夯实基础 拓展能力 提升素养——2021年江苏省新高考适应性考试物理试卷第14题赏析

陈 俊

(江苏省南京市第九中学，江苏 南京 210018)

高考评价体系是指导高考改革的实践指南，也是高考命题的指导性文件和依据。高考评价体系中提出的“一核四层四翼”明确了新课程理念在高考中的要求，其中提及的必备知识和关键能力是学生在面对与物理相关的生活实践或学习探索真实问题情境时认识、分析和解决问题所必须具备的，同时也是提升学生核心素养的基础，2021年江苏省新高考适应性考试物理试卷第14题很好地体现了高考评价体系中“一核四层四翼”的考查要求。

1 原题呈现

(1) 粒子源在A点时，被磁场约束的粒子速度的最大值vmA;

(2) 粒子源在O时，被磁场约束的粒子每次经过磁场时间的最大值tm;

(3) 粒子源在P点时，被磁场约束的粒子速度的最大值vmP。

图1

2 试题赏析

2.1 必备知识

本题考查的是“带电粒子在有界匀强磁场中的运动”，它是高中物理教学的重难点，同时也是高考的高频考点，掌握该知识点对于学生解决带电粒子在匀强磁场中的运动起到举足轻重的作用，所以在平时的教学中，要帮助学生夯实基础，掌握解决问题的基本思路和方法，在此基础上进行适当的拓展，提升学生的核心素养。

从高考评价的角度分析，本题主要考查学生的必备知识和关键能力，考查了与带电粒子在有界磁场中运动相关的基本概念、基本模型和基本方法。

图2

图3

(2) 知道带电粒子在有界匀强磁场中运动的模型。例如对于环形有界匀强磁场，知道粒子沿半径方向进入磁场，也一定沿半径方向射出磁场。

本题中的第(2)小问中粒子源从O点发射带电粒子，很容易画出在磁场中运动时间最长的粒子运动轨迹(图3)，根据几何关系，有：∠ACD=2∠ACO，而△OAC是直角三角形，OA=R，∠OAC=90°，根据数学知识很容易得出结论：AC的长度越长，∠ACO就越小，优弧AMD所对应的圆心角就越大，粒子在磁场中运动的时间就越长，所以当粒子运动轨迹与磁场外边界相切时粒子在磁场中运动的时间最长。

(3) 能熟练掌握分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的基本方法：找圆心、画轨迹、构建三角形求半径。

在上述3个步骤中，求解半径是重点，也是难点所在，通常的解法是根据所画的轨迹，尝试构建直角三角形，根据三角函数关系求解半径。对于本题的第(3)小问，就是按照这样的思路来求解的。

如图4所示，从P点以垂直于OA方向射出的粒子，从F点进入磁场区域，当粒子运动轨迹与磁场外边界相切时粒子在磁场中运动的半径最大，所对应的速度最大。

图4

2.2 关键能力

考生除了需要具备上述必备知识外，还需要具有一定的分析问题、解决问题的能力，要能综合运用物理学的知识和方法，结合跨学科知识，解决与物理学相关问题的能力。

例如在求解第(3)小问时就要思考：为什么当粒子的速度方向与OA垂直时，粒子运动轨迹与磁场外边界相切时，粒子在磁场中运动的半径最大？

图5

2.3 拓展提升

在试题的设问基础上，我们可以将思路进一步拓展，以提升学生的知识应用能力和创新能力。

设问：如果粒子源的位置P点在OA上的任意一点，P点在哪个位置时被磁场约束的粒子速度最大？被磁场约束的粒子速度的最大值vm是多大？

图6

3 结语

高考评价体系是一个以价值为引领的创新评价体系，在平时的教学中如何将“一核四层四翼”的要求融入到课堂教学中是广大教师需要思考的问题。

在课堂教学中应以基本概念、规律、方法为抓手，强化学生对必备知识的掌握，关注学科的基本概念、规律、技能和思维方法，使学生在面对情境类问题时，能够有效地提取信息，构建模型，分析问题和解决问题，并在此基础上能做到触类旁通，举一反三；在平时的教学活动中，要有意识地对问题进行改编，设置新颖的问题情境，甚至可以还原为原始问题，鼓励学生大胆猜想、小心求证，加强思维灵活性、多样性的训练，真正提升学生的核心素养。