高中物理-帶電粒子在電場中的運(yùn)動教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動一、教材分析

（一）

教材的地位

電場是電學(xué)的基本知識，是學(xué)好電磁學(xué)的關(guān)鍵。本節(jié)是本章知識的重要應(yīng)用之一，是力學(xué)知識和電學(xué)知識的綜合。在教學(xué)大綱和考試說明中都把本節(jié)知識列為理解并掌握的內(nèi)容。通過對本節(jié)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠把電場知識和牛頓定律、動能定理、運(yùn)動的合成與分解等力學(xué)知識有機(jī)地結(jié)合起來，加深對力、電知識的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也為以后學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動打下基礎(chǔ)。

（二）教材的安排與編者意圖

這節(jié)教材先從能量角度入手研究了帶電粒子在電場中的加速，然后，又從分析粒子受力情況入手，類比重力場中的平拋運(yùn)動，研究了帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)問題。一方面是加深對前面所學(xué)知識的理解，另一方面是借助分析帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握運(yùn)動和力的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。二、教學(xué)目標(biāo)1．了解帶電粒子在電場中的運(yùn)動——只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)動。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的運(yùn)動(類平拋運(yùn)動)。3．知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理。4．滲透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計(jì)粒子重力。5．培養(yǎng)綜合分析問題的能力，體會物理知識的實(shí)際應(yīng)用。三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)帶電粒子在電場中的運(yùn)動是電場知識的重要應(yīng)用，注重分析判斷帶電粒子在電場力作用下的運(yùn)動情況，掌握運(yùn)用力的觀點(diǎn)和能的觀點(diǎn)求解帶電粒子運(yùn)動的思路和方法．四、教學(xué)方法：啟發(fā)式教學(xué)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)五、教具：多媒體投影儀，計(jì)算機(jī)，自制教學(xué)課件六、教學(xué)過程：（一）大屏幕（課題展示）介紹帶電粒子：一般把重力可忽略不計(jì)的微觀粒子稱為帶電粒子，如質(zhì)子、電子、原子核、離子等。（二）引入新課：通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道，帶電粒子在電場中要受到電場力的作用,產(chǎn)生加速度,速度的大小和方向都會發(fā)生變化.在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中,常常根據(jù)這個(gè)道理,利用電場來改變或控制帶電粒子的運(yùn)動.例如（大屏幕展示圖片——激發(fā)興趣）。北京正負(fù)電子對撞機(jī)是利用電場加速的實(shí)例，以及我們以后實(shí)驗(yàn)要用的示波器又是電子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的實(shí)例。討論兩種基本方式一帶電粒子的加速二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)（三）進(jìn)行新課一、帶電粒子的重力1、基本粒子：電子、質(zhì)子、α粒子、正負(fù)離子等。這些粒子所受重力遠(yuǎn)小于電場力，除非有明確說明或暗示外，一般都忽略重力（但并不能忽略質(zhì)量）2、帶電微粒：帶電小球、液滴、塵埃等。除有明確說明可以忽略外，一般都要考慮重力二、帶電粒子的加速勻強(qiáng)電場中的加速問題例1：如圖所示,在加上電壓并處于真空的金屬板附近有一帶正電粒子q，初速度為零,討論以下幾個(gè)問題:在電場力作用下向哪里運(yùn)動？做什么運(yùn)動?兩板間電勢差為U，板間距為d，你能求得q到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度v嗎？+++——+++——————+q（1）運(yùn)用運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方法求解，因電場力為恒力，a=F/m=Uq/dm、v2-0=2ad，可求出v=（2）運(yùn)用能量觀點(diǎn)求解，qU=mv2/2，可求出v=（請同學(xué)比較在題設(shè)條件下哪種方法更簡便————比較兩種方法優(yōu)缺點(diǎn)）。