应用力学规律解决电场相关的运动与能量问题说课

1 / 9 应用力学规律解决电场相关的运动与能量问题说课 一 .教材分析 1.教材的地位和作用 这是一节高三第一轮复习课。本节内容在教材上没有单独一节，而是渗透于电场整章的所有知识的学习中。把它专门列出来，是出于理清力电联系、明确电场问题的处理方法、最终构建完整的物理结构和提高物理思维能力的考虑。本节内容既是力学的延伸，也是电场的总结；既是知识的融合，更是方法的提升。 2.教学重点与难点 重点：一是电学知识的基本概念、基本性质；二是正确应用力学的基本规律；难点：力学知识中灵活多 变的方法在电场问题中迁移。 3.教学目标知识与技能：力、能两角度电场中的基本概念、基本性质；力的三种作用所对应的力学规律和不同运动形式的特点。过程与方法：正确完整的受力分析；运动的三条处理途径情感态度与价值观：物理知识结构的严谨；方法技巧的统一。二 .学生现状分析：经过高一、二学习和高三第一轮力学、电场复习，知识已经到位，力学三途径已经初步掌握，存在主要问题是：一不能灵活恰当选用三途径，二是没2 / 9 有充分认识到力、电处理方法的统一性。三 .教学方法：现代教育目标对中学物理教学提出了明确要求：中学物理教学必须 以学生发展为本，以物理学知识体系为载体，以学生创新精神和实践能力的培养为重点，以提高学生的科学素质为目标，逐步培养学生的学习能力和研究能力，最终达到全面提高素质，发展个性，形成特长的目的。 作为复习习题课，一要体现 “ 教为主导，学为主体 ” 的思想，引导学生主动探究；二要以题讲法， “ 题 ”“ 法 ” 为用，知识、思维为体。四 .教学过程： (一 )新课引入 (10分钟 )： 在物理学科内，电学与力学结合最紧密，电学知识又是与实际问题及现代科技联系最多的内容。在高考中，最复杂的题目往往是力电综合题。今 天我们研究以带电粒子在电场中为模型的电学与力学的综合问题，运用的基本规律主要是力学部分的。解决好力电综合题目的关键：一是明确电学知识的基本概念、基本性质；二是正确应用力学的基本规律；三是迁移力学知识中灵活多变的方法。一 .电场中的基本概念、基本性质 1.力的角度：电场力： F=EqF=kQ1Q2/r2 电场强度：E=F/qE=kQ/r2E=U/d2.能的角度：电势差： UAB=WAB/qU=Ed 电场力做功： WAB=qUABW=Fscos 电势能：功能关系：二 .应用的主要力学规律 1.力的瞬时作用：对物体（质 点），牛顿第二定律 F 合 =ma 3 / 9 2.力的空间积累作用：对物体（质点），动能定理 W 总=Ek=Ek2 Ek1；只有重力或系统内弹力做功时，机械能守恒定律 E2=E1 即 Ek2+Ep2=Ek1+Ep13.力的时间积累作用：对物体（质点），动量定理 I 合 =p=p -p；对系统所受外力的合力为零时，动量守恒定律 m1v1+m2v2=m1v1+m2v2 (二 )新课教学： 一 .基本解题思路 1.认真审题，弄清题意。（前提） 2.确定研究对象，受力分析、运动分析、做功分析、过程分析（不变量、变量、关 联量）。（关键）受力分析运动分析做功分析过程分析 3.明确解题途径，正确运用规律。（核心） 4.回顾解题过程，分析解题结果。（保证）二 .解题的三条基本途径和优选策略（ 30分钟） 1.力与运动的观点：受力分析、牛顿运动定律与运动学规律运动学规律：静止，匀速直线规律，匀变速直线运动规律，匀变速曲线运动规律（运动的合成与分解、平抛运动），圆周运动规律（以点电荷为圆心运动或受装置约束运动），带电粒子在交变电场中周期性运动及往复运动。 2.能量的观点：动能定理、功能关系、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律 功能 关系：（ 1），（ 2），一对滑动摩擦力对系统的总功为负，除重力或弹力以外只有滑动摩擦力做功时，绝对值能量（机械能、电势能、内能）守恒的表达式： 初态和末态的总能4 / 9 量相等，即 E 初 =E末； 某些形式的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即 E 减 =E 增； 各种形式的能量的增量的代数和为零，即 E1+E2+En=0 。 3.动量的观点：动量定理，动量守恒定律。注意矢量性，解题时先选取正方向。 4.选用的一般策略 对多个物体组成的系统讨论，在具备守恒条件时优先考虑二个守恒定律；出现相对距离（或相对路程）时优先考 虑功能关系。 对单个物体的讨论，宜用两个定理，涉及时间优先考虑动量定理，涉及位移优先考虑动能定理。 研究所受力的瞬时作用与物体运动状态的关系，涉及过程的细节（加速度），且受恒力作用时，考虑用牛顿运动定律和运动规律。非匀强电场一般不适用力与运动的观点这一途径，除了以点电荷为圆心的圆周运动。 两个定律和两个定理，只考查一个物理过程的始末两个状态，对中间过程不予以细究，这是它们的方便之处，特别是变力问题，充分显示出其优越性。有些题目可以用不同方法各自解决，有些题目得同时运用上述几种方法才能，三种观点不要绝对化。 5.典型例题： 例 1.如图所示，电容器固定在一个绝缘座上 ,绝缘座放在光滑水平面上 ,平行板电容器板间的距离为 d,右极板上有一小孔 ,通过孔有一左端固定在电容器左极板上的水平绝缘光滑细杆 ,电容器极板以及底座、绝缘杆总质量为 m.