上海市高中物理拓展型课程Ⅱ《带电粒子在电场中的运动》精品教学设计

1、带电粒子在电场中的运动一、教材分析1、教材地位和作用 本节是上海市高中物理拓展型课程第八讲a部分（侧重理论专题），电场是电学的基础知识，是学好电磁学的关键，带电粒子在电场中的运动问题是物理电学中的重点、难点，它涉及到带电粒子在电场中的受力分析，能量转化，运动合成与分解等诸多知识点，本节是电场知识的重要应用之一。通过对本节知识的学习，学生能够把电场知识和牛顿定律、动能定理、运动的合成与分解等力学知识有机地结合起来，加深对力、电知识的理解，有利于培养学生用物理规律解决实际问题的能力，同时也为以后学习带电粒子在磁场中的运动打下基础。2、教材处理 （1）课时安排：本章内容较多，所以课时设置2课时。第一

2、课时：带电粒子的加速和偏转。第二课时：示波器工作原理，这里只说第一课时的设计。（2）教材内容：本专题是供理科倾向学生的拓展内容，是在原有知识基础上的加深、拓宽和综合应用，本专题有较强的理论分析特征。教材是通过问题探究和例题的形式来研究带电粒子的加速和偏转问题，教材先从能量角度入手研究了带电粒子在电场中的加速，然后又从分析粒子受力情况入手，类比重力场中的平抛运动，研究了带电粒子在匀强电场中的偏转问题。（3）技术处理：1、提出问题：在电场中只对带电粒子加速而不让其偏转可行吗？怎么做？引导学生讨论、探究并设计方案，提高学生研究物理问题的意识。2、进一步设问：如果带电粒子垂直进入匀强电场中会作怎样的运

3、动？引导学生采用类比平抛运动的方法，进行问题思考。3、课中拓展：如果带电粒子先进入加速电场，后进入偏转电场，会怎样运动？目的引导学生建立物理模型。4、课后拓展：带电粒子离开偏转电场以后运动情况又如何？引导学生用所学的知识进行解决，从而提高学生应用知识解决问题的能力。 3、课标考点解读在上海市物理课程标准解读和上海卷考试手册中把本知识学习水平列为c（掌握）级。要求学生具有运用电学知识和力学知识处理力电综合问题的分析、推理能力，以该问题为基础设计出的力电综合问题历来是高考中的热点，2005年上海高考第20题对带电小球在匀强电场中运动情况的辨析 （考虑小球的重力），2007年上海高考第22题对带电小

4、球在电场中的偏转及电场力做功与粒子动能变化规律，2008年上海高考第23题带电粒子在电场中的偏转。二、学情分析 1、知识方面：学生在基础课程和拓展课程中，学生已经比较熟练地掌握了力学和电场的基本知识，熟悉平抛运动规律，理解粒子在电场中的受力特征和功能关系，初步具备了分析有关电场问题的能力。2、能力方面：学生初步掌握了研究物理问题的一些基本方法，抽象思维能力和逻辑思维推理能力有所提高，但是综合分析问题的能力还不高，学生对电场的相关知识理解上就有困难，加上本章公式多，又复杂，学习本节内容会有困难。3、心里方面：由于我们的学生基础薄弱，理解接受能力较弱，本身就不够自信，关键是如何充分调动学生的积极性

5、，使学生在强烈兴趣的驱使下，诱入研究问题之中，通过教师的精心设计，利用已有知识进行新规律的探究，通过教师恰当点拨，师生进行共同探讨，掌握分析问题的方法，在挑战中体验成功的喜悦。三、教学目标（一）知识与技能1、知道带电粒子在电场中受力情况。2、会用动能定理计算带电粒子在电场中的加速问题。3、会利用运动合成与分解分析解决带电粒子的偏转问题，会计算偏转距离和偏转角度。（二）过程与方法1、通过带电粒子的加速和偏转的推导过程，理解研究粒子 在电场中运动的处理方法。通过创设物理情景，运用猜想、类比、演绎和问题教学法，对带电粒子运动的规律进行理论探究。2、让学生动脑（思考）、动笔（推导）、动口（讨论）、动眼

6、（观察）、动耳（倾听），培养学生的多元智能，即让学生主动思维，学会学习。教师通过精心教学设计，帮助学生积极思考、讨论、推理总结规律，进一步培养学生运用推理、分析、表达、建模等方法，提升应用物理知识解决实际问题的能力，进一步养成科学思维的方法。 （三）情感态度与价值观1、 通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。2、 通过电子打在示波管荧光屏上形成的亮斑图形，使学生感受科学与技术的密切关系，感悟科学的神奇和魅力，激发学生探究科学世界的欲望。四、教学重点和难点重点：带电粒子在匀强电场中的加速和偏转。确立依据：利用运动合成与分解解决平抛运动问题是c级学习水平，是高中物理的重要内容之一，粒子的偏转又是

