《帶電粒子在電場中的運動2》教案

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(jìn)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(zhǔn)備 1 1 學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)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(zhǔn)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于電場力， 故可忽略其重力的 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(jìn)入勻強電場為例。 (二八進(jìn)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(rèn)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)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(jìn)入電場中的運動也可采用運動的合成和分解的方法進(jìn)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 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 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(zhǔn)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(jìn)入電場， 受到的電場力與運動 方向在同一直線上，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(rèn)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(jìn)原則將本節(jié)內(nèi)容分為三個課時進(jìn)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(jìn)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(rèn)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， 即直線運動中的加速、 減速、往返運動， 曲線運動中的平拋運動進(jìn)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(jìn)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、 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(rèn)識示波器的原理時，認(rèn)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(jìn)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(jìn)， 符合學(xué)生循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(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(jìn)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(jìn)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。