高中物理论文：以“静电场”为例探讨章末提升课的教学创新

归纳提升 有效巩固 以“静电场”为例探讨章末提升课的教学创新陈 国 文 摘要：本文以“静电场”章末提升课为例，探讨通过试题探究、命题视角、知识巩固三个环节的教学创新，促进学生对本章的物理模型、方法进行自主归纳，把握以解决实际问题为主线的命题视角，完善以新课程“知识链”为载体的知识巩固，从而实现快速、有效地利用物理知识，提升解决物理问题的能力。章末提升课是专题复习课的一种特殊课型，旨在通过章节复习之后，以教师精选试题为“模型” ，启发学生对本章相类似的物理模型、方法进行自主归纳，寻找简明扼要地揭示物理问题、简单明了应用物理规律解决问题的一般方法，使解决物理问题的思路更清晰。通过命题视角的引导，让学生对本章提升的目标有明确的认识。通过完善新课程的“知识链”，使学生对知识及知识构建过程中的方法有深入的理解，实现知识巩固更加有效。 一、精选章节“模型”试题，激发自主归纳试题的探究与归纳应遵循“选好题、选少题、讲好题”的原则来进行。选题要蕴含本章重要的物理模型与方法，有利于引导学生对本章习题进行模型方法的归纳，能激发学生思维的互动。题量以少而精为主，在课前让学生认真完成，并要求学生收集相关模型方法的试题，以便在上课时交流展示。上课学生交流展示时教师应认真倾听学生对题目的分析，以思路点拨为主，并对学生归纳的模型方法加以评价与补充。【例 1】 如图所示，在 O 点放置一个正电荷在过 O 点的竖直平面内的 A 点，自由释放一个带正电的小球，小球的质量为 m、电荷量为 q.小球落下的轨迹如图中虚线所示，它与以 O 为圆心、R 为半径的圆 (图中实线表示)相交于 B、C 两点，O、C 在同一水平线上，BOC30，A 距离 OC 的竖直高度为 h.若小球通过 B 点的速度为 v，试求：(1)小球通过 C 点的速度大小(2)小球由 A 到 C 的过程中电场力做的功1、思路点拨：(1)因 B、C 两点电势相等，小球由 B 到 C 只有重力做功，由动能定理得：mgRsin 30 mv mv212 2C 12得：v C .gR(2)由 A 到 C 应用动能定理得： WACmgh mv 012 2C得：W AC mv mgh mv2 mgRmgh.12 2C 12 122、方法归纳：本题以带粒子在点电荷电场中的运动为背景，通过对等势面的理解及电场力做功的分析，用动能定理解决带电粒子在点电荷电场中的运动问题。在课堂教学中，学生展示自己归纳出的试题：如图所示光滑绝缘的细杆竖直放置,它与以正电荷 Q 所在位置为圆心的某圆交于B、C 两点,质量为 m、带电 荷量为-q 的有孔小球穿在杆上从 A 点无初速滑下,已知qQ,AB =h,已知小球通过 B 点时的速度求小球过 C 点时的速度。 B分C WBC分0 分分分分分分分 分分 DB O CA如图所示直角三角形的斜边倾角为 30，底边 BC长为 2L，处在水平位置，斜边 AC 是光滑绝缘的，在底边中点处放置一正电荷 Q，一个质量为 m，电量为 q 的带负电的质点从斜面顶端 A 沿斜边滑下，滑到斜边上的垂足 D 时速度为 v。求该质点滑到斜边底端 C 点时速率 vc 为多少。 【例 2】如图所示的装置是在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道,处于水平向右的匀强电场中,一带负电荷的小球从高 h 的 A 处由静止开始下滑 ,沿轨道 ABC 运动后进入圆环内做圆周运动 .已知小球所受的电场力是其重力的 3/4,圆环半径为 R,斜面倾角为 ,xBC=2R.若使小球在圆环内能做完整的圆周运动,h 至少为多少?1、思路点拨： 小球所受的重力和电场力都为恒力,故两力等效为一个力 F,如右图所示.可知 F=1.25mg,方向左偏下 37,从图中可知 ,做完整的圆周运动的临界点是能否通过 D 点,若恰好能通过 D 点,即达到 D 点时球与环的弹力恰好为零.解析 由圆周运动知识得：由动能定理有又 F=1.25mg联立可求出此时的高度2、方法归纳：本题以带电粒子在复合场中的运动为背景，考虑带电粒子在匀强电场中所受电场力和重力都是恒力, 可以用等效“重力”法为解决，将重力与电场力进行合成,F合 等效于“重力”,a= F 合 /m 等效于“重力加速度”,F 合 的方向等效于 “重力”的方向,即类似于在重力场中的竖直方向。学生在课堂上学生展示了如图 3 的电场中的“环球模型”及电场的“线球模型”以及带电粒子在“等效重力”场中的类似于竖直上抛运动及类平抛运动的各种运动模型。通过自主的学习，建立物理量等效模型对物理问题进行分析和解答有了更深刻的理解。