高中物理-带电粒子在电场中的运动教学设计学情分析教材分析课后反思

《带电粒子在电场中的运动》教学设计一、教学内容

本专题是是历年高考的重点内容。本专题综合性强，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。此外专题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。此外，带电粒子在电场中的运动在技术上被广泛应用，这能较好的体现物理与社会，生活的联系。二、教学目标：

（一）知识与技能

1．理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的运动规律；

2．能用牛顿运动定律和动能定理分析带电粒子在电场中加速；能用运动分解的方法处理带电粒子在电场中的偏转问题。

（二）过程与方法

通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力

（三）情感、态度与价值观

通过探究活动，培养学生严谨的科学态度和合作精神。

三、教学重点

1.分析带电粒子沿场强方向做匀加速直线运动的规律，并用不同方法处理此类问题；

2.分析带电粒子在电场中偏转时的运动规律，能用运动分解的方法处理曲线运动四、教学难点综合运用静电力、电场力做功等概念研究带电粒子在电场中运动时速度、加速度、位移等物理量的改变及能量的转化，尤其是带电粒子在电场中偏转时的偏转距离、偏转角的计算。五、学情分析

对于高三的学生来说，有较好的知识基础，运用力学知识分析带电粒子在电场中的运动情况，探究带电粒子的加速和偏转的规律，只要做好引导，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。六、教学方法

讲授法、归纳法、互动探究法七、教学过程：（一）自主学习（复习并完成填空加深理解）【重点知识梳理】一、带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动1．做直线运动的条件(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子或，或做运动。(2)粒子所受合外力F合≠0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做运动或运动。2．用力和运动观点分析：匀强电场中a＝，E＝，v2－veq\o\al(2,0)＝2ad.3．用功能观点分析(只在电场力作用下)匀强电场中：W＝＝＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)非匀强电场中：W＝＝Ek2－Ek1二、带电粒子在电场中的偏转1．带电粒子在电场中的偏转(1)条件分析：带电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场。(2)运动性质：运动。(3)处理方法：分解成相互垂直的两个方向上的直线运动，类似于运动。(4)运动规律：①沿初速度方向做运动，运动时间a．能飞出电容器：t＝b．不能飞出电容器：y＝＝，t＝②沿电场力方向，做运动加速度：a＝＝＝离开电场时的偏移量：y＝＝离开电场时的偏转角：tanθ＝＝2．带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的。证明：证明：由qU0＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)y＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)·eq\f(qU1,md)·(eq\f(l,v0))2tanθ＝eq\f(qU1l,mdv\o\al(2,0))得：y＝eq\f(U1l2,4U0d)，tanθ＝eq\f(U1l,2U0d)(2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水平位移的中点，即O到偏转电场边缘的距离为eq\f(l,2)。3．带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系当讨论带电粒子的末速度v时也可以从能量的角度进行求解：qEy＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)【预习检测】（完成下面3个小题，检查自己的复习成果）1．下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动,经过相同的电势差U后,则获得速度最大的粒子是（）A．质子HB．氘核HC．粒子HeD．钠离子Na+解析：2．一静止电子开始经电压为U1的加速电场加速后，又垂直于电场线进入电压为U2的两平行金属板间的偏转电场，射出偏转电场时沿电场线方向偏移量为y，要使y增大，则必须使（）A．U1、U2都同比例增大B．U1、U2都同比例减小C．U1减小、U2增大D．U1增大、U2减小解析：3．粒子和质子以相同速度垂直于电场线进入两平行板间匀强电场中，设都能飞出电场，则它们离开匀强电场时，侧向位移之比，动能增量之比_______。解析：我的困惑：我的困惑：（二）授课过程【考纲展示】带电粒子在电场中的运动Ⅱ【考点一】带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动【例1】（多选）如图所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连。若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子()A．所受重力与电场力平衡B．电势能逐渐增加C．动能逐渐增加D．做匀变速直线运动解析：小结：拓展：如果把【例1】中的图换成下面这两个，则该粒子()【变式】如图所示，一电荷量为＋q、质量为m的小物块处于一倾角为37°的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中，小物块恰好静止．重力加速度取g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)水平向右电场的电场强度；(2)若将电场强度减小为原来的eq\f(1,2)，物块的加速度是多大；(3)电场强度变化后物块下滑距离L时的动能．解析：【方法技巧】处理带电粒子在电场中运动的常用技巧(1)微观粒子(如电子、质子、α粒子等)在电场中的运动，通常不必考虑其重力及运动中重力势能的变化．(2)普通的带电体(如油滴、尘埃、小球等)在电场中的运动，除题中说明外，必须考虑其重力及运动中重力势能的变化．【考点二】带电粒子在电场中的偏转【例2】如图所示，真空中水平放置的两个相同极板Y和Y′长为L，相距为d，足够大的竖直屏与两板右侧相距b，在两板间加上可调偏转电压U，一束质量为m、电荷量为＋q的带电粒子(不计重力)从两板左侧中点A以初速度v0沿水平方向射入电场且能穿出。求：(1)两板间所加偏转电压U的范围；(2)粒子到达屏上区域的最大长度。解析：小结：☆☆☆讨论下面两个问题1、？2、？【练习】如图所示，一电子沿OX轴射入电场，在电场中运动轨迹为OCD，已知OA=AB，电子过C、D两点时竖直方向分速度为Vcy和VDy，电子在OC段和OD段动能的增量分别为△Ek1和△Ek2，则A．vcy：vDy=1：2B．vcy：vDy=1：4C．△Ek1：△Ek2=1：3D．△Ek1：△Ek2=1：4【方法技巧】带电粒子在电场中运动问题的两种求解思路(1)运动学与动力学观点①运动学观点是指用匀变速运动的公式来解决实际问题，一般有两种情况：a．带电粒子初速度方向与电场线共线，则粒子做匀变速直线运动；b．带电粒子的初速度方向垂直电场线，则粒子做匀变速曲线运动(类平抛运动)．②当带电粒子在电场中做匀变速曲线运动时，一般要采取类似平抛运动的解决方法．(2)功能观点：首先对带电粒子受力分析，再分析运动形式，然后根据具体情况选用公式计算．①若选用动能定理，则要分清有多少个力做功，是恒力做功还是变力做功，同时要明确初、末状态及运动过程中的动能的增量．②若选用能量守恒定律，则要分清带电粒子在运动中共有多少种能量参与转化，哪些能量是增加的，哪些能量是减少的．【小结】

