高中物理 1.9带电粒子在匀强电场中的运动教案 新人教版选修31.doc

带电粒子在匀强电场中的运动教学设计一、课题 带电粒子在匀强电场中的运动人民教育出版社课标教材选修31，2010年4月第3版，第一章第9节二、教材内容和学情分析教材内容1带电粒子在电场中的运动是高二学习了基础教材电场、电势差、电场力做功与电势能等内容之后再学习的拓展内容。2通过本章节的学习，进一步理解力与运动、功与能的关系。把电场概念与运动学、力学联系起来，学习运用运动的合成与分解、牛顿定律、动能定理解题，提高分析问题的能力、综合能力、用数学方法解决物理问题的能力。3在高考中，是重点内容，属于级要求。这一节主要研究带电粒子在静电场中的运动问题，是对电场强度和电势分别描述电场的力的性质和能的性质的综合应用。近几年高考中对带电粒子在电场中的运动考察频率较高，尤其是在与力学知识的综合中巧妙的把电场，牛顿定律，功能关系等相联系命题。这样能较好的检测考生的综合应用能力，电学知识解决实际问题的能力。学情分析思维基础：平时教学中，注重“模型分析猜想实验验证上升理论”模式的教学，学生已习惯于这种科学探究的学习模式。心理特点：学生在强烈兴趣（实验引入）的驱使下，利用已有知识进行新规律的探究，既有挑战性，也有成就感。已有知识：学生熟悉自由落体运动规律；理解粒子在电场中的受力特征和功能关系。 另由于本校学生的基础比较差，学习有一定难度，所以用匀强电场为例来讲解带电粒子在电场中的加速和偏转，且只选粒子初速度方向与电场方向平行和垂直两种情况。三、三维目标知识与能力1、理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，并能分析和解决加速和偏转方面的问题。2、知道示波管的基本原理。3、让学生动脑（思考）、动笔（推导）、动手（实验）、动口（讨论）、动眼（观察）、动耳（倾听），培养学生的多元智能。过程与方法1、通过复习自由落体运动规律，由学生自己推导出带电粒子在匀强电场中的加速和偏转规律。2、通过由浅入深、层层推进的探究活动，让学生逐步了解示波管的基本原理。3、使学生进一步发展“猜想实验理论”的科学探究方法，让学生主动思维，学会学习。情感态度与价值观1、通过理论分析与实验验证相结合，让学生形成科学世界观：自然规律是可以理解的，我们要学习科学，利用科学知识为人类服务。2、利用带电粒子在示波管中的蓝色辉光、示波器上神奇变换的波形，展现科学现象之美，激发学生对自然科学的热爱。四、教学思想启发式教学五、重、难点分析重点分析： 初速度为零时，粒子沿场强方向做匀加速直线运动；垂直于场强方向入射时，粒子的运动为抛物线运动难点分析：带电粒子在电场中的偏转中的侧移量、偏转角的掌握。归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。六、教学策略带电粒子在电场中加速和偏转的原理，是本节的重点。通过观察带电粒子在电场中的加速、偏转实验来增加直观性。由于带电粒子的偏转是曲线运动，比较复杂，学生理解起来有一定的困难，故作为本节的难点，通过类比重力场中的平抛运动突破难点。对以上重难点内容，通过例题来突出和突破。七、教学方法讲授法、归纳法、互动探究法八、课前准备1学生的学习准备：预习牛顿第二定律的内容是什么，能定理的表达式是什么，抛运动的相关知识点。2教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案3、教具：多媒体课件九、课时安排：1课时十、教学过程分析和设计(一)预习检查、总结疑惑教师活动：引导学生复习回顾相关知识点（1）牛顿第二定律的内容是什么?（2）动能定理的表达式是什么?（3）平抛运动的相关知识点。（4）静电力做功的计算方法。学生活动：结合自己的实际情况回顾复习。师生互动强化认识：（1）a=f合/m（注意是f合）（2）（注意是合力做的功）（3）平抛运动的相关知识（4）w=fxcos（恒力匀强电场） w=qu（任何电场） 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。（二）情景导入、展示目标带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化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。具体应用有哪些呢?本节课我们来研究这个问题以匀强电场为例。实验引入，激发兴趣1、接通示波管电源，演示带电粒子在电场中运动撞击气体而发出蓝色辉光，调节加速和偏转电压，轨迹发生改变，引发学生强烈兴趣。指出蓝色辉光不是电子，但可以显示电子运动轨迹，如图所示。2、接通示波器电源，演示荧光屏上的正弦图像，如图所示。（三）合作探究、精讲点拨 带电粒子的加速 1、探究1带电粒子经过电压u加速，如何求获得的速度？ 教师活动：提出问题要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办?（相关知识链接：合外力与初速度在一条直线上，改变速度的大小；合外力与初速度成90，仅改变速度的方向；合外力与初速度成一定角度，既改变速度的大小又改变速度的方向）学生探究活动：结合相关知识提出设计方案并互相讨论其可行性。学生介绍自己的设计方案。师生互动归纳：（教师要对学生进行激励评价）方案1：v0=0，仅受电场力就会做加速运动，可达到目的。方案2：v00，仅受电场力，电场力的方向应同v0同向才能达到加速的目的。教师投影：加速示意图学生探究活动：上面示意图中电荷电性换一下能否达到加速的目的?（提示：从实际角度考虑，注意两边是金属板）学生汇报探究结果：不可行，直接打在板上。学生活动：结合图示动手推导，当v0=0时，带电粒子到达另一板的速度大小。