图 3 图 4【例 3】如图所示,两平行金属板 A、B 板长 L=8 cm,两板间距离 d=8 cm,A 板比 B 板电势高 300 V,一带正电的粒子带电量 q=10-10 C,质量 m=10-20 kg,沿电场中心线 OR 垂直电场线飞入电场,初速度 v0=2106 m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面 MN、PS 间的无电场区域后,进入固定在 O 点的点电荷 Q 形成的电场区域( 设界面 PS 右边点电荷的电场分布不受界面影响),已知两界面 MN、PS 相距为 12 cm,O 点在中心线上距离界面 PS 9 cm 处,粒子穿过界面 PS 最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏 bc 上.(粒子重力不计，静电力常数k=9109 Nm2/C2)(1)求粒子穿过界面 MN 时偏离中心线OR 的距离多远?(2)试在图上粗略画出粒子运动的轨迹.(3)确定点电荷 Q 的电性并求其电量Rvm221)37sincot(43)7cos( DmvhgRhmg 685的大小.1、思路点拨 ：将多过程的复杂运动过程分解成各个过程进行分析，并找出各个过程所遵循的规律。带电粒子类平抛运动 匀速直线运动 匀速圆周运动这几个过程，使复杂的过程变迁容易解决。(1)设粒子从电场中飞出的侧向位移为 y,穿过界面 PS 的 a 点时偏离中心线 OR 的距离为 Y,则侧向位移(2)第一段是抛物线,第二段必须是直线,第三段是圆弧,轨迹如下图所示. 带负电带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动 y/Y=4/(4+12) Y=4y=12cm 此时带电粒子的速度大小： v x=v0=2 106m/s vy=at=qut/md=1.5 106m/s，v=2.5 106m/s速度方向: 垂直于 Oa粒子穿过界面 PS 最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏上及带电粒子穿过界面 PS 后垂直于 Oa，由此可以判断该粒子穿过界面 PS 后将绕点电荷 Q 作匀速圆周运动。根据：KQq/r2=mv2/r 求得：Q=1.04 10-8C2、方法归纳：本题是以电场中所涉及的力电问题为情景研究带电粒子在电场中平衡、加速或偏转、匀速圆周运动等，在处理这类问题时,要善于联系力学中的平抛模型、圆周运动模型, 从受力分析、运动分解的角度去分析，将力学中处理问题的方法迁移到电场中去。学生在课堂中展示了 2011 年湖北省理综卷的第 25 题等，对带电粒子在电场中运动的多过程问题进行归纳整理，并对过程的“结点”进行分析，提升对力电综合题的解题能力。二、把握命题视角热点，解决实际问题静电场的命题视角为：与电学知识相联系，与生活实际相结合，应用静电场基本知识分析、解决实际问题。考察学生分析综合能力将是高考物理命题的主要趋势。本章的命题热点主要集中在以下几点：（1）对描述电场的基本概念、基本规律的理解和应用。 （2）利用牛顿第二定律或功能关系解决带电粒子在电场中的运动问题。 （3）电场知识在生活实际、现代科技中的应用，试题以生活实际和现代科技为情景，考查带电粒子在电场中平衡、加速或偏转等问题，但命题者往往拟定不同的题设条件，多角度提出问题，多层次考查知识和能力。 三、完善新课程“知识链” ，落实知识巩固新课程“知识链”是知识启发、主体学习、利用知识的重要方式，利用“知识链”双向循环特性实现交互学习循环提升。知识巩固常用列提纲、画图表的方法来呈现，这些方法虽然有效，但往往掩盖了知识构建中的过程方法，学生虽能通过提纲和图表来记住知识，但对其理解并不深入，应用起来不能了解其实质。所以，巩固的方式更应倡导完善静电场中的“知识链” ，体现新课程更重视“过程、目标”落实的理念。1022 226013.08()() m.3c.1qULyatmdva a 电电 场场 力力电场强电场强 度度电电 势势 差差电电 势势电电 势势 能能电场电场 力的功力的功试试 探探 电电 荷在荷在 电场电场 中某点中某点的的 电势电势 能与能与 电电 荷量的比荷量的比值值 跟跟 试试 探探 电电 荷无关荷无关电场电场 力做功与力做功与路径无关路径无关电场电场 中两点中两点 电势电势 之之差叫差叫 电势电势 差差试试 探探 电电 荷在荷在 场场 中中某点受的某点受的 电场电场 力力与与 电电 荷量荷量 的比的比 值值跟跟 试试 探探 电电 荷无荷无关关E数数 值值 等于沿等于沿场强场强 方向方向 单单 位位距离的距离的 电势电势 差差EF/qWABE pA EpB E p /qUAB A BUEd和重力与重力和重力与重力势势 能能 类类 比比 上述“知识链”模型 i中，把重要的物理概念、规律看成每一个节点，把每个节点所学的内容联系成一条循环的链。如本章中从电场力电场强度是第一环节，从电场力 电场力做功电势能电势电势差是第二环节，以电势差与电场强度的关系