研究带电粒子在电场中运动的两种途径

（1）力和运动的关系——牛顿第二定律

根据带电粒子受到的电场力及初速度情况，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．这条途径通常适用于匀强电场中粒子做匀变速运动的情况．

（2）功和能的关系——动能定理

电场力对带电粒子做功，引起带电粒子的能量发生变化.利用功能关系研究带电粒子的速度变化、通过的位移、能量的变化等．这条途径也适用于非匀强电场．八、布置作业完成练习题带电粒子在电场中的运动学情分析本部分内容是高考考试大纲中的二级考点。对于高三的学生来说，有较好的知识基础，运用力学知识分析带电粒子在电场中的运动情况，探究带电粒子的加速和偏转的规律，只要做好引导，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。《带电粒子在电场中的运动》效果分析通过本节课我们基本上按照教学设计的内容完成了预定的目标，本班学生在高二新课学习阶段，掌握的不够熟练，基础上存在知识漏洞。现在我把教学课堂进行一下剖析。（一）通过“重点知识梳理”环节，把“带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动”和“带电粒子在电场中的偏转”重新进行了复习。学生通过这部分的复习，对基础知识有了新的认识，大部分能够理解应用。（二）通过“【考点一】带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动”环节，学生加深了对直线运动的理解。学生能够通过自己的分析，确定出物体的运动情况，从而求出相关的物理量。（三）通过“【考点二】带电粒子在电场中的偏转”环节，通过类比的方法学生加深了对偏转的理解。学生能够区分偏转中各个环节的要求及变化。从而为下一步的复习打下坚实的基础。（四）在教学中我们应该充分认识到，课标中对数学能力的要求，学生还有待加强，应用数学解决物理问题还有待提高。带电粒子在电场中的运动教材分析《带电粒子在电场中的运动》是选修3-1第一章静电场的第9节的内容，也是本章的重点内容。在前面复习静电场性质的基础上，本节复习课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。通过对本节知识的复习，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，同时也为以后复习带电粒子在磁场中的运动打下基础。本部分内容是高考考试大纲中的二级考点。带电粒子在电场中的运动是高考命题人出题的重点内容，包括电场力做功的特点，带电粒子在电场中的运动，其中包括加速和偏转两种情况．这部分的考查在考卷中主要以选择题和计算题的形式出现，以考查力电综合的题目为主。本专题是电学的基础，在历年的高考中占有很大的比例，尤其是在力电综合试题中巧妙地把电场和牛顿定律、动能定理和动量定理等知识有机地结合在一起，除此之外，电场问题与生产技术、生活实际、科学研究等知识联系也很多，这些都是命题的新动向．《带电粒子在电场中的运动》测评练习1．如图所示，一质量为m、电荷量为q的小球在电场强度为E、区域足够大的匀强电场中，以初速度v0沿ON在竖直面内做匀变速直线运动．ON与水平面的夹角为30°，重力加速度为g，且mg＝qE，则()A．电场方向竖直向上B．小球运动的加速度大小为gC．小球上升的最大高度为eq\f(v\o\al(2,0),2g)[来源:学_科_网]D．若小球在初始位置的电势能为零，则小球电势能的最大值为eq\f(mv\o\al(2,0),4)2．如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板．质量为m、电荷量为－q的带电粒子(不计重力)，以初速度v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N板，如果要使这个带电粒子能到达M、N两板间距的eq\f(1,2)处返回，则下述措施能满足要求的是()A．使初速度减为原来的eq\f(1,2)B．使M、N间电压加倍C．使M、N间电压提高到原来的4倍D．使初速度和M、N间电压都减为原来的eq\f(1,2)3．