帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教材人教版物理選修31貴州師大附中實(shí)習(xí)期間教學(xué)設(shè)計(jì) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng) ： 指導(dǎo)老師: 實(shí)習(xí)生: 謝 忠2015年9月帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)一、 教學(xué)設(shè)計(jì)說明1. 教材分析帶電粒子在在電場中的運(yùn)動(dòng)是普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)選修模塊31中第一章“靜電場”中的內(nèi)容，其基本內(nèi)容是要求“處理帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的問題”主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)知識(shí)和電學(xué)知識(shí)的能力。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人民教育出版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材教科書2007年版物理選修31第1章第9節(jié)。教材內(nèi)容由“帶電粒子的加速”“帶電粒子的偏轉(zhuǎn)”“示波管原理”三部分組成，教學(xué)內(nèi)容的梯度十分明顯，安排符合學(xué)生的認(rèn)知

2、規(guī)律，教材首先介紹了帶電粒子在電場中靜電力的作用會(huì)發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，緊接著通過例題的形式來研究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)問題，這樣我們出現(xiàn)進(jìn)行問題的處理，清晰明了，一步一步地進(jìn)行分析求解，可以防止公式過多的出現(xiàn)，避免學(xué)生死記硬背的現(xiàn)象出現(xiàn)，讓學(xué)生從問題的本質(zhì)出發(fā)，將復(fù)雜的問題簡單化。示波管的原理部分不僅對力學(xué)、電學(xué)知識(shí)的綜合能力有較高的要求，而且要有一定的空間想象能力，因此教科書在“思考與討論”欄目中設(shè)置了四個(gè)問題，層次分明、循序漸進(jìn)，給學(xué)生足夠的時(shí)間與空間的配置，對此部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)減輕了負(fù)擔(dān)。2. 學(xué)情分析教學(xué)主體是普通高二年紀(jì)的學(xué)生，已經(jīng)掌握了運(yùn)動(dòng)學(xué)和功能關(guān)系的知識(shí)以及簡單的靜電學(xué)的知識(shí)，學(xué)生

3、具有一定的分析推理能力，但是由于力學(xué)和電學(xué)的綜合程度已有提高，這對于學(xué)生的學(xué)習(xí)還是有一定的困難。高中二年級(jí)學(xué)生處于高中學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時(shí)期，理論和科技方面的知識(shí)都需要加強(qiáng)，而本節(jié)教學(xué)則恰是理論聯(lián)系現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備的知識(shí)，對學(xué)生而言通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)講師質(zhì)的提升，也基于物理學(xué)習(xí)的宗旨，為往后的電磁學(xué)的學(xué)習(xí)打下（作為類比學(xué)習(xí)）基礎(chǔ)。二、 教案課題帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)授課時(shí)間學(xué)生普通高中二年級(jí)學(xué)生教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1.了解帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)-只受電場力的帶電粒子做勻變速運(yùn)動(dòng)2.重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)3.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理過程與方法1.培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用力

4、學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析解決帶電粒子在電場中的運(yùn)用情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，體會(huì)物理理論與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的實(shí)際應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)1.帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題教學(xué)難點(diǎn)1.帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題及應(yīng)用教學(xué)方法講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、歸納法教學(xué)過程教學(xué)流程主體內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教師活動(dòng)新課導(dǎo)入（復(fù)習(xí)導(dǎo)入）新課教學(xué)1. 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式沿一條直線，且加速度不變的運(yùn)動(dòng)叫勻變速直線運(yùn)動(dòng) 2. 牛頓第二定律的內(nèi)容物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。3. 什么叫做平拋運(yùn)動(dòng)？研究平拋運(yùn)動(dòng)的方法具有水平初速度且只在重力

5、作用下所做的曲線運(yùn)動(dòng)叫做平拋運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向和豎直方向的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)水平方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)豎直方向：勻加速直線運(yùn)動(dòng)4. 動(dòng)能定理及其表達(dá)式動(dòng)能定理：合力對物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化一、帶電粒子的加速在真空中有一對平行金屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢差為U，若一個(gè)質(zhì)量為m，帶正電荷q的粒子，在靜電力作用下由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，計(jì)算它到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度 q U、d分析：帶電粒子不計(jì)重力，只受電場力作用，由于初速度為零，所以粒子沿電場力方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。（只有在帶電粒子的重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于靜電力時(shí)，粒子的重力才可以忽略。一般地說，微觀帶電粒子如電子、質(zhì)子、離子、粒子

6、等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均不計(jì)重力。而帶電的液滴、小球等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均應(yīng)考慮重力。）解法一牛頓定律+運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解法二動(dòng)能定理（能量觀點(diǎn)）帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程中，靜電力所做的功為： 粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速率為,其動(dòng)能可以寫成:由動(dòng)能定理有: 動(dòng)能定理求解相對簡單了許多問題1 上述問題中，兩塊金屬板是平行的，兩極板間是勻強(qiáng)電場，如果兩極板是其他形狀，中間不再是勻強(qiáng)電場，將如何求解速度？ 將采用動(dòng)能定理求解，因?yàn)椴还苁欠駷閯驈?qiáng)電場，在帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程中，靜電力所做的總功為： 由動(dòng)能定理： 得： 帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入電場，如不計(jì)重力，粒子受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方

