带电粒子在电场中的运动教学设计

普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—11/13贵州师范大学物理与电子科学学院贵州师大附中实习期间教学设计《带电粒子在电场中的运动》：指导老师:实习生:谢忠2015年9月普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—12/13贵州师范大学物理与电子科学学院《带电粒子在电场中的运动》教学设计一、教学设计说明1.教材分析《带电粒子在在电场中的运动》是《普通高中物理课程标准》选修模块3—1中第一章“静电场”中的内容，其基本内容是要求“处理带电粒子在电场中运动的问题”主要培养学生综合应用力学知识和电学知识的能力。本节课的教学内容选自人民教育出版普通高中课程标准实验教材教科书2007年版《物理》选修3—1第1章第9节。教材内容由“带电粒子的加速”“带电粒子的偏转”“示波管原理”三部分组成，教学内容的梯度十分明显，安排符合学生的认知规律，教材首先介绍了带电粒子在电场中静电力的作用会发生不同程度的偏转，紧接着通过例题的形式来研究带电粒子的加速和偏转问题，这样我们出现进行问题的处理，清晰明了，一步一步地进行分析求解，可以防止公式过多的出现，避免学生死记硬背的现象出现，让学生从问题的本质出发，将复杂的问题简单化。示波管的原理部分不仅对力学、电学知识的综合能力有较高的要求，而且要有一定的空间想象能力，因此教科书在“思考与讨论”栏目中设置了四个问题，层次分明、循序渐进，给学生足够的时间与空间的配置，对此部分内容的学习减轻了负担。2.学情分析教学主体是普通高二年纪的学生，已经掌握了运动学和功能关系的知识以及简单的静电学的知识，学生具有一定的分析推理能力，但是由于力学和电学的综合程度已有提高，这对于学生的学习还是有一定的困难。高中二年级学生处于高中学习的关键时期，理论和科技方面的知识都需要加强，而本节教学则恰是理论联系现代科学实验和技术设备的知识，对学生而言通过本节课的学习讲师质的提升，也基于物理学习的宗旨，为往后的电磁学的学习打下（作为类比学习）基础。普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—13/13贵州师范大学物理与电子科学学院二、教案课题带电粒子在电场中的运动授课时间学生普通高中二年级学生教学目标知识与技能1.了解带电粒子在匀强电场中的运动----只受电场力的带电粒子做匀变速运动2.重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中运动3.知道示波管的主要构造和工作原理过程与方法1.培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运用情感态度与价值观1.通过本节课的学习培养学生综合分析问题的能力，体会物理理论与现代科学技术相结合的实际应用教学重点1.带电粒子在电场中的加速和偏转问题教学难点1.带电粒子在电场中的偏转问题及应用教学方法讲授法、任务驱动、归纳法教学过程教学流程主体内容学生活动教师活动新课导入（复习导入）1.匀变速直线运动的速度位移公式沿一条直线，且加速度不变的运动叫匀变速直线运动0vvat2012svtat2.牛顿第二定律的内容物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。Fma3.什么叫做平抛运动？研究平抛运动的方法具有水平初速度且只在重力作用下所做的曲线运动叫做平抛运动学生跟着老师的思路并且在老师的提醒下不断回忆已有的运动学知识。引导学生对已有知识的复习。普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—14/13贵州师范大学物理与电子科学学院新课教学平抛运动可以分解为水平方向和竖直方向的两个分运动水平方向：匀速直线运动竖直方向：匀加速直线运动4.动能定理及其表达式动能定理：合力对物体所做的功等于物体动能的变化22101122Wmvmv一、带电粒子的加速在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间的电势差为U，若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度qU、d分析：带电粒子不计重力，只受电场力作用，由于初速度为零，所以粒子沿电场力方向做匀加速直线运动。（只有在带电粒子的重力远远小于静电力时，粒子的重力才可以忽略。一般地说，微观带电粒子如电子、质子、离子、а粒子等除有说明或有明确暗示外，处理问题时均不计重力。而带电的液滴、小球等除有说明或有明确暗示外，处理问题时均应考虑重力。）解法一牛顿定律+运动学公式222FEqqUammmdvadqUvm解法二动能定理（能量观点）带电粒子的运动过程中，静电力所做的功为：学生运算推导出速度的表达式。引导学生建立带电粒子在匀强电场中匀加速运动的模型。对不计重力情形作必要说明。引导学生对问题进行分析求解。普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—15/13贵州师范大学物理与电子科学学院WqU粒子到达负极板时的速率为v,其动能可以写成:212kEmv由动能定理有:212qUmv2qUvm动能定理求解相对简单了许多问题1上述问题中，两块金属板是平行的，两极板间是匀强电场，如果两极板是其他形状，中间不再是匀强电场，将如何求解速度？——将采用动能定理求解，因为不管是否为匀强电场，在带电粒子的运动过程中，静电力所做的总功为：WqU由动能定理：212qUmv得：2qUvm带电粒子沿与电场线平行的方向进入电场，如不计重力，粒子受到的电场力与运动方向共线，粒子做加（减）速直线运动。(1)在匀强电场中电场力是恒力，带电粒子做匀变速直线运动，可用牛顿定律和运动学知识求解，也可以用动能定理分析:运动学:222FEqqUammmdvadqUvm思考，找出解决问题的方法。提出问题，拓展应用的范围。引导学生寻求找到解决问题的方法。教师小结普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—16/13贵州师范大学物理与电子科学学院动能定理：WqU212qUmv2qUvm(2)在非匀强电场中一般用动能定理分析：WqU212qUmv2qUvm三、带电粒子的偏转在真空中水平放置一对带电金属板Y和Y’，两板间的电压为U、距离为d。若带电粒子以水平方向初速度射入平行金属板的电场中，0v带电粒子受到静电力沿电场方向的作用，因而会发生偏转。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ｑ0vｕ、dＥ＿＿＿＿＿＿＿＿＿L(1)若粒子带正电，粒子将怎么样运动？