（教师抽查学生的结果展示、激励评价）教师点拨拓展：方法一：先求出带电粒子的加速度：再根据 v2-v02=2ad可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度方法方法二：由w=qu及动能定理：深入探究：（1）结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件（w=fxos恒力 w=uq 任何电场）讨论各方法的实用性。（2）若初速度为v0（不等于零），推导最终的速度表达式。学生活动：思考讨论，列式推导（教师抽查学生探究结果并展示）教师点拨拓展：（1）推导：设初速为v0，末速为v，则据动能定理得所以（v0=0时，v= ）方法渗透：理解运动规律，学会求解方法，不去死记结论。（2）方法一：必须在匀强电场中使用（f=qe，f为恒力，e恒定）方法二：由于非匀强电场中，公式w=qu同样适用，故后一种可行性更高，应用程度更高。实例探究：课本p34例题1第一步：学生独立推导。第二步：对照课本解析归纳方法。第三步：教师强调注意事项。（计算先推导最终表达式，再统一代入数值运算，统一单位后不用每个量都写，只在最终结果标出即可）过渡：如果带电粒子在电场中的加速度方向不在同一条直线上，带电粒子的运动情况又如何呢?下面我们通过一种较特殊的情况来研究。学生动笔推导，老师巡堂，找一个书写正确工整的手稿投影在大屏幕上，其它学生对照。此处为刚学内容，一般学生都能很快由动能定理推出速度。从快处理。带电粒子的偏转2、提问：平抛运动的规律？ 学生动笔推导，老师巡堂，找一个书写正确工整的手稿投影在大屏幕上，其它学生对照。此处知识简单，从快处理。3、探究2教师投影：如图所示，带电粒子以初速度0垂直电场方向进入偏转电场，从另一端穿出。粒子在电场中做何运动？其偏转距离y和偏转角的正切值tan如何计算？与u有何关系？如图二所示。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）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）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、粒子等，由于质量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较大，重力一般不能忽略。（2）带电粒子以初速度v0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90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。cai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：设电荷带电荷量为q，平行板长为l，两板间距为d，电势差为u，初速为v0试求：（1）带电粒子在电场中运动的时问（2）粒子运动的加速度。（3）粒受力情况分析。（4）粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。（5）粒子在离开电场时竖直方向的分速度。（6）粒子在开电场时的偏转角度。学生活动：结合所学知识，自主分析推导。（教师抽查学生活动结果并展示，教师激励评价）投影示范解析：解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。粒子在电场中的运动时间 t= l/v0 加速度 a= qu/md竖直方向的偏转距离：y= 粒子离开电场时竖直方向的速度为vy=at= 粒子离开电场时的偏转角度为：tan= 拓展：若带电粒子的初速v0是在电场的电势差u1下加速而来的（从零开始），那么上面的结果又如何呢?（y，）学生探究活动：动手推导、互动检查。（教师抽查学生推导结果并展示：结论：tan= 学生推导，老师巡堂，个别指导。时间约5分钟。找一个书写正确工整的手稿投影在大屏幕上，教师作出评价，其它学生对照。3、示波管的原理出示示波器，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。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。十一、板书设计 带电粒子在电场中的运动 (一)、带电粒子的加速 设初速为v0，末速为v，由w=qu及动能定理： 得： 到达另一板时的速度为： 当v0=0时，v= （二）、带电粒子的偏转 y= tan= （三）、示波管的原理 十二 、教学反思 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【教学评价与反思】一、成功之处1、运用国内外先进教学理念，采用探究式教学，支架式设计，让学生自己获得规律，理解原理，学生的学习效果和知识的牢固程度要远远优于传统教学模式。2、采用“理论猜想实验理论”模式，有效调动学生多种感官，发展学生多元智能，面向全体学生，让具有不同特点的学生都能得到发展，注重因材施教。3、以学生为课堂主体，老师起着引领方向和监控全局的作用。老师的主体作用表现在课前：如何引入？如何设问？如何设计探究的层次和难度？设计合理的教学设计，永远是一项极具挑战性和创造性的工作。4、这节课的重点是推导、理解规律而非计算。为了避免在计算上花费太多时间，两个例题中都不要求算出结果，因为粒子速度、偏转距离和偏向角对示波管的原理影响都不大。但有一个数据是很重要的粒子穿过偏转电场的时间极短。把此细节放大，是为了让学生理解偏转距离随偏转电压同步变化，这是理解示波管原理的关键所在。 5、采用多媒体技术，免去板书时间，大大提高课堂执行效率。采用幻灯片投影，方便学生交流学习成果。二、问题反思1、学生能力因人而异，在推导规律过程中，少数学生不能按时完成，影响对后