7、向共線，粒子做加（減）速直線運(yùn)動(dòng)。(1) 在勻強(qiáng)電場中電場力是恒力，帶電粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，可用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解，也可以用動(dòng)能定理分析:運(yùn)動(dòng)學(xué): 動(dòng)能定理： (2) 在非勻強(qiáng)電場中一般用動(dòng)能定理分析： 三、 帶電粒子的偏轉(zhuǎn)在真空中水平放置一對帶電金屬板Y和Y，兩板間的電壓為U、距離為d。若帶電粒子以水平方向初速度射入平行金屬板的電場中，帶電粒子受到靜電力沿電場方向的作用，因而會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 、d L (1) 若粒子帶正電，粒子將怎么樣運(yùn)動(dòng)？ 粒子在電場中只受到電場力的作用，其方向?qū)⒀仉妶龇较蚯遗c初速度方向垂直，所受的電場力是恒力，在初速度方向不受力，這與我們之前所學(xué)的平拋運(yùn)動(dòng)相似，因此

8、在電場力的作用下，粒子將做曲線運(yùn)動(dòng)，研究方法可以類比于平拋運(yùn)動(dòng)來研究。 平拋運(yùn)動(dòng)圖示： 在重力方向做初速度為0加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)： 在初速度方向做速度為的勻速直線運(yùn)動(dòng)： 對帶正電粒子以初速度垂直電場線射入電場分析： 粒子射入電場，在電場中只受沿電場方向的電場力： 且與初速度方向垂直，在初速度方向不受電場力。實(shí)際運(yùn)動(dòng)可分解為兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成： 在電場力方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)： 在初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)： 解：電子在垂直于版面的的方向受到靜電力。由于電場不隨時(shí)間改變，而且是勻強(qiáng)電場，所以整個(gè)運(yùn)動(dòng)中在垂直于板面的方向上加速度是不變的。加速度是：電子射出電場時(shí)，在垂直于板面方向偏移的距離為：

9、其中t為飛行時(shí)間。由于電子在平行于板面的方向不受力，所以在這個(gè)方向做勻速運(yùn)動(dòng)，由可求得： 將a和t帶入y的表達(dá)式，得到： 帶入數(shù)值后，得： 即電子射出時(shí)沿垂直于板面的方向偏離。由于電子在平行于板面方向不受力，它離開電場時(shí)，這個(gè)方向的分速度仍然是，而垂直于板面的分速度是： 離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度可由： 代入數(shù)值后查表求得： 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)，與重物在重力場中的運(yùn)動(dòng)相似，有時(shí)候像自由落體運(yùn)動(dòng)，有時(shí)像拋體運(yùn)動(dòng)，以初速度是否為零而定。不過重物在重力場中受到的力跟質(zhì)量成正比。因此不同質(zhì)量的物體具有相同的加速度g。但是帶電粒子在電場中受到的力跟它的電荷量成正比，而電荷量相同的粒子可能質(zhì)量不同，因而

10、它們在電場中的加速度可能互不相同，這是靜電場與重力場的重要區(qū)別。四、 示波管原的理 有一種電子儀器叫示波器，可以用來觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的的情況。示波器的核心部件是示波管，下圖是它的原理圖。由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。如果在兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電極間都不加電壓，電子束從電子槍射出后沿直線傳播，打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。_分別打在熒光屏的Y置和X位置 _會(huì)在Y軸上看到一條亮的線 _分別如下圖所示： _在熒光屏上看到的圖形如下圖所示： 學(xué)生跟著老師的思路并且在老師的提醒下不斷回憶已有的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)。學(xué)生運(yùn)算推導(dǎo)出速度的表達(dá)式。思考，找出解決問題的方法。學(xué)生回憶已有的平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)，在老師的引導(dǎo)下類比

11、分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)問題。學(xué)生思考并且解答。在老師的引導(dǎo)下獨(dú)立完成思考與討論的問題，作出回答。 引導(dǎo)學(xué)生對已有知識(shí)的復(fù)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生建立帶電粒子在勻強(qiáng)電場中勻加速運(yùn)動(dòng)的模型。對不計(jì)重力情形作必要說明。 引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行分析求解。 提出問題，拓展應(yīng)用的范圍。引導(dǎo)學(xué)生尋求找到解決問題的方法。 教師小結(jié)幫助學(xué)生建立物理情景。 引導(dǎo)學(xué)生分析粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)情況。引導(dǎo)學(xué)生類比平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法老師進(jìn)行分析。提出問題，引導(dǎo)學(xué)生類比平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法。教師小結(jié)展示示波器實(shí)物以及原理圖。 帶著學(xué)生一起對思考與討論的問題進(jìn)行分析作答。 版圖PPT展示。詳細(xì)講解圖形的形成原理。課堂小結(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)綜合電場力、電勢能的力學(xué)問題，研究的方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同。研究時(shí)主要可以按兩條線