深度理解物理概念 思維可視以變應變

［摘 要］2023年高考全國甲卷物理試卷中的靜電場選擇題，通過對電荷在非勻強電場中運動軌跡的分析，考查了學生運動學、動力學和靜電力學等必備知識，以及物質觀念、運動與相互作用觀念、科學思維等核心素養。試題引導教師在教學中重視基本概念和基本規律的教學，重視學生的思維能力訓練。試題引導學生深度理解所學內容，從“解題”走向“解決問題”。

［關鍵詞］靜電場；選擇題；思維

［中圖分類號］" " G633.7" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）17-0038-03

一、試題呈現

（2023年高考全國甲卷第5題）如圖1所示，在一些電子顯示設備中，讓陰極發射的電子束通過適當的非勻強電場，可以使發散的電子束聚集。下列4幅圖中帶箭頭的實線表示電場線，如果用虛線表示電子可能的運動軌跡，其中正確的是（ ）。

二、試題解答

物體做曲線運動的特征是軌跡夾在速度方向與合力方向之間，根據這個特征，可在A、B、C、D四個圖中的軌跡線上任意選一點，作出電子在該點的受力方向（與電場線該點的切線方向相反）和速度方向（軌跡上該點的切線方向），看電子的運動軌跡是否夾在速度方向與合力方向之間，只要電子在某點的運動軌跡不是夾在速度方向與合力方向之間，就說明該圖所表示的不是電子可能的運動軌跡。在圖2中作圖發現，只有A選項中電子的運動軌跡始終夾在速度方向與合力方向之間，B、C、D三個選項出現了電子的運動軌跡不在速度方向與合力方向之間的情況，說明這3個圖像所表示的電子運動軌跡是不可能的，因此，只有A選項正確。

三、試題評析

（1）科學知識層面。試題考查了曲線運動軌跡上某點的速度方向、電場線上某點的電場力方向，以及物體做曲線運動的軌跡夾在速度方向與合力方向之間等內容，屬于靜電場中常見的“點、線、面、跡”的綜合性問題，基礎性和導向性都比較突出。

（2）核心素養層面。試題考查了物質觀念、運動與相互作用觀念等物理觀念，考查了分析、推理等科學思維。

（3）創設情境層面。試題通過帶電粒子在非勻強電場中運動的情境，考查了學生運動學、動力學和靜電力學等必備知識，以及解決真實情境問題的能力。試題引導學生從“解題”走向“解決問題”，同時引導教師重視對基本概念和基本規律的教學，加強基本概念和基本規律在真實情境中的應用訓練，提高學生解決真實情境問題的能力。

（4）應試能力層面。試題考查了學生綜合運用運動學、動力學和靜電力學等知識進行分析推理的能力及解決真實情境問題的能力。試題各選項中給出的是具有對稱性的非勻強電場，且電子以不同的運動軌跡經過電場的不同區域，這對學生的應試能力提出了更高的要求。學生要在較短時間內明確考查意圖、厘清解題思路、合理選點作圖、分析推理判斷和作出正確選擇，這是有一定難度的。

四、教學建議和備考策略

與靜電場有關的選擇題，是歷年高考物理的?？碱}型，無論是全國卷還是各省市卷，每年至少都有一道。表1是2023年10套高考物理試卷中與靜電場有關的選擇題的統計，表2是近5年各套高考物理試卷中與靜電場有關的選擇題的統計。通過對表1和表2分析發現，高考物理試題考查的幾乎都是電場強度、電場疊加、電勢（差）、電場力做功、電勢能變化、電荷運動軌跡分析等常規內容，只是每年考查的側重點不同，呈現的方式和情境不同。學生只要深刻理解和掌握靜電場的基本概念、規律和一些特征，就能對這一類題目。

（一）新授課教學建議——思維可視降難度

“靜電場”這一單元的內容有如下四個特點：一是物理概念較多；二是物理概念抽象，思維要求較高；三是概念之間似是而非，容易混淆；四是概念之間關聯密切。因此，在新授課教學中教師要注意下面四點：（1）深刻理解本單元內容，將本單元內容轉換為便于學生理解和接受的形式；（2）從大單元教學的角度將靜電場內容統籌布局和分步落實；（3）貫徹深度教學理念，讓學生深度參與課堂學習，深度理解基本概念及概念之間的內在邏輯關系；（4）通過實驗、信息技術等可視化手段，化抽象為具象，化無形為有形，降低學生的理解難度，幫助學生更好地理解所學內容。

