教案-示波器的奥秘

第二届全国中小学教案评比《示波器的奥秘》粤教版教材选修3-1模块第一章第6节作者姓名：巫有胜工作单位：大埔县虎山中学联系电话箱：yousheng168@163.com【课题】第六节、示波器的奥秘（1课时）【教学内容分析】1、课程标准对本节的要求：理解带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理。2、教材的地位与作用：教材主要讨论带电粒子在匀强电场中的运动情况，本节内容是电学和力学知识的综合应用，既应用到力学的分析知识，又揭示了电场世界的客观性。全节有三个三级主题内容：“带电粒子的加速”、“带电粒子的偏转”、“示波器探秘”。学好本节内容，既可以复习平抛运动知识，又可以锻炼学生类比的思维，使学生了解物理学的研究方法，尝试理论解决实际问题。3、教材的编写思路：教材编写根据学生认知的特点，采用先易后难、循序渐进的方法。内容上先安排研究带电粒子在电场中做匀加速直线运动，然后利用动能定理解决问题，随后安排“讨论与交流”让学生们讨论用匀变速直线运动规律研究。教材第二部分则安排了带电粒子在电场中偏转的内容，揭示电场使带电粒子偏转的原理。最后最后讨论示波管，是带电粒子在电场中的加速和偏转问题的实际应用，使学生们了解到示波器并不神秘。4、教材的特点：第一，揭示电场中的运动与高一的运动有着相似的规律；第二，注重学生的认知规律，循序渐进，重视学生思考能力培养；第三、讨论示波管，是带电粒子在电场中的加速和偏转问题的应用，体现理论在生产和生活中的应用。5、教材处理：带电粒子在电场中的运动，常见的有加速、减速、偏转、圆周运动等几种。实际上，运动规律跟力学中的质点运动时相同的，只是在分析物体受力时，要注意电场力的存在。所以上课时可以由复习高一的力学规律入手引入本节内容的研究。本节教学宜适当使用flash动画，把示波管的奥秘直观化、生动化。【教学对象分析】1、学生的兴趣：理科生具有好奇、好强、好探究的心理特点。教学中要注意培养学生对物理的兴趣，充分展示示波器的作用，调动学生学习的积极性和主动性。2、学生的知识基础：学生已经学过受力分析、匀变速直线运动规律、平抛运动规律等相关知识。教学中要充分利用学生的已有的知识经验，使学生积极主动地参与教学过程。3、学生的认识特点：一方面，通过演示示波器的用途，使学生对本节内容产生浓厚的兴趣；另一方面，指出带电粒子在电场中的运动规律跟力学中的质点运动时相同的，只是在分析物体受力时，要注意电场力的存在，使学生没有畏难得负担。教学中要引导学生理解解决问题的思路和方法，不要让学生死记硬背公式。教学手段上也要充分利用flash课件的特点，化抽象为具体，启发学生思维。【教学目标】1、知识与技能(1)理解带电粒子在匀强磁场中加速和偏转的原理。(2)能用带电粒子在电场中运动的规律，分析解决实际问题。(3)了解示波管的构造和原理。2、过程与方法通过探究带电粒子在匀强电场中的运动规律，了解物理学的研究方法，尝试解决实际问题。通过查阅资料了解示波器的原理，培养学生自主学习的能力。3、情感态度与价值观了解带电粒子在匀强电场中的运动规律对科技进步的积极作用，培养学生参与科学探究活动的热情，培养将科学服务人类的意识。【教学重点】带电粒子在匀强磁场中加速和偏转的原理【教学难点】带电粒子在匀强磁场中的偏转【教学策略】先学后教、当堂训练。【教具及教学媒体运用】J2459学生示波器、flash课件和PPT课件、学案示波器实物展示和使用【教学流程图】示波器实物展示和使用复习匀变速直线运动规律、平抛运动规律创设情景导入新课复习匀变速直线运动规律、平抛运动规律创设情景导入新课给出本节学习内容、学习目标给出本节学习内容、学习目标学生自学明确学习目标小组自学学生自学明确学习目标小组自学学生分小组讨论交流自学成果学生分小组讨论交流自学成果教师与学生一起总结规律，引导学生完善带电粒子在电场中的运动规律教师与学生一起总结规律，引导学生完善带电粒子在电场中的运动规律教师点拨总结规律教师点拨总结规律解析学生在自学过程中遇到的疑问解析学生在自学过程中遇到的疑问当堂练习当堂练习知识应用当堂训练知识应用当堂训练通过讲解练习，补充完善所学知识，培养应用知识的能力通过讲解练习，补充完善所学知识，培养应用知识的能力【教学过程设计】教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图[创设情景，引入课题]实物引入：J2459学生示波器。问：示波器是用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，它可以观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。那么它是如何设计制作的，它运用了哪些原理呢？观察好奇兴奋思考用贴近生活的电子设备引入课题，提出要解决的问题，激发学生学习兴趣。教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图[复习知识，做好铺垫]复习：匀变速直线运动规律、平抛运动规律。例如平抛运动规律：（1）速度规律以抛出点为坐标原点，水平方向为x轴（正方向和初速度v0的方向相同），竖直方向为y轴，正方向向下，则水平分速度：Vx＝V0竖直分速度：Vy＝gt合速度：（2）位移规律以抛出点为坐标原点，水平方向为x轴（正方向和初速度v0的方向相同），竖直方向为y轴，正方向向下，则水平位移：x=V0t竖直位移：合位移：分析两种运动的规律回顾思考回答复习旧知识，为下面的内容做好铺垫。