电子模拟教具在电磁学复合场习题课中的应用

摘要：高中物理中最抽象的问题属电磁学的复合场问题，学生碰到此类问题时往往束手无策，失分严重，究其原因是难以直观得到所需的解题信息。本文目的在于通过交流学习中采用的电子模拟教具，研究如何更加形象具体地讲解电磁学中复合场的习题问题。

关键词：电磁学；模拟教具；直观

一、 引言

教具作为物理课堂的有机组成部分，通常被认为是课堂的第二助手，是课堂中系统教学的有效补充。通过其直观、形象、鲜明的特点，能让学生更好地理解和掌握知识。合理利用这些形象的工具，对培养学生的观察能力、形象思维能力、分析表达能力都是大有好处的。

形象思维占据了高中生思维方式的主体部分，高中学生对抽象的电磁学知识会出现很大的学习障碍，如果空洞、单调地重复教学，学生从内心很难真正接受，也会慢慢地对物理产生恐惧，失去兴趣。如何在教学中降低认知维度，建立起统一的知识体系，让学生轻松学会知识是我们一直思考的问题。

针对人教版普通高中物理电磁学的复合场问题，学生在解题中存在较大的困难，笔者结合自己的教学实践，谈谈如何运用电子模拟教具解决抽象的问题。

二、 电子模拟教具在复合场习题课中的运用

本次课堂中制作模拟教具的工具是仿真物理实验室，利用仿真物理实验室强大的功能，真实模拟各个习题的带电粒子的真实场景，同时形象直观得出带电粒子的运动情况。本工具的优点在于囊括各种典型的物理模型，包括力学于电磁学，使用非常方便，而且也能够灵活运用，发挥教师的创造力可以制造出丰富的情景模拟。不足之处则是本身的演示性能不大，需要二次输出做成视频才能展示。

在电磁学部分，仿真物理实验室能够真实模拟带电粒子的运动情况，同时显示带电粒子的运动轨迹，通过播放模拟的实验情景就能够让学生直观观察问题中的粒子的运动情况，这样学生最大的难题也能从中解决。具体的制作与运用过程以本课的其中一道例题作示范进行介绍。

【例】如图甲，空间存在一范围足够大的垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。让质量为m，电量为q（q>0）的粒子从坐标原点O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到该磁场中。不计重力和粒子间的影响。

如图乙，若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速v0沿y轴正向发射。研究表明：粒子在xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关。求该粒子运动过程中的最大速度值vm。

题目分析：该题目综合性比较强，不仅单独考察了带电粒子在磁场中的运动，还考察了电磁场的复合场下的运动，运动的过程较为复杂，学生很难凭靠自己的想象得出具体的运动状况，具有思维上抽象困难。此时，利用电子模拟教具能够解决此类问题。

粒子在运动过程中仅电场力做功，因而在轨道的最高点处速率最大，用ym表示其y坐标，由动能定理有：qEym=12mv2m-12mv20由题知：vm=kym

若E=0时，粒子以初速度v0沿y轴正向入射，有：qv0B=mv20R0

在最高处有：v0=kR0联立解得：vm=EB+EB2+v20

这是非常抽象的一个问题，单从题目的图中，很难知道哪个点的速度最大，所以在这问中，用模拟教具去模拟粒子的运动，就可以清楚发现速度最大的地方在哪。

电子教具完全展示粒子运动的过程，包括粒子准确的运动状态，所以解题时学生能直接从教具中就可以发现，粒子在最高点的时候速度是最大的，再利用这一个条件，学生一旦突破了这一个难点，后面的解体过程就得到解决了。从已知的条件分析，让学生分析讨论，为什么在最高点的时候粒子速度最大，通过讨论让学生得出原因：此时带电粒子的电场力做的正功最多，沿电场线方向运动的距离最大，所以速度最大。

对于这一题的解答，让学生仅凭借想象来解题是十分困难的，但是课堂中利用了电子模拟教具真实模拟以后，学生能够更清晰地明白自己的解题目的，同时解题的效率也提高不少。

物理教学中，有好多概念和规律的得出是相当复杂而抽象的。当碰到电磁场这一类抽象概念的问题时，物理教师不应该只想如何把电磁场这一类问题直接讲授给学生，而是要通过低成本、高见度、高成功率的创新型教具来突破教学的难点，并通过模拟情景，模拟粒子的运动状态，让学生亲历带电粒子在复合场中的运动的真实场景，使知识化抽象为形象，由复杂变简单，并让学生在探究过程中更牢固地掌握和理解电磁学中抽象的概念。当然这样的教学理念应该由“传授式教学”向“探究试教学”转变，从而使学生真正做到在真实场景中学习，在学习中懂得运用知识，真正做到以人为本，以生为本。

参考文献：

[1]曾晗.应用类比策略突破“静电场”教学难点[J].物理教师，2017，38（4）：20-22.

[2]赵惠松.基于研究性學习的高中物理教学设计[J].物理教师，2017，38（5）：28-30.

作者简介：

张健，广东省东莞市，广东省东莞市麻涌中学。