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

陳 俊

(江蘇省南京市第九中學，江蘇 南京 210018)

高考評價體系是指導高考改革的實踐指南，也是高考命題的指導性文件和依據。高考評價體系中提出的“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和關鍵能力是學生在面對與物理相關的生活實踐或學習探索真實問題情境時認識、分析和解決問題所必須具備的，同時也是提升學生核心素養(yǎng)的基礎，2021年江蘇省新高考適應性考試物理試卷第14題很好地體現了高考評價體系中“一核四層四翼”的考查要求。

1 原題呈現

(1) 粒子源在A點時，被磁場約束的粒子速度的最大值vmA;

(2) 粒子源在O時，被磁場約束的粒子每次經過磁場時間的最大值tm;

(3) 粒子源在P點時，被磁場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

本題考查的是“帶電粒子在有界勻強磁場中的運動”，它是高中物理教學的重難點，同時也是高考的高頻考點，掌握該知識點對于學生解決帶電粒子在勻強磁場中的運動起到舉足輕重的作用，所以在平時的教學中，要幫助學生夯實基礎，掌握解決問題的基本思路和方法，在此基礎上進行適當的拓展，提升學生的核心素養(yǎng)。

從高考評價的角度分析，本題主要考查學生的必備知識和關鍵能力，考查了與帶電粒子在有界磁場中運動相關的基本概念、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磁場中運動的模型。例如對于環(huán)形有界勻強磁場，知道粒子沿半徑方向進入磁場，也一定沿半徑方向射出磁場。

本題中的第(2)小問中粒子源從O點發(fā)射帶電粒子，很容易畫出在磁場中運動時間最長的粒子運動軌跡(圖3)，根據幾何關系，有：∠ACD=2∠ACO，而△OAC是直角三角形，OA=R，∠OAC=90°，根據數學知識很容易得出結論：AC的長度越長，∠ACO就越小，優(yōu)弧AMD所對應的圓心角就越大，粒子在磁場中運動的時間就越長，所以當粒子運動軌跡與磁場外邊界相切時粒子在磁場中運動的時間最長。

(3) 能熟練掌握分析帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動問題的基本方法：找圓心、畫軌跡、構建三角形求半徑。

在上述3個步驟中，求解半徑是重點，也是難點所在，通常的解法是根據所畫的軌跡，嘗試構建直角三角形，根據三角函數關系求解半徑。對于本題的第(3)小問，就是按照這樣的思路來求解的。

如圖4所示，從P點以垂直于OA方向射出的粒子，從F點進入磁場區(qū)域，當粒子運動軌跡與磁場外邊界相切時粒子在磁場中運動的半徑最大，所對應的速度最大。

圖4

2.2 關鍵能力

考生除了需要具備上述必備知識外，還需要具有一定的分析問題、解決問題的能力，要能綜合運用物理學的知識和方法，結合跨學科知識，解決與物理學相關問題的能力。

例如在求解第(3)小問時就要思考：為什么當粒子的速度方向與OA垂直時，粒子運動軌跡與磁場外邊界相切時，粒子在磁場中運動的半徑最大？

圖5

2.3 拓展提升

在試題的設問基礎上，我們可以將思路進一步拓展，以提升學生的知識應用能力和創(chuàng)新能力。

設問：如果粒子源的位置P點在OA上的任意一點，P點在哪個位置時被磁場約束的粒子速度最大？被磁場約束的粒子速度的最大值vm是多大？

圖6

3 結語

高考評價體系是一個以價值為引領的創(chuàng)新評價體系，在平時的教學中如何將“一核四層四翼”的要求融入到課堂教學中是廣大教師需要思考的問題。

在課堂教學中應以基本概念、規(guī)律、方法為抓手，強化學生對必備知識的掌握，關注學科的基本概念、規(guī)律、技能和思維方法，使學生在面對情境類問題時，能夠有效地提取信息，構建模型，分析問題和解決問題，并在此基礎上能做到觸類旁通，舉一反三；在平時的教學活動中，要有意識地對問題進行改編，設置新穎的問題情境，甚至可以還原為原始問題，鼓勵學生大膽猜想、小心求證，加強思維靈活性、多樣性的訓練，真正提升學生的核心素養(yǎng)。