高中物理教学论文物理学史与习题教学

用心爱心专心1物理学史与习题教学[问题来由]物理学的科学史中有无数的优秀科学家的事例，他们激励了一代又一代的学习者，他们的事迹给与学习者在人格品质方面的发展做出了榜样。高中物理内容带电粒子在匀强磁场中的运动问题是物理学习及物理高考中的重要内容。一直以来，问题的提出总是以物理概念化的知识出发，习题中难于激发学生学习兴趣及提高学生的积极性。在习题教学中，通过结合物理学史的方式来提供习题的背景有利于联系实际，突出物理学的实效性。[问题]居里夫人是世界最伟大的科学家之一，在放射性的研究方面取得了卓越的成就。居里夫妇在湿冷的环境中通过处理了数十吨沥青矿残渣，历时４年才提取到0．1g氯化镭。居里夫人后来获得了1903年诺贝尔物理学奖和1911年的化学奖。为纪念自己的祖国波兰，她命名所发现的放射性元素之一为钋（原子核符号为21084Po），钋在放射时放出某种粒子X后，形成新的原子核20682Pb。如果该放射源放在一个正方形ABCD的带有小孔O的容器内，容器的边长为L，如图所示。粒子以不同的速度从AB边的中点O处的小孔竖直向上射出，进入一个磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域足够大，容器内无磁场。若有一粒子的速度大小为v0的恰好打在A点。求：1、试写出该核反应方程，并判断是何种衰变。2、则这种粒子的电量与质量之比（即比荷）是多少？3、如果有一粒子恰好打在D点则该粒子的速度多大？4、试说明出O孔的粒子能否直接打到DC的中点。5、如果粒子碰撞到ABCD各边上时不损失机械能，且粒子所带电量不变，按图示的轨迹运动，则从小孔中射出的粒子速度多少时恰好能够回到O孔？回到O孔的时间是多少？[解析]1、根据核反应方程书写规则：21084Po20682Pb+42He2、带电粒子垂直AB边射出进入匀强磁场如图中Ⅰ所示，粒子受洛仑兹力提供向心力,做匀速圆周运动。由：Bqv=mRv2R=4L则mq=BLv043、粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子到达D点，轨迹如图所示，圆心在AB的连线上。OD连线是圆的弦，做OD的垂直平分线与AB连线的交点即为圆心M，与OD交点记为N。轨迹如图中Ⅱ所示。利用几何关系：OD=L25ABCD××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××OAB×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××oMⅠⅡ放射源放射源用心爱心专心2ONOM=OAODOM=45L=R根据洛仑兹力提供向心力则R=Bqmvυ=mBRq=5υ04、由于粒子做匀速圆周运动，出O点做圆周运动圆心只能在AB连线的左侧。假设粒子能够直接到达CD的中点O´，则OO´的连线是圆的弦，而其圆心位于弦的垂直平分线上，显然不在AB的连线上。即粒子不可能到达CD的中点。5、粒子若想回到O孔，则粒子有最大速度的轨迹如下图所示。就是粒子做半径为2L的圆周运动。由R=Bqmv，则υ=mBqR=2υ0因粒子在磁场中运动的周期有：T=2πvR=π02vL最小时间：t=4×43T=3T=023vLπ[发散分析]本题第5问如果去按图所示轨迹运动的条件，求解结果又会怎样呢？要注意这时会出现周期性的问题，需要数学归纳法的应用。[使用记录]未使用，首次发表[教育价值]问题是通过联系物理科学史实而引出的，给学生提供了较自由轻松的认知氛围。新课程要求教学在三维目标上都有所体现，尤其是情感、态度和价值观的培养要加强。对于习题课的教学，通常重视其推理性及思维能力的较多，学生易产生学习倦怠。问题的连接开放性有助于学生全面的能力提高，问题可设及到物理学知识的范围较大，从原子核物理到粒子在磁场中的运动。数学能力要求也较高，要有较强的数学推理及几何作图能力，空间分析能力要求较高。[问题拓展]物理学的发展对科学及生活的各个方面有重大影响，尤其是能让学生从社会发展的眼光及科学内在精神的角度来认识物理学知识。比如在学习光学中的棱镜色散问题时，可以联系牛顿对光学的研究进行问题设置；在学习万有引力定律时，通过联系开普勒及牛顿科学研究过程进行设计问题；在核物理的习题教学上可引入核物理研究中的一些科学史实，进行核反应方程及核能释放的总是求解；在量子论初步的习题中可引入玻尔的理论创建过程的内容及科学奉献。对一些科学史上的科学家故事及科学研究方法通过链接到高中的物理习题教学，能更好的培养学生的情感、态度和价值观。ABCD×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××oM×××××××××放射源