提出問題：解決帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中的加速問題是否也可以用這兩種方法呢？學(xué)生討論回答得出結(jié)論——非勻強(qiáng)電場中的加速問題qU=△Ek同樣適用。隨堂練習(xí)1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動能最大（）哪種粒子速度最大（）A、質(zhì)子B、電子C、氘核D、氦核隨堂練習(xí)2.如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場，當(dāng)M、N間電壓為U時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v，則下述方法能滿足要求的是（）A、使M、N間電壓增加為2UB、使M、N間電壓增加為4UC、使M、N間電壓不變，距離減半D、使M、N間電壓不變，距離加倍三、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)例2：一個(gè)以速度Vo，質(zhì)量為m的帶正電粒子q垂直射入一個(gè)電壓為U，板長為L，間距為d的平行板電容器，當(dāng)它射出這個(gè)電容器時(shí)，求：帶電粒子射出電場時(shí)豎直偏離的距離y和偏轉(zhuǎn)的角度φ？vvyq+—vφV0V0y讓學(xué)生討論下述幾個(gè)問題：1.+q受力情況如何？運(yùn)動性質(zhì)如何？2.它的運(yùn)動與力學(xué)中的那種運(yùn)動相似？3.用什么方法研究+q運(yùn)動規(guī)律,從而求出它射出電場時(shí)在豎直方向偏移原來運(yùn)動方向的距離y及偏轉(zhuǎn)角度φ？這種帶電粒子的勻變速曲線運(yùn)動，可以用能量觀點(diǎn)研究，也可以用運(yùn)動分解與合成觀點(diǎn)研究，要求y和φ，按本題條件，我們用后一種觀點(diǎn)進(jìn)行研究?！痉治觥克剑簞蛩龠\(yùn)動豎直：初速度為零，加速度a=qU/md，勻加速直線運(yùn)動【求解】利用平拋知識可求出通過本題分析得出:（1）合運(yùn)動和分運(yùn)動具有等時(shí)性；（2）合運(yùn)動和分運(yùn)動具有獨(dú)立性。即互不干涉、獨(dú)立進(jìn)行。（3）培養(yǎng)學(xué)生解決問題的思路和方法。隨堂練習(xí)3、質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，剛好離開電場，它在離開電場后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則下列說法中正確的是（）A、如果偏轉(zhuǎn)電場的電壓為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25B、如果帶電粒子的比荷為原來的一半，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25C、如果帶電粒子的初速度為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25D、如果帶電粒子的初動能為原來的2倍，則粒子離開電場后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25隨堂練習(xí)4.質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價(jià)氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，離開電場后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為，側(cè)移之比為。四、示波管1、示波器：用來觀察電信號隨時(shí)間變化的電子儀器。其核心部分是示波管2、示波管的構(gòu)造：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成（如圖）。3、原理：利用了帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號隨時(shí)間變化的圖線。（四）課堂小結(jié)１．帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動：加速和偏轉(zhuǎn)。２．處理方法：運(yùn)動學(xué)觀點(diǎn)或能的觀點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容是關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動情況，是電學(xué)和力學(xué)知識的綜合，帶電粒子在電場中的運(yùn)動，常見的有加速、減速、偏轉(zhuǎn)、圓運(yùn)動等等，規(guī)律跟力學(xué)是相同的，只是在分析物體受力時(shí)，注意分析電場力。