在所有的IB科目中,IBDP物理的挑戰(zhàn)性很大,兩級(jí)分化比較嚴(yán)重,很多的學(xué)生覺(jué)得老師講的我懂啊,怎么一做綜合性強(qiáng)一點(diǎn)的題就不會(huì)了呢?其中一個(gè)重要的原因就是:在質(zhì)疑、思考方面做得不夠,沒(méi)有充分地將老師講授的內(nèi)容真正地轉(zhuǎn)化為自己的理解和在不同的知識(shí)之間建立起邏輯聯(lián)系。
下面我結(jié)合曾經(jīng)給一位學(xué)生提出的思考題聊一聊自己的建議。 下面這道題是2016年IB考試中的一道真題。



電子向下偏轉(zhuǎn),無(wú)可非議。在講完這道題后,我向?qū)W生提出了這樣的問(wèn)題:如果磁場(chǎng)和電場(chǎng)區(qū)域夠大的話,電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡到底是怎樣的?并建議他和同學(xué)、甚至老師去進(jìn)行討論。
對(duì)這個(gè)問(wèn)題的思考,我們的第一反應(yīng)是分析電子的受力:
電場(chǎng)力Fe = eE,大小和方向都恒定;
磁場(chǎng)力Fb=evB,最初時(shí)刻,方向豎直向下。
因此初始時(shí)刻,磁場(chǎng)力大于電場(chǎng)力,因此電子向下偏轉(zhuǎn)無(wú)疑,但偏轉(zhuǎn)后,又會(huì)發(fā)生什么呢?運(yùn)動(dòng)方向和速度大小的改變!雖然磁場(chǎng)力因?yàn)榉较虻钠D(zhuǎn)和速度大小的改變而變得復(fù)雜,因此定量的計(jì)算難度很大(需要建立微分方程,通過(guò)解微分方程得到),但定性的討論我們還是可以嘗試一下,只要緊緊抓住磁場(chǎng)力的大小和方向的改變即可。
當(dāng)電子向下偏轉(zhuǎn)后,電場(chǎng)力做負(fù)功,而磁場(chǎng)力始終不做功,因此電子的動(dòng)能減小,導(dǎo)致磁場(chǎng)力減小,磁場(chǎng)力的方向向左偏轉(zhuǎn)。
就豎直方向的分力而言,電場(chǎng)力不變,磁場(chǎng)力的分力減小,只要磁場(chǎng)力的分力大于電場(chǎng)力,電子向下偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)會(huì)繼續(xù)下去,當(dāng)磁場(chǎng)力的豎直分量和電場(chǎng)力的大小相等時(shí),電子并不會(huì)做勻速直線運(yùn)動(dòng),因?yàn)槲覀冎皇怯懻摿素Q直方向的分立而已,磁場(chǎng)力的水平分力向左,該分力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做負(fù)功,電子的動(dòng)能減小,即便是微小的變化量,都會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)力大于磁場(chǎng)力沿豎直方向的分立,因此電子在經(jīng)過(guò)減速后偏轉(zhuǎn)回去。
上面的分析過(guò)程比較粗糙,如果能結(jié)合偏轉(zhuǎn)初期運(yùn)動(dòng)軌跡的曲率的變化,我們可以勾勒出運(yùn)動(dòng)軌跡的大體形狀。
在平時(shí)的學(xué)習(xí)中,希望同學(xué)們能多帶著一些問(wèn)題去學(xué)習(xí),通過(guò)思考、討論去解決這些問(wèn)題,我們就能在不同知識(shí)點(diǎn)之間建立起富有邏輯性的聯(lián)系,我們解決陌生問(wèn)題的能力才能有實(shí)質(zhì)性的提高。
最后提出一個(gè)問(wèn)題讓同學(xué)們?nèi)ニ伎?/span>
電子無(wú)非是在受到兩個(gè)力的作用下運(yùn)動(dòng),因此可以單獨(dú)研究,在每個(gè)力的作用下,電子的運(yùn)動(dòng)軌跡,然后用向量合成的方法得到不同時(shí)刻電子的位置,從而確定運(yùn)動(dòng)軌跡。
問(wèn)題1:理論上,這種方法是否正確?
問(wèn)題2:實(shí)際的困難是什么?
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