粒子在电场中只受到电场力的作用，其方向将沿电场方向且与初速度方向垂直，所受的电场力是恒力，在初速度方向不受力，这与我们之前所学的平抛运动相似，因此在电场力的作用下，粒子将做曲线运动，研究方法可以类比于平抛运动来研究。平抛运动图示：在重力方向做初速度为0加速度为g的匀加速直线运动：212Hgt在初速度方向做速度为0v的匀速直线运动：0Lvt对带正电粒子以初速度0v垂直电场线射入电场分析：学生回忆已有的平抛运动知识，在老师的引导下类比分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题。帮助学生建立物理情景。引导学生分析粒子在电场中的运动情况。引导学生类比平抛运动的处理方法0v普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—17/13贵州师范大学物理与电子科学学院粒子射入电场，在电场中只受沿电场方向的电场力：FEq且与初速度方向垂直，在初速度方向不受电场力。实际运动可分解为两个分运动的合成：在电场力方向做匀加速直线运动：Eqam在初速度方向做匀速直线运动：0vv'702,U200Vmsdcm例：如图，在两个极板Y和Y的长度L=6.0cm,相距极板间的电压。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度v=3.710。把两极板间电场看做匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度。解：电子在垂直于版面的的方向受到静电力。由于电场不随时间改变，而且是匀强电场，所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变学生思考并且解答。老师进行分析。提出问题，引导学生类比平抛运动的处理方法。普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—18/13贵州师范大学物理与电子科学学院的。加速度是：FEqeUammmd电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为：212yat其中t为飞行时间。由于电子在平行于板面的方向不受力，所以在这个方向做匀速运动，由0lvt可求得：0ltv将a和t带入y的表达式，得到：201()2eUlymdv带入数值后，得：0.36ycm即电子射出时沿垂直于板面的方向偏离0.36cm。由于电子在平行于板面方向不受力，它离开电场时，这个方向的分速度仍然是0v，而垂直于板面的分速度是：0eUlvatmdv离开电场时的偏转角度可由：20tanveUlvmdv代入数值后查表求得：6.8带电粒子在匀强电场中的运动，与重物在重力场中的运动相似，有时候像自由落体运动，有时像抛体运动，以初速度是否为零而定。不过重物在重力场中受到的力跟质量成正比。因此普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—19/13贵州师范大学物理与电子科学学院不同质量的物体具有相同的加速度g。但是带电粒子在电场中受到的力跟它的电荷量成正比，而电荷量相同的粒子可能质量不同，因而它们在电场中的加速度可能互不相同，这是静电场与重力场的重要区别。四、示波管原的理有一种电子仪器叫示波器，可以用来观察电信号随时间变化的的情况。示波器的核心部件是示波管，下图是它的原理图。由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。如果在两个偏转电极间都不加电压，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。''''''1.1.941.94问题如果在电极XX之间不加电压，但在YY之间加不变的电压，使Y的电势比Y高，电子束运动过程中受哪个方向的力？电子将打在荧光屏的什么位置？试着在图一中标出来。如果在YY之间不加电压，而在XX之间加不变的电压（X正、X负），电子将打在荧光屏的什么位置？试着在图一中标出来。_____分别打在荧光屏的Y置和X位置在老师的引导下独立完成思考与讨论的问题，作出回答。教师小结展示示波器实物以及原理图。带着学生一起对思考与讨论的问题进行分析作答。版图PPT展示。普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—110/13贵州师范大学物理与电子科学学院''2.1.95XXYY问题如果在电极之间不加电压，而在电极之间所加的电压按图所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形？试着画出来。_______会在Y轴上看到一条亮的线''''3.1.95“”YYXXXXXX问题如果之间的电压仍然按如图所示，而在电极之间加不变的电压（正、负），在荧光屏上会看到什么图形？若在之间的电压是负、正呢？试着画出来。____分别如下图所示：详细讲解图形的形成原理。普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—111/13贵州师范大学物理与电子科学学院''4.1.951.96问题如果YY之间的电压仍然如图所示，而在电极XX之间所加的电压按图所示的规律变化，在荧光屏上会看到什么图形？________在荧光屏上看到的图形如下图所示：普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—112/13贵州师范大学物理与电子科学学院'''41.971.951.97.XXYYXX197若中在之间加的电压如所示的电压，图的电压和所示周期性相同的电压，那么将会看到一个如上的稳定图形。示波管偏转电极上加的是待显示的信号电压，偏转电极接入仪器自身产生的锯齿形电压（如图），叫做扫描电压。课堂小结带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学相同。研究时主要可以按两条线索展开。（1）.力和运动的关系————牛顿第二定律；（2）.功和能的关系————动能定理，在带电粒子的偏转问题中类比平抛运动的处理方法处理带电粒子的偏转问题（在电场力方向做匀加速直线运动，沿初速度方向匀速直线运动）。最后根据偏转原理讨论了示波管的原理。板书设计一、带电粒子的加速：212qUmv2qUvm普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3—113/13贵州师范大学物理与电子科学学院二、带电粒子的偏转：0lvt0ltv212yatFEqeUammmd0eUlv