高中物理-带电粒子在匀强组合场中的运动教学设计学情分析教材分析课后反思

【课前预习案】复合场分为组合场和叠加场：组合场是或是一个电场与一个磁场相邻，或是两个或多个磁场相邻；叠加场是同一区域内有三种场中的两种或者三种。带电粒子在电场中的运动根据的电场力和速度的关系分为：电场力和速度共线：电场力和速度垂直：带电粒子在磁场中的运动根据的磁感应强度和速度的关系分为：v与B平行v与B垂直区分电偏转和磁偏转：在匀强电场中若粒子只受电场力，F与V垂直时粒子的运动轨迹为：在匀强磁场中若粒子只受磁场力，B与V垂直时粒子的运动轨迹为：【课堂探究案】两个探究：一是质谱仪的工作原理、而是带电粒子在三类组合场中的运动探究一：组合场的应用：质谱仪探究二：带电粒子在三类组合场中的运动类型(一)先电场后磁场类型(二)先磁场后电场类型(三)从磁场进磁场学情分析：部分学生的典型错误已经在课件中有所展示主要细节错误有：部分字母运算能力不够（结果中出现未知字母、计算失误、结果加单位……）思路不清晰、不能正确的从全局分析运动的情况。进而正确的画图和带电粒子在磁场中的运动基本思路为定圆心、画轨迹、几何关系求半径；在电场中的匀变速直线运动和类平抛运动。学生能基本做到以下几点：在无边界的匀强磁场中，能够运用公式和几何知识求解相关的物理量。基本掌握简单的单边界磁场的对称性，圆形磁场的“径进径出”模型。基本掌握定圆心，定半径，求时间的基本方法。具备简单的数理结合的能力。效果分析本节课设计的基本理念是：以学生为主体，以学生的发展为中心，让学生明确带电粒子在组合场中的运动的基本思路的，通过了解质谱仪的基本工作原理，进而学会带电粒子在组合场中的运动的处理思路。通过后面的三个题型再对该问题进行深入的把握和学习。质谱仪工作环境中的加速电场、偏转电场和偏转磁场构建物理场景，需要考生将粒子的三维运动简化为匀加速直线运动、匀速圆周运动和类平抛等平面或直线运动，考查了考生将复杂实际问题中的对象、过程转换成物理模型的能力。《带电粒子在组合场中的运动》教材分析：本节内容有带电粒子在电场和磁场中的运动，课本实例为质谱仪、回旋加速器课后练习中涉及到速度选择器、磁流体发电机。考查的角度一般涉及到带电粒子在匀强磁场中的圆周运动及带电粒子在组合场或复合场中的运动。高考命题对本节内容的考查都集中在有界磁场的范畴，而且多数是以压轴题的形式出现：17年新课标全国卷：25题考查油滴在周期电场中的运动18年新课标全国卷：25题带电粒子在电磁场中的运动19年新课标卷：24题考查带电粒子在有界磁场中的运动2020年卷：17题考查质谱仪的工作原理以及应用结合近几年的考查形式，都离不开有界磁场这个载体，因为该部分内容对学生的综合能力要求比较高，能反应学生解决物理问题的综合能力，这也达到了高考的选拔功能。2020年卷第17题利用质谱仪工作环境中的加速电场、偏转电场和偏转磁场构建物理场景，需要考生将粒子的三维运动简化为匀加速直线运动、匀速圆周运动和类平抛等平面或直线运动，考查了考生将复杂实际问题中的对象、过程转换成物理模型的能力。【A组(必做题)】1、如图，在xoy平面内，第I象限内有匀强电场，场强大小为E，方向沿y轴正方向，在x轴正下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，今有一质量为m，电量为e的电子（不计重力），从y轴上的P点以初速度v0垂直于电场方向进入电场，经电场偏转后，沿着与x轴成450进入磁场，并能返回原出发点P。（1）说明电子的运动情况，并作出电子运动轨迹的示意图；（2）求P点离坐标原点的距离h；（3）电子从P点出发经过多长时间第一次返回到P点？2.如图所示，在xOy坐标系的0≤y≤d的区域内分布着沿y轴正方向的匀强电场，在d≤y≤2d的区域内分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的交界面，ab为磁场的上边界。现从原点O处沿x轴正方向发射出速率为v0、比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电粒子，粒子运动轨迹恰与ab相切并返回磁场。已知电场强度E＝eq\f(3v02,2kd)，不计粒子重力和粒子间的相互作用。求：(1)粒子第一次穿过MN时的速度大小和水平位移的大小；(2)磁场的磁感应强度B的大小。3、A、B两个带正电的粒子，所带电荷量分别为q1与q2，质量分别为m1和m2。若不计重力，两粒子由静止开始经相同加速电场加速后，经右板的同一小孔进入同一偏转电场，假设两粒子均能落在B板上，则两粒子是否落在B板同一位置？思路引导：试推导水平位移和速度偏转角的正切值的表达式，然后判断两个粒子是否落在同一位置如果都能打出电场，再推导偏转距离和速度偏角正切值，判断运功轨迹是否重合？探究结论：【上接例2】（3）eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(1,1)H在电场中的运动轨迹是否重合？（4）eq\o\al(2,1)H第一次离开磁场的位置到原点O的距离？【B组(选做思考题)】在如图所示的坐标系内，PQ是垂直于x轴的分界线，PQ左侧的等腰直角三角形区域内分布着匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，AC边有一挡板可吸收电子，AC长为d。PQ右侧为偏转电场，两极板长度为eq\f(1,2)d，间距为d。电场右侧的x轴上有足够长的荧光屏。现有速率不同的电子在纸面内从坐标原点O沿y轴正方向射入磁场，电子能打在荧光屏上的最远处为M点，M到下极板右端的距离为eq\f(1,2)d，电子电荷量为e，质量为m，不考虑电子间的相互作用以及偏转电场边缘效应，求：(1)电子通过磁场区域的时间；(2)偏转电场的电压U；(3)电子至少以多大速率从O点射出时才能打到荧光屏上。课后反思：本节课在过去2017年到2019年的全国卷中都是以压轴题的形式出现，2020年自主命题以后仍是以倒数第二个答题的形式出现，并且有四小问。本届在高考中的地位可见一斑。因此本节内容对学生的绘图、逻辑思维、过程分析、计算、快速建模能力要求都很高。在教授过程中主要还是以锻炼和提升学生的解题思路为主，让学生明确基本题型和应对策略。个人认为还是要在思路分析和过程分析、画运动过程图上下功夫。【课程标准解读】1.会分析带电粒子在组合场中的运动并会画运动轨迹.（重点）2.能灵活选择解题工具计算带电粒子在组合场中相关物理量（难