《带电粒子在电场中的运动2》教案

带电粒子在电场中的运动 2教案一、教材分析本节课内容是历年高考的重点内容。 综合性强，理论分析要求高，带电粒子的加 速是电场的能的性质的应用；带电粒子的偏转则侧重于电场的力的性质， 通过类 比恒力作用下的曲线运动（平抛运动），理论上探究带电粒子在电场中偏转的规 律。此外本节既包含了电场的基本性质， 又要运用直线和曲线运动的规律， 还涉 及到能量的转化和守恒，有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。故分为两个课时进行，本节课探究带电粒子偏转的规律及在示波器中电子的偏转问题， 侧重于电场的力的性质。二、教学目标1 1、学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、 速度和位移等物理量的变化2 2、了解示波器的工作原理，探索示波器中光斑的偏移影响因素，体会静电场知 识对科学技术的影响学习方法指导：注意受力和运动分析的结合，空间运动想象能力三、教学重点难点重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律难点：运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题（示波器中图形）四、课前准备 1 1 学生的学习准备：复习平抛运动的相关知识点 2 2 教师的教学准备：多媒体课件制作3 3、教具：多媒体课件、示波器、低压电源五、教学过程复习带电粒子在电场中的加速：我们研究带电粒子在电场中的运动，一般情况下微观粒子（如质子、电子、a粒子等）在没有特别说明的情况下其重力远远小于电场力， 故可忽略其重力的 影响，只考虑电场力，而其它宏观中的带电小物体（如带电液滴、带电小球等） 在没有特别说明的情况下我们要考虑它们自身的重 力。课本例题 1 1 炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和 金属板之间加以电压 U=2U=2 500500 V V，发射出的电子在真 空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速 度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为 0 0。受力分析：水平向右的电场力 F F = EqEq （可以是变力） 运动分析：电子向右作加速运动计算方法 丄mv2- - mv2= qU2 2（一）、导入新课 带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度,除了使其速度大小发生变化以外，还会使其方向发生偏转.在现代科学实验和技术设备中，常常利用电 场来控制或改变带电粒子的运动方向。具体应用有哪些呢？本节课我们来研究这个问题以垂直进入匀强电场为例。 (二八进行新课1 1、带电粒子在电场中偏转教师投影：如图所示(课本例题 2 2),电子以初速度 v vo垂直于电场线射入匀强电场中.问题讨论：(1) 分析带电粒子的受力情况。(2) 你认为这种情况同哪种运动类似，这种运动 的研究方法是什么？(3 3)你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗 学生活动：讨论并回答上述问题：(1 1)关于带电粒子的受力，学生的争论焦点可能在是否考虑重力上。教师应及时引导：对于基本粒子，如电子、质子、a粒子等，由于质量 m m 很小,所以重力比电场力小得多，重力可忽略不计。对于带电的尘埃、液滴、小球等， m m 较大，重力一般不能忽略。(2) 带电粒子以初速度 v vo垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初 速度方向成 9090 角的作用而做匀变速曲线运动，类似于力学中的平抛运动，平 抛运动的研究方法是运动的合成和分解。(3) 带电粒子垂直进入电场中的运动也可采用运动的合成和分解的方法进行。 PPTPPT 课件分解展示：1带电粒子在垂直于电场线方向上不受任何力，做匀速直线运动。2在平行于电场线方向上，受到电场力的作用做初速为零的匀加速直线运动。深入探究：( (课本例题 2)2)设电荷带电荷量为 q q,平行板长为 L L,两板间距为 d d,电 势差为 U U,初速为 v vo.试求：A A 带电粒子在电场中运动的时间B B 粒子运动的加速度。C C 粒子受力情况分析。D D 粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。E E 粒子在离开电场时的偏转角度9。学生活动：结合所学知识，自主分析推导。教师：结论展示并评价11 Ul2竖直方向的偏转距离：y y 二 atat2 2- -2 22 2 mvmv：d d粒子离开电场时的偏转角度9为tantan，亠色V Vov vo探究拓展：课本例题 2 2 延伸：如图所示，电子飞出极板丫eUleUlmdvmdvo后，打到距离极板右端 L L 处荧光屏上的 B B 处。