（五）板書設(shè)計(jì)一、帶電粒子的重力二、帶電粒子的加速三、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)四、示波管（六）課下作業(yè)完成課本39頁練習(xí)（1）、（3）、（4）、（5）題。學(xué)情分析根據(jù)前面章節(jié)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)學(xué)生，已具備了一定電場的基礎(chǔ)知識：對帶電粒子在電場中運(yùn)動的問題具備了基本的分析能力，但是綜合運(yùn)用電學(xué)和力學(xué)知識分析問題還有一定難度。帶電粒子在場中的運(yùn)動（重力場、電場、磁場）問題，由于涉及的知識點(diǎn)眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，這里需要將幾個(gè)基本的運(yùn)動，即直線運(yùn)動中的加速、減速、往返運(yùn)動，曲線運(yùn)動中的平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動進(jìn)行綜合鞏固和加深，同時(shí)需要將力學(xué)基本定律，即牛頓第二定律、動量定理、動量守恒定律、動能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運(yùn)用。效果分析本堂課是學(xué)完整個(gè)第一章靜電場的基礎(chǔ)知識，學(xué)生具備了解決電場基本問題的能力，本節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用電場知識解決實(shí)際問題的能力。從整堂課看，有些學(xué)生基礎(chǔ)的內(nèi)容忘的比較多，但是通過課件的指引、老師的提示、同學(xué)之間的互助交流等形式，大部分學(xué)生能回憶起相關(guān)基礎(chǔ)知識，并能夠運(yùn)用這些知識來解題。速率的影響因素和圖形題難度比較大，是這塊知識的一大難點(diǎn)，所以這個(gè)地方設(shè)置讓小組交流、討論，從大部分同學(xué)的表現(xiàn)來看，基本上都掌握了，不過課下仍需鞏固練習(xí)。從課后做的檢測練習(xí)來看，本節(jié)課的知識總體掌握不錯(cuò)。教材分析本專題是是歷年高考的重點(diǎn)內(nèi)容。本專題綜合性強(qiáng)，理論分析要求高，帶電粒子的加速是電場的能的性質(zhì)的應(yīng)用；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則側(cè)重于電場的力的性質(zhì)，通過類比恒力作用下的曲線運(yùn)動（平拋運(yùn)動），理論上探究帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。此外專題既包含了電場的基本性質(zhì)，又要運(yùn)用直線和曲線運(yùn)動的規(guī)律，還涉及到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，有關(guān)類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用也比較典型。探究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，只要做好引導(dǎo)，學(xué)生自己是能夠完成的，而且可以提高學(xué)生綜合分析問題的能力。這部分內(nèi)容比較抽象，有些反應(yīng)的深層本質(zhì)學(xué)生是接觸不到的，只能憑抽象的思維進(jìn)行想象、推理，學(xué)習(xí)的難度較大。但是通過有效的引導(dǎo)，可以使學(xué)生在思考和實(shí)驗(yàn)探究中進(jìn)行有效地學(xué)習(xí)，達(dá)到復(fù)習(xí)、鞏固和加深理解靜電場有關(guān)知識的目的評測練習(xí)1、若帶正電荷的小球只受到電場力作用，則它在任意一段時(shí)間內(nèi)（）A、一定沿電場線由高電勢處向低電勢處運(yùn)動B、一定沿電場線由低電勢處向高電勢處運(yùn)動C、不一定沿電場線運(yùn)動，但一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動D、不一定沿電場線運(yùn)動，也不一定由高電勢處向低電勢處運(yùn)動2、如圖所示，長為L、傾角為θ的光滑絕緣斜面處于電場中，一帶電量為+q、質(zhì)量為m的小球，以初速度v0從斜面底端A點(diǎn)開始沿斜面上滑，當(dāng)?shù)竭_(dá)斜面頂端B點(diǎn)時(shí)，速度仍為v0，則（）A、A、B兩點(diǎn)間的電壓一定等于mgLsinθ/qB、小球在B點(diǎn)的電勢能一定大于在A點(diǎn)的電勢能C、若電場是勻強(qiáng)電場，則該電場的電場強(qiáng)度的最大值一定為mg/qD、如果該電場由斜面中點(diǎn)正上方某處的點(diǎn)電荷產(chǎn)生，則該點(diǎn)電荷必為負(fù)電荷3、如圖所示，兩塊長均為L的平行金屬板M、N與水平面成α角放置在同一豎直平面，充電后板間有勻強(qiáng)電場。一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的液滴沿垂直于電場線方向射人電場，并沿虛線通過電場。