《帶電粒子在電場中的運動2》教案

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1、帶電粒子在電場中的運動 2教案一、教材分析本節(jié)課內(nèi)容是歷年高考的重點內(nèi)容。 綜合性強，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動（平拋運動），理論上探究帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī) 律。此外本節(jié)既包含了電場的基本性質(zhì)， 又要運用直線和曲線運動的規(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。故分為兩個課時進行，本節(jié)課探究帶電粒子偏轉(zhuǎn)的規(guī)律及在示波器中電子的偏轉(zhuǎn)問題， 側(cè)重于電場的力的性質(zhì)。二、教學(xué)目標(biāo)1 1、學(xué)習(xí)運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速度、 速度和位移

2、等物理量的變化2 2、了解示波器的工作原理，探索示波器中光斑的偏移影響因素，體會靜電場知 識對科學(xué)技術(shù)的影響學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)：注意受力和運動分析的結(jié)合，空間運動想象能力三、教學(xué)重點難點重點：帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律難點：運用電學(xué)知識和力學(xué)知識綜合處理偏轉(zhuǎn)問題（示波器中圖形）四、課前準備 1 1 學(xué)生的學(xué)習(xí)準備：復(fù)習(xí)平拋運動的相關(guān)知識點 2 2 教師的教學(xué)準備：多媒體課件制作3 3、教具：多媒體課件、示波器、低壓電源五、教學(xué)過程復(fù)習(xí)帶電粒子在電場中的加速：我們研究帶電粒子在電場中的運動，一般情況下微觀粒子（如質(zhì)子、電子、a粒子等）在沒有特別說明的情況下其重力遠遠小于電場力， 故可忽略其重力的

3、影響，只考慮電場力，而其它宏觀中的帶電小物體（如帶電液滴、帶電小球等） 在沒有特別說明的情況下我們要考慮它們自身的重 力。課本例題 1 1 熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和 金屬板之間加以電壓 U=2U=2 500500 V V，發(fā)射出的電子在真 空中加速后，從金屬板的小孔穿出。電子穿出時的速 度有多大？設(shè)電子剛剛離開金屬絲時的速度為 0 0。受力分析：水平向右的電場力 F F = EqEq （可以是變力） 運動分析：電子向右作加速運動計算方法 丄mv2- - mv2= qU2 2（一）、導(dǎo)入新課 帶電粒子在電場中受到電場力的作用會產(chǎn)生加速度,除了使其速度大小發(fā)生變化以外，還會使其方向發(fā)生

4、偏轉(zhuǎn).在現(xiàn)代科學(xué)實驗和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電 場來控制或改變帶電粒子的運動方向。具體應(yīng)用有哪些呢？本節(jié)課我們來研究這個問題以垂直進入勻強電場為例。 (二八進行新課1 1、帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)教師投影：如圖所示(課本例題 2 2),電子以初速度 v vo垂直于電場線射入勻強電場中.問題討論：(1) 分析帶電粒子的受力情況。(2) 你認為這種情況同哪種運動類似，這種運動 的研究方法是什么？(3 3)你能類比得到帶電粒子在電場中運動的研究方法嗎 學(xué)生活動：討論并回答上述問題：(1 1)關(guān)于帶電粒子的受力，學(xué)生的爭論焦點可能在是否考慮重力上。教師應(yīng)及時引導(dǎo)：對于基本粒子，如電子、質(zhì)子、a粒子等，由于質(zhì)

5、量 m m 很小,所以重力比電場力小得多，重力可忽略不計。對于帶電的塵埃、液滴、小球等， m m 較大，重力一般不能忽略。(2) 帶電粒子以初速度 v vo垂直于電場線方向飛入勻強電場時，受到恒定的與初 速度方向成 9090 角的作用而做勻變速曲線運動，類似于力學(xué)中的平拋運動，平 拋運動的研究方法是運動的合成和分解。(3) 帶電粒子垂直進入電場中的運動也可采用運動的合成和分解的方法進行。 PPTPPT 課件分解展示：1帶電粒子在垂直于電場線方向上不受任何力，做勻速直線運動。2在平行于電場線方向上，受到電場力的作用做初速為零的勻加速直線運動。深入探究：( (課本例題 2)2)設(shè)電荷帶電荷量為 q

