有關(guān)帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)
帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是一類運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,這一類運(yùn)動(dòng)由于研究對(duì)象的特殊(帶電粒子,不計(jì)重力)和運(yùn)動(dòng)環(huán)境的特殊(有界勻強(qiáng)磁場(chǎng))及處理方法的特殊而在所有運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中獨(dú)樹(shù)一幟,又由于此類題目對(duì)學(xué)生的綜合能力要求較高而倍受高考命題者青睞,在高考理綜卷壓軸題中均有出現(xiàn)。那么在復(fù)習(xí)課教學(xué)中如何突破這一專題呢,結(jié)合自己多年的教學(xué)實(shí)踐,筆者認(rèn)為應(yīng)把握以下幾點(diǎn);
1. 注重基礎(chǔ),循序漸進(jìn)
首先應(yīng)讓學(xué)生明白四個(gè)基點(diǎn);一是研究對(duì)象;二是運(yùn)動(dòng)環(huán)境,即認(rèn)識(shí)什么是有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)及常見(jiàn)的類型(單一邊界、條形邊界、矩型邊界、圓型邊界);三是運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(勻速圓周運(yùn)動(dòng))及軌跡(圓周的一部分或幾個(gè)圓周的組合);四是處理方法,即找圓心→描軌跡→求半徑→解有關(guān)的量和運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
學(xué)生對(duì)這類題目所產(chǎn)生畏難情緒的主要原因有兩點(diǎn):一是做圖能力差,做不出準(zhǔn)確的軌跡圖;二是教學(xué)節(jié)奏太快,臺(tái)階太高,學(xué)生跟不上。針對(duì)這種情況,通過(guò)教學(xué)實(shí)踐,筆者認(rèn)為該專題至少要安排四課時(shí)。
第一課時(shí)講明四個(gè)基點(diǎn),講解兩道例題,練習(xí)兩道題目,重點(diǎn)讓學(xué)生體會(huì)此類運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),掌握處理方法。具體過(guò)程如下:
復(fù)習(xí)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和規(guī)律。先要求學(xué)生做下圖(沒(méi)有ab直線):
然后畫(huà)出ab直線。
問(wèn):若直線ab的右側(cè)有磁場(chǎng),左側(cè)沒(méi)有磁場(chǎng),則帶電粒子的軌跡,運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何?引出有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的概念,明確帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的性質(zhì):勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
規(guī)律:洛倫茲力提供向心力;運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧;半徑 R=。
這樣引入有界磁場(chǎng)的概念和帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,學(xué)生感到并不陌生。
鼓勵(lì)學(xué)生就此種運(yùn)動(dòng)提出求解的一些問(wèn)題。
第二課時(shí)是在學(xué)生練習(xí)六道題目的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)一些規(guī)律。如
規(guī)律1 如從同一邊界射入的粒子,又從同一邊界射出時(shí),速度與邊界的夾角相等。
規(guī)律2 如偏轉(zhuǎn)角為180°的軌跡是半圓弧,偏轉(zhuǎn)角為90°的軌跡是四分之一圓弧,偏轉(zhuǎn)角為270°的軌跡是四分之三圓弧。
規(guī)律3 在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出。
第三課時(shí)是在講解四道涉及極值和復(fù)雜問(wèn)題的例題基礎(chǔ)上,進(jìn)行規(guī)律小結(jié),再?gòu)?qiáng)化練習(xí)兩道題目,重在掌握兩類臨界或極值問(wèn)題。(此處由教師和學(xué)生一起完成)
第四課時(shí)是處理并總結(jié)學(xué)生搜集的典型題目。(此處由教師和學(xué)生一起完成)
2. 充分挖掘和利用解題模型
高中物理知識(shí)的理解和掌握離不開(kāi)模型這個(gè)載體。這一部分知識(shí)在教學(xué)中對(duì)模型的挖掘和利用分以下環(huán)節(jié):一是對(duì)基本模型的收集,這一點(diǎn)在前三課時(shí)的例題和練習(xí)題的選取上應(yīng)得到體現(xiàn)。二是對(duì)基本模型中基礎(chǔ)問(wèn)題的求解,體現(xiàn)在第二課時(shí)中對(duì)單一邊界和圓形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)有關(guān)問(wèn)題的解決。三是對(duì)基礎(chǔ)模型的變形應(yīng)用,以最常見(jiàn)的單一邊界的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)為例,首先是明白帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,如進(jìn)出場(chǎng)時(shí)速度與邊界的夾角特點(diǎn)、特殊的軌跡如半圓等特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,讓學(xué)生收集和變通出不少典型題目,既讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,又讓學(xué)生靈活掌握了知識(shí),又為以后例題和練習(xí)題的變式做好積累,可謂一舉多得。
3. 突破“四個(gè)一”
哪“四個(gè)一”呢?分別是一個(gè)前提,即畫(huà)出軌跡圖。一個(gè)核心,即方法思路。一個(gè)橋梁,即軌跡半徑的求解。半徑的求解有兩個(gè)思路,一是通過(guò)幾何關(guān)系求解(找出半徑與已知有關(guān)物理量的定量關(guān)系),二是通過(guò)半徑公式即R=求解。一個(gè)作用,即有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)。在畫(huà)軌跡圖時(shí),關(guān)鍵是圓心的確定,提倡一個(gè)方法,先假設(shè)有界場(chǎng)為無(wú)界場(chǎng),畫(huà)出一個(gè)完整的圓,再將有界場(chǎng)的邊界加入,大家不防試一試。方法的理解應(yīng)用滲透教學(xué)的始終,讓學(xué)生在不斷的練習(xí)中深刻體會(huì)磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的唯一作用就是偏轉(zhuǎn)。
4. 注重各種規(guī)律的總結(jié)和應(yīng)用
對(duì)一些基本規(guī)律如圓心的確定、偏轉(zhuǎn)角和圓心角及弦切角的關(guān)系、圓形有界場(chǎng)中若帶電粒子進(jìn)入時(shí)速度方向過(guò)磁場(chǎng)圓心則出去時(shí)速度必過(guò)圓心等要讓學(xué)生熟練掌握和應(yīng)用。對(duì)一些較抽象的規(guī)律如極值問(wèn)題中兩類情形:一為帶電粒子進(jìn)有界磁場(chǎng)時(shí)速度方向不變而數(shù)值變化引起半徑變化從而產(chǎn)生的極值; 二為帶電粒子進(jìn)有界磁場(chǎng)時(shí)速度數(shù)值不變而方向變化從而產(chǎn)生的極值。這些規(guī)律應(yīng)在學(xué)生進(jìn)行一定量練習(xí)題目基礎(chǔ)上進(jìn)行引導(dǎo)得出,并通過(guò)相應(yīng)練習(xí)題進(jìn)行體會(huì),不能一蹴而就,急于求成。
總之,學(xué)無(wú)止境,教無(wú)定法,教學(xué)相長(zhǎng),在教學(xué)實(shí)踐中不斷進(jìn)行探索,會(huì)有更好的教法和學(xué)法,會(huì)有更多的體會(huì)。