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问题引领在高三物理压轴题教学中的应用

作者:第一论文网 更新时间:2015年10月30日 10:03:34

1 原题

如图1所示,粒子源靠近水平极板M 、N 的M板,N 板下方有一对长为L,间距为d=1.5L的竖直极板P 、Q,再下方区域存在着垂直于纸面的匀强磁场,磁场上边界的部分放有感光胶片.水平极板M 、N 中间开有小孔,两小孔的连线为竖直极板P 、Q 的中线,与磁场上边界的交点为O.水平极板M 、N 之间的电压为U0;竖直极板P 、Q 之间的电压UPQ 随时间t 变化的图像如图2所示;磁场的磁感强度.粒子源连续释放初速不计、质量为m 、带电量为+q 的粒子,这些粒子经加速电场获得速度进入竖直极板P 、Q 之间的电场后再进入磁场区域,都会打到感光胶片上.已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期,粒子重力不计.求:

(1)带电粒子进入偏转电场时的动能Ek ;

(2)磁场上、下边界区域的最小宽度x;(3)带电粒子打到磁场上边界感光胶片的落点范围.

2 教学过程

教师:水平极板M 、N 的作用是什么? M 、N之间的电压为U0这个信息怎么利用?

学生:水平极板M 、N 间形成一匀强电场,粒子源释放初速不计、质量为m 、带电量为+q 的粒子在M 、N 间做匀加速直线运动,由动能定理得:

教师:电压UPQ 随时间t 变化的图像如图乙所示,垂直初速度方向做匀加速速直线运动,对吗?有没有反对意见?

学生迷惑,积极思考,小组交流,审视结论.

教师:题干中“已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期,粒子重力不计”这句话有什么用? 怎么理解“远小于”这三个字?

学生:再次审题,思考“远小于”的理解.

教师:“远小于”能否理解为电场变化的周期很长,粒子在偏转电场中运动的时间很短,粒子在偏转电场中运动的过程中电场几乎不变化.

学生:这样的话,t=0时刻进入偏转电场的粒子不受电场力作用,沿直线运动到O 点,,t=T/2时

教师:本题是三圆共存背景下的习题设计,命题思路清晰,命题技巧高超,命题视觉独特,命题难度合理,是个不可多得的好题.

3 教学反思

带电粒子在磁场中的偏转是高中物理的一个重点,“动态圆”、“缩放圆”、“平移圆”又是个难点,通过本题的问题引导,加强学生对物理问题的认识的思维提升,通过层层递进的问题设计,环环相扣,紧紧抓住变量与变量的关系构建情景,在变中找不变.

(1)偏转电压UPQ 是个变量,但粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期,故粒子在偏转电场中偏转运动时,UPQ 紧紧发生微小的变化,可以认为UPQ 是个常量,这里实际上是利用微元的思想解决问题,当然也有近似处理的思想.不同时刻进入偏转电场的粒子做类平抛运动的加速度也不同(a=qUPQ/md ),因为UPQ 是个常量,但也是个变量.

(2)不同时刻进入偏转电场的粒子在进入匀强磁场时的速度的大小和方向均不同,但磁偏转过程中圆周运动的弦长Δs 与R 的关系为Δs=2Rcosα=2mv/qB cosα=2mv0/qB =2L,弦长却为定值,体现了变中不变的物理规律.