带电粒子在电场中的运动教学设计

1、普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31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1/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31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31 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”

2、“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

3、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。2/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31课题学生知教识与技学能过程目与方法标情感态度与价值观二、教案带电粒子在电场中的运动普通高中二年级学生1.

4、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 学重点教 学难点教 学方法1. 带电粒子在电场中的加速和偏转问题1. 带电粒子在电场中的偏转问题及应用讲授法、任务驱动、归纳法3/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31教学过程教 学主体内容流程新 课导入（ 复习 导入）1. 匀变速直线运

5、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v v0 ats v0t1 at 222. 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。F ma3. 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W1 mv21 mv22120一、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，

6、若一个质量为m，带正电荷q 的粒子，在静电力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新 课教学q4/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31U、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、粒子等除有说明或有明确暗示外，处时均不计重力。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aFEqqUmmmdv22ad2qUvm解法二动能定理（能量观点）

7、带电粒子的运动过程中，静电力所做的功为：WqU粒子到达负极板时的速率为v ,其动能可以写成:Ek1 mv22由动能定理有 :qU1 mv22qUv2m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：qU1 mv22得：v2qUm5/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31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

8、（减）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，也可以用动理分析 :运动学 :aFEqqUmmmdv22ad2qUvm动能定理：W qUqU1 mv2v2qU2m(2) 在非匀强电场中一般用动能定理分析：qU122qUW qUmvv2m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中， 带电粒子受到静电力沿电场方向的作用，因而会发生偏转。 v0、 dL(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

9、向垂直，所受的电场力是恒力，在初速度方向不受力，v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：6/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31H1 gt 2在重力方向做初速度为0 加速度为 g 的匀加速直线运动：2在初速度方向做速度为v0 的匀速直线运动： Lv0t对带正电粒子以初速度v0 垂直电场线射入电场分析：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：aEqm在初速度方向

10、做匀速直线运动：vv0例：如图，在两个极板 Y和Y'的长度 L=6.0cm, 相距 d 2cm,极板间的电压 U 200V 。一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入时的速度 v0 =3.7 107 m s。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 。7/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31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不变的。加速度是：aFEqeUmmmd电子射出电场时，在垂直于板面方向偏移的距离为：y 1 at

11、 22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l v0t 可求得：tlv0将 a 和 t 带入 y 的表达式，得到：y 1 ? eU ? ( l )22 md v0带入数值后，得：y0.36cm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v0 ，而垂直于板面的分速度是：v at eU ? l md v0离开电场时的偏转角度可由：8/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31v eUltanv0 mdv2代入数值后查表求得：6.8o带电粒子在匀强

12、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。因此不同质量的物体具有相同的加速度 g。但是带电粒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。''问题 1.如果

13、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 1.9一 4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 1.9一 4中标出来。_分别打在荧光屏的Y 置和 X 位置9/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31问题 2.如果在电极 XX '之间不加电压，而在电极 YY'之间所加的电压按图 1.9 5所示的规律随时间变化，在荧光屏上会看到什么图形

14、？试着画出来。_会在 Y 轴上看到一条亮的线问题 3.如果 YY'之间的电压仍然按如图 1.95所示，而在电极 XX ' 之间加不变的电压（ X 正、 X '负），在荧光屏上会看到什么图形？若在之间的电压是 “X负、 X '正 ”呢？试着画出来。_分别如下图所示：10/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31问题 4.如果 YY'之间的电压仍然如图1.9 5所示，而在电极 XX' 之间所加的电压按图1.96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：11/15贵州师范大学物理与电

15、子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31若4中在 XX '之间加的电压如 1.9 7所示的电压，图 1.9 5 的电压和 1.9 7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 YY'上加的是待显示的信号电压，偏转电极 XX '接入仪器自身产生的锯齿形电压（如图 1.9 7），叫做扫描电压。12/15贵州师范大学物理与电子科学学院普通高中课程标准试验教材人教版物理选修3113/15贵州师范大学物理与电子科学学院课 堂小结板书设计普通高中课程标准试验教材人教版物理选修31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的关系牛顿第二定律；（ 2）. 功和能