6、 q,平行板長為 L L,兩板間距為 d d,電 勢差為 U U,初速為 v vo.試求：A A 帶電粒子在電場中運動的時間B B 粒子運動的加速度。C C 粒子受力情況分析。D D 粒子在射出電場時豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。E E 粒子在離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度9。學(xué)生活動：結(jié)合所學(xué)知識，自主分析推導(dǎo)。教師：結(jié)論展示并評價11 Ul2豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離：y y 二 atat2 2- -2 22 2 mvmv：d d粒子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度9為tantan，亠色V Vov vo探究拓展：課本例題 2 2 延伸：如圖所示，電子飛出極板丫eUleUlmdvmdvo后，打到距離極板右端 L L 處熒光屏上的

7、 B B 處。設(shè)兩極板外無電場：A A、 電子離開兩極板后做什么運動？B B、 離開后軌跡 ABAB 反向延長線與圖中虛線相交于哪里？C C、丫與 y y 的大小關(guān)系？此處重點引導(dǎo)學(xué)生得到丫與 y y 成正比例關(guān)系， 為示波器中偏轉(zhuǎn)做準備。2 2、示波管的原理出示示波器多媒體展示：示波器的核心部分是示波管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成 投影：示波管原理圖：問題探究：課本 3636 頁思考與討論（問題 1 1、2 2、3 3）學(xué)生活動：探究光斑位置變化的規(guī)律，并在圖紙上做出預(yù)測位置教師演示操作：光屏上的亮斑及變化、掃描及變化、豎直方向的偏移并調(diào)節(jié)使之 變化。問題延伸：示波器中影響光斑位置的因素

8、有哪些？ 教師引導(dǎo)學(xué)生討論并提問結(jié)論，示波器中1 1 丄2丫與 y y 成正比例關(guān)系，而y=2 2at即偏轉(zhuǎn)距離丫與所加電壓 U U 成正比，如果 U=Umax?sinU=Umax?sin t t 則 y = = ymax sinsin t t 問題探究：課本 3 36 6頁思考與討論（問題 4 4）教師引導(dǎo)：采用描點法，先確定各點偏轉(zhuǎn)，再畫圖學(xué)生討論并畫圖展示，教師評價，課件分布展示教師活動：機內(nèi)提供的正弦電壓觀察及變化的觀察。學(xué)生活動：觀察示波器的現(xiàn)象。3 3、帶電粒子在電場中運動總結(jié)（1 1）帶電粒子的加速動力學(xué)分析：帶電粒子沿與電場線平行方向進入電場， 受到的電場力與運動 方向在同一直

9、線上，做加（減）速直線運動，如果是勻強電場，則做勻加 （減）速運 動.功能關(guān)系分析：粒子只受電場力作用，動能變化量等于電勢能的變化量. （初速度為零）；此式適用于一切電場.（2 2）帶電粒子的偏轉(zhuǎn)qUIqUI22mdv2mdv02圖 L - 8 - 2動力學(xué)分析：帶電粒子以速度 v vo垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生 的勻強電場中，受到恒定的與初速度方向成 9090角的電場力作用而做勻變速曲線 運動（類平拋運動）.運動的分析方法（看成類平拋運動）:1沿初速度方向做速度為 v vo的勻速直線運動.2沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動.（3 3）偏轉(zhuǎn)實例：示波管原理 即偏轉(zhuǎn)距離丫與所加

10、電壓 U U 成正比，如果 U=Umax?sinU=Umax?sin t t 則 y = = ymax sinsin t t教學(xué)設(shè)計說明和課后反思姚建峰一、教材分析在前面學(xué)習(xí)靜電場性質(zhì)的基礎(chǔ)上， 本節(jié)學(xué)習(xí)處理帶電粒子在電場中運動的問 題，本節(jié)內(nèi)容主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)知識和電學(xué)知識的能力。本節(jié)內(nèi)容是歷年高考的重點內(nèi)容， 是靜電場這一章前 8 8 節(jié)的總結(jié)和提高。 本 節(jié)知識綜合性強，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動 （平 拋運動），理論上探究帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律；而示波器中圖形的變化規(guī) 律更是本