设两极板外无电场：A A、 电子离开两极板后做什么运动？B B、 离开后轨迹 ABAB 反向延长线与图中虚线相交于哪里？C C、丫与 y y 的大小关系？此处重点引导学生得到丫与 y y 成正比例关系， 为示波器中偏转做准备。2 2、示波管的原理出示示波器多媒体展示：示波器的核心部分是示波管，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成 投影：示波管原理图：问题探究：课本 3636 页思考与讨论（问题 1 1、2 2、3 3）学生活动：探究光斑位置变化的规律，并在图纸上做出预测位置教师演示操作：光屏上的亮斑及变化、扫描及变化、竖直方向的偏移并调节使之 变化。问题延伸：示波器中影响光斑位置的因素有哪些？ 教师引导学生讨论并提问结论，示波器中1 1 丄2丫与 y y 成正比例关系，而y=2 2at即偏转距离丫与所加电压 U U 成正比，如果 U=Umax?sinU=Umax?sin t t 则 y = = ymax sinsin t t 问题探究：课本 3 36 6页思考与讨论（问题 4 4）教师引导：采用描点法，先确定各点偏转，再画图学生讨论并画图展示，教师评价，课件分布展示教师活动：机内提供的正弦电压观察及变化的观察。学生活动：观察示波器的现象。3 3、带电粒子在电场中运动总结（1 1）带电粒子的加速动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场， 受到的电场力与运动 方向在同一直线上，做加（减）速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加 （减）速运 动.功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量. （初速度为零）；此式适用于一切电场.（2 2）带电粒子的偏转qUIqUI22mdv2mdv02图 L - 8 - 2动力学分析：带电粒子以速度 v vo垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生 的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成 9090角的电场力作用而做匀变速曲线 运动（类平抛运动）.运动的分析方法（看成类平抛运动）:1沿初速度方向做速度为 v vo的匀速直线运动.2沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动.（3 3）偏转实例：示波管原理 即偏转距离丫与所加电压 U U 成正比，如果 U=Umax?sinU=Umax?sin t t 则 y = = ymax sinsin t t教学设计说明和课后反思姚建峰一、教材分析在前面学习静电场性质的基础上， 本节学习处理带电粒子在电场中运动的问 题，本节内容主要培养学生综合应用力学知识和电学知识的能力。本节内容是历年高考的重点内容， 是静电场这一章前 8 8 节的总结和提高。 本 节知识综合性强，理论分析要求高，带电粒子的加速是电场的能的性质的应用； 带电粒子的偏转则侧重于电场的力的性质， 通过类比恒力作用下的曲线运动 （平 抛运动），理论上探究带电粒子在电场中偏转的规律；而示波器中图形的变化规 律更是本节课的难点， 除了电学和力学知识要求较高以外， 还要求一定的空间想 象能力。本节三部分 （加速、偏转、示波器 ）教学内容梯度明显， 这样安排也符合学生 的认知规律。 力学和电学的综合程度逐渐提高， 学生学习出现一些困难是正常现 象。此外本节既包含了电场的基本性质， 又要运用直线和曲线运动的规律， 还涉 及到能量的转化和守恒， 有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。 探究带 电粒子的加速和偏转的规律， 重要的是做好引导， 学生自己是能够完成的， 而且 可以提高学生综合分析问题的能力。二、教学目标分析本节内容的教学目标主要为三个方面：1 1、学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速 度、速度和位移等物理量的变化。2 2、学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电 场中运动时的能量转化。3 3、了解示波器的工作原理、体会静电场知识对科学技术的影响 针对以上三个方面目标， 结合本节内容对学生思维和计算能力都要求比较高 的情况下， 按照循序渐进原则将本节内容分为三个课时进行， 第一课时为带电粒 子在电场中的加速、平衡（匀速、静止）等情况分析；第二课时为带电粒子进入 匀强电场中的偏转运动分析及示波器的原理， 侧重电场的力的性质； 第三课时为 带电粒子在各种电场中运动类型分析， 侧重电场的能的性质。 把本节内容课时这 样安排也是为我的一次尝试。 以往在处理本节课时， 因为带电粒子的能的性质和 示波器的原理是本节两个难点， 力的性质学生相对容易接受， 故而把两个难点分 成两个课时，主要是考虑到学生的接受能力。本节录像课为其中的第二课时。