7、示波管的基本原理，所以确定为重点。难点：电学知识和力学知识的结合处理带电粒子偏转问题。确立依据：学生在研究平抛运动时就感到困难，电场知识比较抽象难以理解，带电粒子的偏转是曲线运动，又比较复杂，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。五、教学策略（一） 先行组织者的教学策略复习相关已有知识，如自由落体运动、平抛运动规律、电场知识。最好形成一个学习包构建一个使新旧知识发生联系的桥梁。（二）建构模型的教学策略从书本的理论知识到实际应用，关键在于从实际问题中抽象出物理模型。模型是连接理论和应用的桥梁，经验材料、实验事实和背景知识是构建物理模型的基础，而抽象、等效

8、、假设、类比等则是构建物理模型的基本方法。通过复习旧知识，构建新知识，为学生提供带有挑战性的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能。比如带电粒子在电场中的偏转应用类平抛运动处理。（三）归纳总结的教学策略在物理教学中要注重培养学生归纳总结的良好习惯，归纳总结就是对所学的物理知识进行整理，将一个个零散的知识点建构成有机的物理板块，让学生在整理中巩固提高，本专题就体现了此特点，通过示波器工作原理很好的整合了电场、运动、能量等相关物理知识。（四）探究学习的教学策略让学生自己根据已有知识推导出带电粒子在匀强电场中的加速和偏转规律，获得合理知识结构。提供相应学习包，让学生尝试探究出示波管的工作原理，组织学生分

9、组探究，培养学生的协作、沟通、表达能力和团队精神。六、教法学法指导 1、教学方法教学手段 本节内容为综合应用，没有新知识，所采用的方法也都是学生学习过的科学方法，采用问题解决和探究式教学模式，提出问题，以教师为主导，学生为主体，以学生探究分析主线。通过实验演示创设物理情景，激发学生学习兴趣；通过多媒体模拟，使微观粒子运动的过程宏观化；通过恰当的问题设置和类比方法的应用，点拨学生分析问题的方法和思路；引导学生进行分析、讨论、归纳、总结，使学生动口、动脑、动手，亲身参与获取知识，提高学生的综合素质。 2、学生学习方法指导根据学生已有的知识基础和学生的实际接受能力及心理特点：通过引导学生观察，发现问

10、题； 通过问题的讨论，培养学生分析问题的能力；通过巩固练习加深对知识规律的消化理解；让学生用已有的知识演绎推理、归纳总结出新的规律，培养学生对知识的迁移能力。 七、教学设计思想为了让学生掌握带电粒子在匀强电场中的运动规律，最好的方法是通过实验进行探索研究，但由于高中实验条件所限，在课堂上无法进行带电粒子在电场中的加速和偏转的演示实验，特别是对单个带电粒子的受力分析和运动分析，更是一般实验手段难以解决的，为此，利用现有物理资源库中的相关课件对该问题进行模拟，让学生进行自主探究性学习，通过信息技术与物理学科整合的实现，以达到以学生为主，让学生学会自主学习，自主探究，体会成功的目的。八、教学流程新课

11、引入2008年11月4日，中共中央政治局常委、国务院总理温家宝来到中国科学院高能物理研究所，考察不久前完工的北京正负电子对撞机重大改造工程，并与科学家座谈。在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动（利用课件演示示波器，激发兴趣）。利用带电粒子在电场中加速和偏转就是两种最基本的情况。带电粒子的加速和偏转满足什么规律？设计意图：明确本节课研究内容 新课教学1、知识回顾：（1）静电力做功的计算方法。（2）动能定理的表达式和解题的步骤。（3）准备一个物理问题情景，体会平抛运动的特点和分析方法。设计意图：为后面的学习做准备（构建一个使新旧知识发生联系的桥梁学习包）2、带电粒子在

12、电场中受力情况（1）正负带电粒子在电场中受力分析，着重讨论是否考虑重力？（2）重力远小于电场力时，其重力可以忽略。一般而言微观粒子如电子、质子等除有明确说明和明确暗示外，不记重力。一般而言带电液滴、小球等除有明确说明和明确暗示外，应该考虑重力。设计意图：体现物理中抓主要问题忽略次要问题的方法。3、带电粒子的加速问题（1）教师提问：“只加速粒子而不改变其方向，该怎么办？并求出粒子的末速度？”（2）学生探究活动：引导学生探究并设计方案，相互讨论方案的可行性，提高学生研究问题的物理意识和设计方案的能力。（3）代表交流介绍自己的设计方案，并相互评价。（4）教师总结评价：在匀强电场中处理带电粒子在匀强电