如图所示，水平放置的平行板电容器与某一电源相连，它的极板长L＝0.4m，两极板间距离d＝4×10－3m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流以相同的速度v0从两极板中央平行极板射入，开关S闭合前，两极板间不带电，由于重力作用，微粒能落到下极板的正中央．已知微粒质量m＝4×10－5kg、电荷量q＝＋1×10－8C，g＝10m/s2则下列说法正确的是()A．微粒的入射速度v0＝10m/sB．电容器上板接电源正极时微粒有可能从平行板电容器的右边射出电场C．电源电压为180V时，微粒可能从平行板电容器的右边射出电场D．电源电压为100V时，微粒可能从平行板电容器的右边射出电场4．如图所示，在绝缘平面上方存在着足够大的水平向右的匀强电场，带电荷量为＋q的小金属块以一定初动能Ek从A点开始沿水平面向左做直线运动，经L长度到达B点，速度变为零。此过程中，金属块损失的动能有eq\f(3,4)转化为电势能。取A点电势为零，下列说法正确的是()[来源:Zxxk.ComA．摩擦力大小是电场力的eq\f(1,4)B．B点电势能为eq\f(3,4)EkC．再次回到A点时动能为eq\f(3,4)EkD．B点电势为－eq\f(3Ek,4q)5．(多选)如图所示，在竖直平面内有一匀强电场，其方向与水平方向成α＝30°斜向上，在电场中有一质量为m，带电荷量为q的带电小球，用长为L的不可伸长的绝缘细线挂于O点，当小球静止于M点时，细线恰好水平。现用外力将小球拉到最低点P，然后无初速度释放，则以下判断正确的是()A．小球再次到M点时，速度刚好为零B．小球从P到M过程中，合外力对它做了eq\r(3)mgL的功C．小球从P到M过程中，小球的机械能增加了eq\r(3)mgLD．如果小球运动到M点时，细线突然断裂，小球以后将做匀变速曲线运动6．如图所示，真空室中电极K发出的电子(初速度不计)经过电势差为U1的加速电场加速后，沿两水平金属板C、D间的中心线射入两板间的偏转电场，最后打在荧光屏上。C、D两板间的电势差UCD随时间变化的图象如图乙所示，设C、D间的电场可看作匀强电场，且两板外无电场。已知电子的质量为m、电荷量为e(重力不计)，C、D极板长为l，板间距离为d，偏转电压U2，荧光屏距C、D右端的距离为eq\f(l,6)，所有电子都能通过偏转电极。(1)求电子通过偏转电场的时间t0；(2)若UCD的周期T＝t0，求荧光屏上电子能够到达的区域的长度；(3)若UCD的周期T＝2t0，求到达荧光屏上O点的电子的动能。7．如图所示，光滑水平轨道与半径为R的光滑竖直半圆轨道在B点平滑连接，在过圆心O的水平界面MN的下方分布有水平向右的匀强电场．现有一质量为m、电荷量为＋q的小球从水平轨道上A点由静止释放，小球运动到C点离开圆轨道后，经界面MN上的P点进入电场(P点恰好在A点的正上方，如图所示，小球可视为质点，小球运动到C点之前电荷量保持不变，经过C点后电荷量立即变为零)．已知A、B间距离为2R，重力加速度为g，在上述运动过程中，求：(1)电场强度E的大小；(2)小球在圆轨道上运动时的最大速率；(3)小球对圆轨道的最大压力的大小．课后反思带电粒子在电场中的运动形式多样，处理问题的方法、规律很多，考虑所带班级的学生的实际情况，我在这个阶段的教学中，分两个专题(带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动和带电粒子在电场中的偏转)为学生理清思路，加深对力、电知识的理解，培养学生解决问题的能力。

通过对基础知识的复习巩固，加深理解。本节把运动规律及其应用确定为重点。本节要综合运用力学、电学知识并结合能量分析处理问题，学生在这些方面是薄弱环节，故将研究方法及规律的应用确定为难点。本节以学生为主体，探索研究，类比讨论，归纳总结出本节运动规律，目的在于使学生成为学习的主人，教给他们方法。

一、本节课做的比较好的方面：

1、讲练结合：学生是课堂的主体，在每一道例题后面都有一道变式训练题，让学生在理解之后能自行动笔进行训练

，巩固所学知识，加深理解及练习中及时的发现问题。2、设计了拓展检测:针对所教班级的实际情况，在复习教学的过程中设计了拓展检测，弥补学生知识准备不足的缺憾，从最