给电容器充电后 ,有一质量为 m 的带正电小环恰套在杆上以某一初速度5 / 9 v0 对准小孔向左运动 ,并从小孔进入电容器 ,设带电环不影响电容器板间电场分布 .带电环进入电容器后距左板的最小距离为 ,试求：（ 1）带电环与左极板相距最近时的速度 v；（ 2）此过程中电容器移动的距离 s.（ 3）此过程中能量如何变化？解析：（ 1）带电环进入电容器后在电场力的作用下做初速度为 v0 的匀减速直线运动，而电容器则在电场力的作用下做匀加速直线运动，当它们的速度相等时，带电环与电容器的左极板相距最近，由系统动量守恒定律可得：动量观点：，力与运动观点：设电场力为 F，（ 2）能量观点：对 m： Eq （） mv mv0 对 m： Eqs mv 0 Eq（ m m） v mv0所以 运动学观点：对 m：对 m:解得：带电环与电容器的速度图象如图所示 .由三角形面积可得： ,解得： -q q oABE 例 2.（ 02 全国理综）如图所示有三根长度皆为 l的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的 o 点，另一端分别挂有质量皆为 m kg 的带电小球 A 和 B，它们的电量分别为一 q 和 q， q c A、 B 之间用第三根线连接起来空间中存在大小为 E 106N/c 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A、 B 球的位置如图所示现将 o、B 之间的线烧断，由于有空气阻力， A、 B 球最后会达到新的6 / 9 平衡位置求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少（不计两带电小球间 相互作用的静电力） 点拨解疑：图（ 1）中虚线表示 A、 B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中、分别表示 oA、 AB与竖直方向的夹角。 A 球受力如图（ 2）所示：重力 mg，竖直向下；电场力 qE，水平向左；细线 oA对 A 的拉力 T1，方向如图；细线 AB 对 A 的拉力 T2，方向如图。由平衡条件得 -q q oABE 图（ 4）图 4B球受力如图（ 3）所示：重力 mg，竖直向下；电场力 qE，水平向右；细线 AB 对 B 的拉力 T2，方向如图。由平衡条件得 联立以 上各式并代入数据，得 如图甲所示， a、 b 两带电小球电荷量分别为 q和 -q，质量均为 m.两球用丝线相连， a 球又用丝线挂在 o 点 .加一个向左的匀强电场，平衡后两线都拉紧，则两球所处位置可能是图乙中的 由此可知， A、 B 球重新达到平衡的位置如图（ 4）所示。与原来位置相比， A 球的重力势能减少了 B 球的重力势能减少了 A 球的电势能增加了WA=qElcos60 B 球的电势能减少了 两种势能总和减少了代入数据解得 7 / 9 (三 )小结（ 5 分钟） 画草图，想情景，选对象，建模型，分析状态和过程；找规律、列方程；检验结果行不行。 (四 )布置作业。 1.质量为 m，电量为 +q 的小球以初速度 v0以与水平方向成 角射出，如图所示，如果在某方向加上一定大小的匀强电场后，能保证小球仍沿 v0 方向做直线运动，试求所加匀强电场的最小值，加了这个电场后，经多长时间速度变为零 ?答案： t=- +o c 2.已知如图，水平放置的平行金属板间有匀强电场。一根长l 的绝缘细绳一端固定在 o 点，另一端系有质量为 m 并带有一定电 荷的小球。小球原来静止在 c 点。当给小球一个水平冲量后，它可以在竖直面内绕 o 点做匀速圆周运动。若将两板间的电压增大为原来的 3 倍，求：要使小球从 c 点开始在竖直面内绕 o 点做圆周运动，至少要给小球多大的水平冲量？在这种情况下，在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大？ 答案： I=m； F=12mg 五 .板书板图设计： 一 .电场中的基本概念、基本性质 1.力的角度：电场力：F=EqF=kQ1Q2/r2 电场强度： E=F/qE=kQ/r2E=U/d2.能的角度：8 / 9 电势差： UAB=WAB/qU=Ed 电场力做功： WAB=qUABW=Fscos 电势能：功能关系： 二 .解题的三条基本途径和优选策略 1.力与运动的观点：受力分析、牛顿运动定律与运动学规律运动学规律：静止，匀速直线规律，匀变速直线运动规律，匀变速曲线运动规律（运动的合成与分解、平抛运动），圆周运动规律（以点电荷为圆心运动或受装置约束运动），带电粒子在交变电场中周期性运动及往复运动。 2.能量的观点：动能定理、功能关系、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律 功能关系：（ 1），（ 2），一对滑动摩擦力对系统的总功为负，除重力或弹力以外只有滑动摩擦力做功时，绝对值能量（机械能、电势能、内能）守恒的表达式： 初态和末态的总能量相等，即 E 初 =E末； 某些形式的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即 E 减 =E 增； 各种形式的能