11、節(jié)課的難點， 除了電學(xué)和力學(xué)知識要求較高以外， 還要求一定的空間想 象能力。本節(jié)三部分 （加速、偏轉(zhuǎn)、示波器 ）教學(xué)內(nèi)容梯度明顯， 這樣安排也符合學(xué)生 的認知規(guī)律。 力學(xué)和電學(xué)的綜合程度逐漸提高， 學(xué)生學(xué)習(xí)出現(xiàn)一些困難是正?，F(xiàn) 象。此外本節(jié)既包含了電場的基本性質(zhì)， 又要運用直線和曲線運動的規(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， 重要的是做好引導(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。二、教學(xué)目標(biāo)分析本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)主要為三個方面：1 1、學(xué)習(xí)運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運

12、動時的加速 度、速度和位移等物理量的變化。2 2、學(xué)習(xí)運用靜電力做功、電勢、電勢差、等勢面等概念研究帶電粒子在電 場中運動時的能量轉(zhuǎn)化。3 3、了解示波器的工作原理、體會靜電場知識對科學(xué)技術(shù)的影響 針對以上三個方面目標(biāo)， 結(jié)合本節(jié)內(nèi)容對學(xué)生思維和計算能力都要求比較高 的情況下， 按照循序漸進原則將本節(jié)內(nèi)容分為三個課時進行， 第一課時為帶電粒 子在電場中的加速、平衡（勻速、靜止）等情況分析；第二課時為帶電粒子進入 勻強電場中的偏轉(zhuǎn)運動分析及示波器的原理， 側(cè)重電場的力的性質(zhì)； 第三課時為 帶電粒子在各種電場中運動類型分析， 側(cè)重電場的能的性質(zhì)。 把本節(jié)內(nèi)容課時這 樣安排也是為我的一次嘗試。 以往

13、在處理本節(jié)課時， 因為帶電粒子的能的性質(zhì)和 示波器的原理是本節(jié)兩個難點， 力的性質(zhì)學(xué)生相對容易接受， 故而把兩個難點分 成兩個課時，主要是考慮到學(xué)生的接受能力。本節(jié)錄像課為其中的第二課時。主要解決的問題為：1 1、學(xué)習(xí)運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速 度、速度和位移等物理量的變化2 2、了解示波器的工作原理，探索示波器中光斑的偏移影響因素，體會靜電 場知識對科學(xué)技術(shù)的影響3 3、掌握分析帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)的方法 本節(jié)的重點是運用力學(xué)知識和電學(xué)知識研究帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律， 難點是示波器的原理。所以本節(jié)課的目標(biāo)主要是從電場的力的性質(zhì)出發(fā)， 根據(jù)學(xué)生已有的處理

14、類平 拋運動的方法， 來解決帶電粒子在勻強電場中的運動問題， 并把示波器中的電子 運動歸結(jié)為帶電粒子在勻強電場中運動的一個實例來分析，避免學(xué)生認為示波器 是一個單獨的知識內(nèi)容，降低學(xué)生學(xué)習(xí)示波器的難度。本節(jié)課的能力目標(biāo)是通過帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)過程分析， 培養(yǎng)學(xué)生的 分析、推理能力；通過知識的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的精神。滲透物理學(xué)方法 的教育：運用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計粒子重力。三、具體教學(xué)中的問題診斷和處理 帶電粒子在場中的運動（重力場、電場）問題，由于涉及的知識點眾多，要 求的綜合能力較高，因而是歷年來高考的熱點內(nèi)容， 這里需要將幾個基本的運動， 即直線運動中的

15、加速、 減速、往返運動， 曲線運動中的平拋運動進行綜合鞏固和 加深，同時需要將力學(xué)基本定律， 即牛頓第二定律、 動能定理、 機械能守恒定律、 能量守恒定律等進行綜合運用。帶電粒子在電場中的運動， 是一個綜合電場力、 電勢能的力學(xué)問題， 研究的 方法與質(zhì)點動力學(xué)相同， 它同樣遵循運動的合成與分解、 力的獨立作用原理。 研 究時，相對來說學(xué)生對于電場的力的性質(zhì)比電場的能的性質(zhì)容易理解和應(yīng)用， 所 以本節(jié)在引導(dǎo)學(xué)生掌握帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)問題的處理方法時， 回避了電場的 能的性質(zhì)， 主要從電場的力的性質(zhì)出發(fā)， 根據(jù)帶電粒子受到的電場力， 用牛頓第 二定律找出加速度， 結(jié)合運動學(xué)公式確定帶電粒子的速度