13、场中的加速，可以有三种分析法来处理。即运用牛顿第二运动定律结合运动学公式，运用动能定理、能量守恒定律。带电粒子在非匀强电场中的加速，可采用动能定理和能量守恒定律这两种方法来处理。（5）训练：课本中例1学生自己阅读理解，目的是加深学生对粒子加速问题处理的方法。课本中例2教师要加以点拨，让学生明白研究对象的重力是否考虑的条件，同时培养学生从实际问题中提炼出合理的物理模型（自由落体和匀减速直线运动），能够把复杂问题分解成若干个简单的物理问题进行处理。（6）设问过渡：如果带电粒子垂直进入匀强电场中又会做什么运动？设计意图：培养学生能够独立设计模型，明确问题的处理分析方法，比较辨别各种方法的不同。4、带

14、电粒子的偏转（1）通过电脑演示，展开深入讨论。1）分析粒子的受力情况？2）回忆联想和哪种运动类似？这种运动的研究方法是什么？3）你是否独立或在小组的帮助下通过类比得到粒子运动的研究方法吗？（2）学生讨论并回答问题，师生共同参与得出结论：应用运动的合成与分解来研究粒子的运动，类比平抛运动的研究方法，详见拓，建立数学坐标系，列出运动学方程。设计意图：通过建立坐标系，利用实验的数据进行处理，验证带电粒子的偏转可以用两个分运动来处理，为深入分析粒子运动过程做好准备。（3）深入探究1）粒子的受力示意图2）粒子运动的加速度(a)3）粒子在电场中飞行的时间（t）4）粒子射出电场时的竖直偏转距离（y）5）粒子

15、射出电场时的竖直方向的分速度(v )6）粒子射出电场时的速度偏转角度()（4）学生动手推导，互动交流，通过多媒体展示学生推导的结果。设计意图：创设平台，逐步引导学生通过问题支架的方法寻找问题的突破口，得出结论。（5）练习设置：氢原子的同位素氕、氘、氚以相同的速度垂直进入该匀强电场后射出，比较他们的偏转位移和偏转角度的大小关系。（6）提供表格比较平抛运动和带电粒子的偏转运动的异同设计意图：通过练习，加深学生理解粒子偏转位移和偏转角度与哪些因素（荷质比有关）有关？同时通过类比和比较感受类平抛问题的处理方法。5、带电粒子加速和偏转组合问题处理（拓展）（1）展示粒子运动情景，粒子射出电场时的竖直偏转位

16、移和偏转角度（2）学生动手推导，互动交流，通过多媒体展示学生推导的结果。（3）分析粒子偏转位移和偏转角度与哪些因素有关？设计意图：通过知识整合，把粒子的加速和偏转结合，对前面的知识进行了巩固，同时也为后面示波器的学习奠定了基础。7、课堂小结小结：设置问题1：我们怎样实现对带电粒子的控制？引导学生进行知识小结；设置问题2：学习带电粒子在电场中运动的目的是什么？理论联系实际，培学生开拓意识和创新精神。后教师进行总结处理带电粒子在电场中运动的基本思路： 1、明确研究对象，受力分析研究对象有两种：（1）带电的基本粒子：如电子，质子，正负离子等，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。（2）带电微粒：如

17、带电小球、液滴、尘埃等，一般都考虑重力。 2、运动轨迹和过程分析，带电粒子运动形式决定于粒子的受力情况和初速度情况。3、解题的依据：（1）力的观点：牛顿运动定律和运动学公式。（2）能量的观点：动能定理和能量守恒定律。8、课后作业带电粒子射出电场以后运动情况（拓展）问题1：带电粒子射出电场以后运动情况？问题2：提供示波器的flash课件资料开展拓展训练？（本例题为示波管的学习奠定基础） 如图所示，真空室中电极k发出电子（初速度不记）经过u1的加速电场后，由小孔s沿两水平金属板a、b间的中心线射入。a、b板长为l，相距为l，偏转电压为u2。电子穿过金属板后，打到右侧的荧光屏上，荧光屏到极板右侧的距

18、离为b，求打在荧光屏上的亮点距中心的距离y为多少？9、板书设计（多媒体）课题：带电粒子在电场中的运动一、粒子加速问题二、粒子偏转问题三、粒子加速和偏转组合问题处理方法和步骤：1、明确研究对象和受力分析。2、进行运动轨迹和过程分析。3、处理粒子运动问题的观点：（1）力的观点：牛顿运动定律和运动学公式。（2）能量的观点：动能定理和能量守恒定律。九、教学评价1、运用先进教学理念，通过信息技术与物理学科的整合，采用探究式教学，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、以学生为课堂主体，老师起着引领方向和监控全局的作用。老师的主导作用表现在课前精心设计、课中的恰当点拨，课后的帮扶跟进。 3、这个专题课的重点是推导、理解规律而非计算，因此例题采用字母，节约因为在计算上花费太多时间。4、采用多媒体技术，免去板书时间，大大提高课堂执行效率。同时通过多媒体演示可以把微观世界宏观体现，加深学生的印象。十、课后反思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，影响对后续知识的理解。但培养学生的自主学习能力很重要，不能越俎代庖，代替学生进行推导。要让学生逐渐适应探究学习，提高独立