下列判斷中正確的是()。A、電場強(qiáng)度的大小E＝mgcosα/qB、電場強(qiáng)度的大小E＝mgtgα/qC、液滴離開電場時(shí)的動能增量為-mgLtgαD、液滴離開電場時(shí)的動能增量為-mgLsinα4、（01上海）A、B兩點(diǎn)各放有電量為+Q和+2Q的點(diǎn)電荷，A、B、C、D四點(diǎn)在同一直線上，且AC=CD=DB。將一正電荷從C點(diǎn)沿直線移到D點(diǎn)，則（）A、電場力一直做正功B、電場力先做正功再做負(fù)功C、電場力一直做負(fù)功D、電場力先做負(fù)功再做正功5、如圖所示，A、B為水平放置的平行金屬板，兩板相距，分別與電源兩極相連，兩板的中央各有小孔M和N，今有一帶電質(zhì)點(diǎn)，自A板上方相距為的P點(diǎn)靜止開始自由下落，P、M、N在同一豎直線上，空氣阻力不計(jì)，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)N孔時(shí)速度恰好為零，然后沿原路徑返回，若保持兩板間電壓不變，則（）A、把A極向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后仍能返回B、把A板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落C、把B板向上平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后仍能返回D、把B板向下平移一小段距離，質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落6、如圖所示，質(zhì)量為m、電量為q的帶電微粒，以初速度V0從A點(diǎn)豎直向上射入水平方向、電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中。當(dāng)微粒經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速率為VB＝2V0，而方向與E同向。下列判斷中正確的是()A、A、B兩點(diǎn)間電勢差為2mV02/qB、A、B兩點(diǎn)間的高度差為V02/2gC、微粒在B點(diǎn)的電勢能大于在A點(diǎn)的電勢能D、從A到B微粒作勻變速運(yùn)動7、一平行板電容器中存在勻強(qiáng)電場，電場沿豎直方向。兩個(gè)比荷（即粒子的電荷量與質(zhì)量之比）不同的帶正電的粒子a和b，從電容器的P點(diǎn)（如圖）以相同的水平速度射入兩平行板之間。測得a和b與電容器極板的撞擊點(diǎn)到入射點(diǎn)之間的水平距離之比為1:2。若不計(jì)重力，則a和b的比荷之比是（）Ａ.1:2B.1:8C.2:1D.4:18、如圖中的實(shí)線是一族未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場線，虛線是某一帶電粒子通過該電場區(qū)域時(shí)的運(yùn)動軌跡，a、b是其軌跡上的兩點(diǎn)。若帶電粒子在運(yùn)動中只受電場力作用，根據(jù)此圖可做出正確判斷的是（）A、帶電粒子所帶電荷的符號B、帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的受力方向C、可以比較帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的速度大小D、可以比較帶電粒子在a、b兩點(diǎn)的電勢能的大小9、如圖所示，一帶電液滴在重力和勻強(qiáng)電場對它的作用力作用下，從靜止開始由b沿直線運(yùn)動到d，且bd與豎直方向所夾的銳角為45°，則下列結(jié)論正確的是（）A、此液滴帶負(fù)電B、液滴做勻加速直線運(yùn)動C、合外力對液滴做的總功等于零D、液滴的電勢能減少10、在靜電場中，一個(gè)電子由a點(diǎn)移到b點(diǎn)時(shí)電場力做功為5eV，則以下認(rèn)識中錯(cuò)誤的是（）A、電場強(qiáng)度的方向一定由b沿直線指向a．B、a、b兩點(diǎn)間電勢差Uab=－5V．C、電子的電勢能減少5eV．D、電子的電勢能減少5J11、如圖所示，A、B兩板間的勻強(qiáng)電場E=1.2×108N/C，兩板相距5cm，P1離A板0.5cm，P2離B板0.5cm。若B板帶正電荷且接地，則P1點(diǎn)的電勢為________V，P2點(diǎn)的電勢為________V。若有一電荷q=-2×10-6C從P1移到P2，電勢能_______（填“增加”或“減少”）了_______J。12、如圖，半徑為R的光滑圓環(huán)，豎直置于場強(qiáng)為E的水平方向的勻強(qiáng)電場中，今有質(zhì)量為m，帶電量為+q的空心小球穿在環(huán)上，求當(dāng)小球由頂點(diǎn)A從靜止開始下滑到與圓心O等高的位置B時(shí)，小球?qū)Νh(huán)的壓力？答案1D2AD3AD4B5ACD6ABD7D8BCD9ABD10AD11-5.4×106V，-6×105V。_減少_9.6J12小球從A到B的過程中，有重力做正功，電場力做正功，動能增加，由動能定理：mgR+EqR