主要解决的问题为：1 1、学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速 度、速度和位移等物理量的变化2 2、了解示波器的工作原理，探索示波器中光斑的偏移影响因素，体会静电 场知识对科学技术的影响3 3、掌握分析带电粒子在匀强电场中偏转的方法 本节的重点是运用力学知识和电学知识研究带电粒子在电场中的偏转规律， 难点是示波器的原理。所以本节课的目标主要是从电场的力的性质出发， 根据学生已有的处理类平 抛运动的方法， 来解决带电粒子在匀强电场中的运动问题， 并把示波器中的电子 运动归结为带电粒子在匀强电场中运动的一个实例来分析，避免学生认为示波器 是一个单独的知识内容，降低学生学习示波器的难度。本节课的能力目标是通过带电粒子在匀强电场中偏转过程分析， 培养学生的 分析、推理能力；通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。渗透物理学方法 的教育：运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不计粒子重力。三、具体教学中的问题诊断和处理 带电粒子在场中的运动（重力场、电场）问题，由于涉及的知识点众多，要 求的综合能力较高，因而是历年来高考的热点内容， 这里需要将几个基本的运动， 即直线运动中的加速、 减速、往返运动， 曲线运动中的平抛运动进行综合巩固和 加深，同时需要将力学基本定律， 即牛顿第二定律、 动能定理、 机械能守恒定律、 能量守恒定律等进行综合运用。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， 它同样遵循运动的合成与分解、 力的独立作用原理。 研 究时，相对来说学生对于电场的力的性质比电场的能的性质容易理解和应用， 所 以本节在引导学生掌握带电粒子在电场中偏转问题的处理方法时， 回避了电场的 能的性质， 主要从电场的力的性质出发， 根据带电粒子受到的电场力， 用牛顿第 二定律找出加速度， 结合运动学公式确定带电粒子的速度、 位移等， 掌握运动合 成分解在处理电场问题时的运用，从而降低了掌握偏转分析方法的难度，也降低 了学习示波器原理的难度，使学生易于接受。在研究带电粒子的偏转时，课本例题 2 2 给出了电子垂直电场线方向射入匀强 电场的情景，由于静电场力方向与电子的初速度方向垂直，且静电力是恒力，所以电子只能做与变速曲线运动。这是可以让学生探究，用什么方法分析处理此类 曲线运动的问题。如果学生能联想到平抛运动的处理方法，解决问题就水到渠成 了。在认识示波器的原理时，认识示波器的结构组成，学生掌握电子枪、偏转电 极、荧光屏三部分的功能时，都不会有问题。但是这里是有两组偏转电极，使电 子的运动变得复杂。这部分有对力学、电学知识的综合能力较高的要求，而且要 有一定的空间想象能力。为此，我在处理偏转时，加入了一个问题延伸，即从偏 转电场出来后打到荧光屏上，这段运动的分析，并且指出，在 x x、y y 两个方向上， 我们也进行运动的分解，这两个方向上，运动时独立的，相互不受影响，并推导 得到了偏转的关系，即偏转距离：丫与所加电压 U U 成正比，如果 U=Umax?sinU=Umax?sin t t 则 y = = ymax sinsin t t然后在处理光斑位置问题上，根据教科书“思考与讨论”中设置的四个问题， 逐个让学生讨论探究，并作出预测。这四个问题实际上是四个台阶，层层递进， 符合学生循序渐进的认知规律。最后经过试验展示，验证学生的结论并分析，加 深学生的印象。这应该是本节课处理的一个亮点、四、教法特点与效果在本节内容的处理上，课时内容的安排是一个新的尝试，也是本节课的一个 特点，这是从学生的接受能力出发，避免本节内容的两个难点集中一起，造成学 生重点不清，难点不明。在示波器原理的处理上，运用小组讨论分析，先作出猜 测作图，再进行实验验证这样的过程，既吸引学生的注意力，又提高力学生的合 作探究能力。在研究带电粒子在电场中运动中，采用了 “类比”这种物理中引进新内容是 常用的方法。电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的 运动类比.例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛， 带电 单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度 g g 值的变化等在示波器 原理学习是，采用了小组合作讨论探究这样的方法，体现新课程的特点。本节内容是关于带电粒子在匀强电场中的运动情况， 是电学和力学知识的综 合， 带电粒子在电场中的运动，常见的有加速、减速、偏转、圆运动等等，规 律跟力学是相同的，只是在分析物体受力时，注意分析电场力，同时注意：为了 方便问题的研究，对于微观粒子的电荷， 因为重力非常小，我们可以忽略不计 对 于示波管， 实际就是带电粒子在电场中的加速偏转问题的实际应用 通过这节课 的学习， 希望学生逐渐建立起， 静电场问题并不是一块新的知识内容， 仅仅是在 处理高一动力学知识中，多了一个电场力、电场能而已。