16、、 位移等， 掌握運動合 成分解在處理電場問題時的運用，從而降低了掌握偏轉(zhuǎn)分析方法的難度，也降低 了學(xué)習(xí)示波器原理的難度，使學(xué)生易于接受。在研究帶電粒子的偏轉(zhuǎn)時，課本例題 2 2 給出了電子垂直電場線方向射入勻強 電場的情景，由于靜電場力方向與電子的初速度方向垂直，且靜電力是恒力，所以電子只能做與變速曲線運動。這是可以讓學(xué)生探究，用什么方法分析處理此類 曲線運動的問題。如果學(xué)生能聯(lián)想到平拋運動的處理方法，解決問題就水到渠成 了。在認識示波器的原理時，認識示波器的結(jié)構(gòu)組成，學(xué)生掌握電子槍、偏轉(zhuǎn)電 極、熒光屏三部分的功能時，都不會有問題。但是這里是有兩組偏轉(zhuǎn)電極，使電 子的運動變得復(fù)雜。這部分有對

17、力學(xué)、電學(xué)知識的綜合能力較高的要求，而且要 有一定的空間想象能力。為此，我在處理偏轉(zhuǎn)時，加入了一個問題延伸，即從偏 轉(zhuǎn)電場出來后打到熒光屏上，這段運動的分析，并且指出，在 x x、y y 兩個方向上， 我們也進行運動的分解，這兩個方向上，運動時獨立的，相互不受影響，并推導(dǎo) 得到了偏轉(zhuǎn)的關(guān)系，即偏轉(zhuǎn)距離：丫與所加電壓 U U 成正比，如果 U=Umax?sinU=Umax?sin t t 則 y = = ymax sinsin t t然后在處理光斑位置問題上，根據(jù)教科書“思考與討論”中設(shè)置的四個問題， 逐個讓學(xué)生討論探究，并作出預(yù)測。這四個問題實際上是四個臺階，層層遞進， 符合學(xué)生循序漸進的認知

18、規(guī)律。最后經(jīng)過試驗展示，驗證學(xué)生的結(jié)論并分析，加 深學(xué)生的印象。這應(yīng)該是本節(jié)課處理的一個亮點、四、教法特點與效果在本節(jié)內(nèi)容的處理上，課時內(nèi)容的安排是一個新的嘗試，也是本節(jié)課的一個 特點，這是從學(xué)生的接受能力出發(fā)，避免本節(jié)內(nèi)容的兩個難點集中一起，造成學(xué) 生重點不清，難點不明。在示波器原理的處理上，運用小組討論分析，先作出猜 測作圖，再進行實驗驗證這樣的過程，既吸引學(xué)生的注意力，又提高力學(xué)生的合 作探究能力。在研究帶電粒子在電場中運動中，采用了 “類比”這種物理中引進新內(nèi)容是 常用的方法。電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運動可與重力作用下的 運動類比.例如，垂直射入平行板電場中的帶電粒子的運

19、動可類比于平拋， 帶電 單擺在豎直方向勻強電場中的運動可等效于重力場強度 g g 值的變化等在示波器 原理學(xué)習(xí)是，采用了小組合作討論探究這樣的方法，體現(xiàn)新課程的特點。本節(jié)內(nèi)容是關(guān)于帶電粒子在勻強電場中的運動情況， 是電學(xué)和力學(xué)知識的綜 合， 帶電粒子在電場中的運動，常見的有加速、減速、偏轉(zhuǎn)、圓運動等等，規(guī) 律跟力學(xué)是相同的，只是在分析物體受力時，注意分析電場力，同時注意：為了 方便問題的研究，對于微觀粒子的電荷， 因為重力非常小，我們可以忽略不計 對 于示波管， 實際就是帶電粒子在電場中的加速偏轉(zhuǎn)問題的實際應(yīng)用 通過這節(jié)課 的學(xué)習(xí)， 希望學(xué)生逐漸建立起， 靜電場問題并不是一塊新的知識內(nèi)容， 僅僅是在 處理高一動力學(xué)知識中，多了一個電場力、電場能而已。