（二）復習備考策略——思維可視建架構

1.了解學情有的放矢

從靜電場新課學習到高三一輪復習，學生有一年多的時間很少接觸電場的內容，所以在復習靜電場之前，教師首先要了解學生對本單元內容的掌握情況，只有真實了解學生對本單元內容的掌握情況，才能做到復習有的放矢；其次要設置基本的單元測評，通過分析自動閱卷系統生成的測評大數據所儲存的信息，了解學生對本單元內容的掌握情況；最后根據測評大數據反饋出來的問題，采取講授、小組合作學習、討論交流等方式幫助學生解決問題。

2.建構導圖厘清關系

教師要引導學生通過畫思維導圖等建構本單元的知識體系，讓學生對本單元內容有結構性的整體認知。如圖3所示的靜電場概念關系圖，是在筆者的指導下，學生合作建構和多次修改完善而得的。在建構概念關系圖的過程中，學生反復研讀課本，思考概念之間的關聯，研討概念之間的關系，從而加深對基本概念內涵的理解，厘清概念之間的內在聯系和邏輯關系。

[圖3 靜電場概念關系圖]lt;E：＼未做件＼中學教學參考·理科版202406＼W6-67.epsgt;[電場力][電場力做功][電勢能][電勢][電勢差][電場強度][E=F/q][WAB=Fd][WAB=EPA-EPB][φ=EP/q][UAB=φA-φB][U=Ed][WAB=Eqd][ΔEAB=qUAB][ΔEAB=Eqd][WAB=qUAB]

3.開放試題激活思維

靜電場主要涉及的是電場中“點、線、面、跡”等問題，教師可提供適當的習題給學生練習，讓學生掌握靜電場的基本規律和特點，從而解決靜電場問題。教師提供的習題在精不在多。可供學生練習的靜電場選擇題有很多，如果教師不認真進行比較和篩選，就會出現學生重復做題的現象，這無疑會加重學生的學習負擔。因此，教師選題和優化習題很重要。筆者的做法是：（1）篩選和整合涉及同類知識內容的選擇題，如把多個選擇題的選項整合到某一題中進行練習，這樣既不會遺漏要求學生練習鞏固的知識，又不會加重學生的學習負擔；（2）提供一些開放性習題，給學生更多思考和交流的機會，讓學生在思維碰撞中對問題有深度的理解。下面的例題原是一道選擇題，只有四個選項，為了訓練學生的思維，筆者保持題干不變，將題目改編為開放性習題，讓學生圍繞題干和示意圖提出有關問題。

［例題］如圖4所示，虛線a、b、c代表電場中的三個等勢面，相鄰等勢面之間的電勢差相等，即 [Uab=Ubc]，實線為一帶正電的點電荷僅在電場力作用下通過該區域時的運動軌跡，P、Q是這條軌跡上的兩點，根據圖像，你能提出哪些問題，并做出解答。

題目出示后，很快就有學生提出了自己的問題，其他學生也跟著提出了問題。筆者將學生提出的問題歸納為以下10個問題。

（1）如何確定電場線的方向？

（2）電荷運動過程中受到的電場力指向哪個方向？

（3）P和Q的哪一點電場強度較大？

（4）電荷在P和Q哪一點電勢高？

（5）從P到Q或從Q到P運動時，電場力是做正功還是做負功？

（6）電荷在P和Q哪一點電勢能較大？

（7）電荷在P和Q哪一點動能較大？

（8）電荷在P和Q哪一點受到的電場力較大？

（9）電荷在P和Q哪一點的加速度較大？

（10）如果將正電荷換為負電荷，電荷運動的軌跡如何？

這樣引導學生進行思維訓練，激發了學生的學習興趣，激活了學生的思維，加深了學生對所學知識的理解，同時也提高了復習效率。

總之，靜電場是教學的重點和難點，也是高考的熱門考點。歷年的高考全國卷和各省市卷中幾乎都有靜電場選擇題。因此，在新授課教學中，教師要通過講授、實驗、動畫可視化、小組合作等方式方法，讓學生深度理解靜電場的基本概念和規律。在復習備考中，教師要引導學生深刻理解靜電場基本概念的內涵及概念之間的內在聯系和邏輯關系，引導學生建構單元知識網絡，再通過思維型習題和開放性習題訓練，使學生更好地掌握靜電場內容。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 方紅德.“帶電粒子在電磁場中的運動”專題復習[J].中學物理教學參考，2020（3）：54-57.

[2]" 方紅德.賞析高考真題，啟示高考備考：以帶電粒子在電磁場中的運動為例[J].物理教學探討，2020（10）：37-42.

[3]" 顧巖.電場性質太凌亂 跳出題海需“多看”：以江蘇物理高考的電場選擇題為例[J].湖南中學物理，2020（5）：93-95，63.

（責任編輯 黃春香）