

（2）内容设计——以4个问题为主线

展示情景：一个质量为m、带电量为+q的小球以水平初速度v0出射，如图1：

问题①：你能通过增加一个电场让这个带电小球做匀速直线运动吗？（学生思考，讨论并回答）

问题②：你能通过增加一个电场让这个带电小球做匀变速直线运动吗？

设计意图：两次提问方式如出一辙，意在引导学生感受到解决“力和运动”问题的一般解题程序是一样的。

学生解题后反思如下：因为在处理问题时，没有对物体认真进行受力分析，而是凭感觉或者说是一种定势思维而认为物块沿着斜面运动到了斜面底端，于是求解错误。

问题③：你能通过增加一个电场让这个带电小球做类平抛运动吗？（学生思考，讨论并回答）

设计意图：继续采用固定的提问方式，强化学生解决“力和运动”问题的一般解题程序。

【习题2】如图3所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场。电量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力。若粒子离开电场时动能为Ek′，则电场强度为多大？

学生题后反思：认真对研究对象进行受力分析和运动情况分析是正确解决带电粒子在电场中运动这类问题的基础。

问题④：你能通过增加一个电场让这个小球做匀速圆周运动吗？（学生思考，讨论并回答）

教师继续采用3个小问启发学生：小球做匀速圆周运动的条件是什么？小球现在受什么力？那么，应该加一个怎样的电场小球才会做匀速圆周运动？

这个电场怎么加对学生来说还是有难度的。教师可以提示学生先去分析游乐园中坐在陀螺旋转椅上人的受力，如图4所示。这个情景的引入，意在进一步引导学生理解力和运动的关系将决定物体的运动情况。

【习题3】如图5所示，一个半径R=1 m的光滑绝缘竖直圆弧轨道的1/4固定在一对平行金属板之间，两金属板间电压U=106 V，下极板与电源正极相连，有一质量m=l kg、带电量q=1.4×10-5 C带正电荷的物体（可视为质点），从A点的正上方距离A点H处由静止开始自由下落（不计空气阻力），BC段为长L=2 m，动摩擦因数μ=0.2的粗糙绝缘水平面，g取10 m/s2。求：

①若H=1 m，物体能沿轨道AB到达最低点B，求它到达B点时对轨道的压力大小。

②通过你的计算判断：是否存在某一H值，能使物体沿轨道AB经过最低点B后最终停在距离B点0.6 m处？

解析 应对物体认真进行运动分析和受力分析，物体在电场中运动时因为电场力和重力的合力方向竖直向上，所以B点是物理上的最高点，要过B点对速度的最小值有要求，即：

进而发现物体过最低点的速度要大于等于2 m/s，最近也是停在离B点右侧1 m之处，所以这样的高度H不存在。

（3）课堂小结：习题教学的出发点是帮助学生理解最基本的物理规律，习题课的教学效果通过学生解决一般问题的能力是否提高来检验。学生只有从“力和运动的关系”来思考不同情境下的物理问题，才能感悟出解决一般问题的普适方法，教学也才能实现其价值。

3 教学反思

这堂课的教学设计以4个由简到难、层层深入的开放性问题为整堂课的主线，主要体现了以下几点理念：

①以学生为课堂的主体，教师扮演引导者的角色——4个问题的提出，给学生充足的时间交流和讨论，打开学生的思路，让学生在问题的解决过程中体验成功的喜悦，增加对物理学习的兴趣；②以学生存在的问题来设计课堂练习——3个配套习题来源于学生已做习题中错误率非常高的题目的改编。通过实物投影仪展示学生存在的问题，通过对问题的错因分析让学生归纳总结经验教训，规范学生的解题习惯；③以培养学生解决一般问题的能力、提高物理素养为教学目标——配套的课堂习题意在引导学生从千变万化、丰富多彩的物理情景中找出物理最本源的东西，让学生明白最朴实的物理原理以提高他们的问题解决能力。

参考文献：

[1]蒋纬.带电粒子在电场中的运动分析[J].中学生数理化·高二版，2012（8）：39—40.

[2]姜连国，郭玉英.基于建模的学习进阶指导教学设计——以“带电粒子在电场中的运动”为例[J].中学物理教学参考，2015，41（10）：2—5.

（栏目编辑 邓 磊）