一箭三雕 令人叹服——2016年高考北京理综第23题赏析

张志峰 金 逊

(1. 安徽省阜阳二中,安徽 阜阳 236000;

一箭三雕 令人叹服
——2016年高考北京理综第23题赏析

张志峰1金 逊2

(1. 安徽省阜阳二中,安徽 阜阳 236000;

2. 安徽省临泉一中,安徽 临泉 236400)

2016年高考北京理综第23题独具匠心,通过设置原始问题,考查学生科学探究的能力.本文从三个方面进行剖析:一是对基础知识考查之得体和恰当，二是对物理思想的考查之绝妙，三是考查考生自主学习能力的设计之深邃.

基础知识;思想方法;主要因素;类比

2016年高考北京理综第23题,以考生熟悉的示波管为素材,以电子在示波管中的运动为切入点,综合考查了考生对电子在电场中的运动以及对电场和重力场的深入理解.其中,第(1)问通过考查基础知识及其应用来鉴别考生应用物理知识解决实际问题的能力;第(2)问利用实际数据,渗透“抓住主要矛盾,忽略次要因素”的思想;第(3)问运用类比思维,通过“电势”和“重力势”比较,鉴别考生是否具有构建概念的意识和能力.正所谓“一箭三雕”,令笔者叹服不已.

1 试题与解析

如图1所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出.已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0,偏转电场可看做匀强电场,极板间电压为U,极板长为L,板间距为d.

图1

(1) 忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy;

(2) 分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法.在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因.已知U=2.0×102V,d=4.0×10-2m,m=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C,g=10m/s2.

(3) 极板间既有静电场也有重力场.电势反映了静电场各点能的性质,请写出电势φ的定义式和“重力势”的共同特点.

2 第一“雕”:综合考查物理基础知识

由以上求解过程可知,该题综合考查了高中物理的重点知识,包含运动学、牛顿第二定律、带电粒子在电场中的加速、偏转和类平抛等.它主要分成两部分:带电粒子在电场中的加速和偏转，两者先后发生,组合在一起就是“加速偏转一体化”,这也是示波管的原理.

在教学中,笔者通常通过两步推导得出“加速偏转一体化”的偏移量和速度偏转角的表达式,方便学生解题，过程如下:

由上述讨论可得“加速偏转一体化”的结论:同种电性的不同带点粒子,经相同的电场从静止加速,进入相同的偏转电场,射出时的偏移量和速度偏转角均相同,即它们的运动轨迹完全重叠.

3 第二“雕”:体现了“抓住主要因素,忽略次要矛盾”的物理研究思想

学生在学习电学时心中常有一个疑问:为什么在有些问题中粒子的重力可以忽略不计?在有些问题中粒子的重力又不能忽略?在平时的教学中,老师可能会告诉学生,微观粒子(如:电子、质子、α粒子、离子等)如无特殊说明或暗示外,一般不需要考虑其重力,因为相比电场力等而言其重力很小;而像带电颗粒、带电小球、带电液滴、带电尘埃等,如无特殊说明或暗示外,一般要考虑其重力.究其原因,就是比较带电粒子所受的电场力是远大于重力，还是相差不多.对于微观粒子,因为其质量很小,其重力远小于电场力.如电子质量me=9.1×10-31kg,质子质量mH=1.7×10-27kg,α粒子的mHe=6.6×10-27kg,一般离子的质量也不过是这些粒子的几倍或者几十倍而已,所以,它们的重力数量级都远小于常见电场力或洛伦兹力的数量级,所以研究这些粒子在电磁场中的运动时，可以不考虑其重力的影响.

其次,这一问体现了物理学中一个很重要的思想——“抓住主要因素,忽略次要矛盾”.科学都是对实际问题的一种理想化的处理,在处理过程中不可能也没必要把所有因素统统考虑进去,我们只需要以几个主要因素为自变量,研究出它们对因变量的影响即可,而次要因素则可忽略不计.比如我们研究抛体运动时忽略了空气阻力、温度、湿度等次要因素的影响;研究物体的运动时忽略了物体的形状和大小的影响,从而把物体看成质点或点电荷;研究轻绳、轻弹簧和轻杆时忽略它们的重力等等,这些在高中物理中都有体现.

4 第三“雕”:应用类比思想建立概念

我们教材在讲解电势能时类比过重力势能,讲解利用F-x图像“面积”求功时，类比过利用v-t图像“面积”表示位移,讲解带电粒子垂直进入匀强电场时，类比过平抛运动从而得出类平抛运动的概念.而本题要求考生用类比的思想,自己建立一个我们教材中未涉及的概念——重力势.能很好地考查学生的学科核心素养,高中生应能利用所学物理知识，结合题目提供的信息处理新问题,这正是该题的新颖之处.

5 总结

该题在考生所熟悉的情境上进行创新,结合实际问题进行设问,构思新颖.考查主干知识时不生硬,考查迁移应用时不陡升,考查学科核心素养时不偏激,充分体现出命题人对教材知识的把握之娴熟,命题技巧之高超.

金逊.2010年安徽中考物理压轴题的研究[J].物理教师,2010,31(11):55.