教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图[明确学习目标，小组自学]课件出示本节教学目标：（1）理解带电粒子在匀强磁场中加速和偏转的原理。（2）了解示波管的构造和原理。指导说明本节学习目标；指导学生小组讨论小组讨论、自学“先学后教”之——“先学”环节[小组交流讨论自学成果]让几个小组表述他们组的研究结果。组织学生讨论交流自学成果，并积极发现问题思考发言让学生发现问题，并积极思考[教师点拨，总结规律]1、带电粒子的加速问题：带电粒子要想在电场中被加速，该怎么办？结论：要使带电粒子加速，必须使带电粒子加速度方向与速度方向相同。U＋U＋－q方法一：根据动力学和运动学方法求解平行金属板间的场强：E＝EQ\F(U,d)带电粒子受到的电场力：F＝qE＝EQ\F(qU,d)带电粒子的加速度：a＝EQ\F(F,m)＝EQ\F(qU,md)带电粒子从正极板运动到负极板做初速度为零的匀加速直线运动，设到达负极板的速度为v，根据运动学公式有：v2＝2ad解得：v＝EQ\R(EQ\F(2qU,m))(点评：动力学和运动学方法只适用于匀强电场)方法二：根据动能定理求解带电粒子在运动过程中，电场力所做的功W＝qU。设带电粒子到达负极板时的动能Ek＝EQ\F(1,2)mv2，由动能定理可知qU＝EQ\F(1,2)mv2－EQ\F(1,2)mv02由此可求出v＝EQ\R(EQ\F(2qU,m))(点评：根据动能定理求解，过程简捷。不仅适用于匀强电场，同样适用于两金属板是其它形状，中间的电场不是匀强电场的情况)(CAI课件展示)2、带电粒子的偏转问题：如何利用电场使带电粒子偏转呢？结论：要使带电粒子偏转，即速度方向发生变化，必须使粒子的加速度方向与速度方向之间有一夹角。其中最简单的就是加速度方向与速度方向垂直的情况。(CAI课件展示，当速度方向与加速度方向垂直时的运动情况)如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y′，板间距离为d，在两板间加以电压U。现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子以水平速度v0射入电场中，求：＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－LdYY′yv0y′x(1)带电粒子在电场中的运动及运动方程带电粒子沿极板方向作速度为v0的匀速运动；垂直于极板方向作初速度为零的匀加速运动。粒子的运动类似平抛运动。以进入点为坐标原点，沿极板方向取x轴，垂直于极板方向取y轴，则粒子在电场中的运动方程为x＝v0ty＝EQ\F(1,2)at2＝EQ\F(qU,2md)t2解得：y＝EQ\F(qU,2mdv02)x2(抛物线轨迹方程)(2)带电粒子飞过电场的时间T＝EQ\F(L,v0)(3)带电粒子离开电场时偏转的侧位移y＝EQ\F(1,2)at2＝EQ\F(qUL2,2mdv02)＝EQ\F(L,2)tanφ＝EQ\F(UL2,4v02U′) (U＇为进入偏转电场前的加速电压)(4)带电粒子离开电场时的速度大小vx＝v0vy＝v⊥＝aT＝EQ\F(qUL,mdv0)v＝EQ\R(vx2＋vy2)＝EQ\R(v02＋(EQ\F(qUL,mdv0))2)(5)带电粒子离开电场时的偏角v0v⊥vφtanφ＝EQ\F(vy,vx)＝EQ\F(v⊥,v0)＝EQ\F(qL,mdv02)U＝EQ\F(UL,2dU′)v0v⊥vφφ＝arctan(EQ\F(qL,mdv02)U)可以证明，将带电粒子的速度方向反向延长后交于极板中线上的中点。3、示波管的原理问题：刚才我们讨论了带电粒子在电场中的加速和偏转，那么，有什么实际意义呢？示波管就是利用带电粒子在电场中的加速和偏转规律制成的。(1)构造及作用①电子枪发射并加速电子。②偏转电极YY＇：使电子束竖直偏转(加信号电压)；XX＇：使电子束水平偏转(加扫描电压)。③荧光屏④玻璃壳(2)原理YY＇的作用：被电子枪加速的电子在YY＇电场中做匀变速曲线运动，出电场后做匀速直线运动，最后打到荧光屏上。由y＇＝EQ\F(qL2,mdv02)(x＋EQ\F(L,2))U知，y＇与U成正比。XX＇的作用：演示：示波器的扫描过程，扫描频率由慢变快。演示：用示波器分别演示竖直亮线和水平亮线；加正弦交变电压，显示正弦曲线。当扫描电压和信号电压的周期相同时，荧光屏上将出现稳定的波形。(CAI课件：模拟示波器的构造并简析其工作原理)总结学生结论，归纳知识点总结学生结论，归纳知识点总结学生结论，归纳知识点思考配合回答思考配合回答思考配合回答师生共同归纳知识点，以加深学生理解（先学后教之——“后教”环节）师生共同归纳知识点，以加深学生理解师生共同归纳知识点，以加深学生理解[知识应用，当堂练习]完成【学案设计】中的当堂训练练习分析解题思路，并归纳总结先练习后听讲巩固与完善所学知识点[布置作业]课本P33：8、9【板书设计】第六节示波器的奥秘1、带电粒子的加速方法一：根据动力学和运动学方法求解(点评：动力学和运动学方法只适用于匀强电场)方法二：根据动能定理求解＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－LdYY′yv0y′x2、带电粒子的偏转(1)带电粒子在电场中的运动及运动方程(2)带电粒子飞过电场的时间：T＝EQ\F(L,v0)(3)带电粒子离开电场时偏转的侧位移：y＝EQ\F(1,2)at2＝EQ\F(qUL2,2mdv02)＝EQ\F(L,2)tanφ(4)带电粒子离开电场时的速度大小(5)带电粒子离开电场时的偏角tanφ＝EQ\F(vy,vx)＝EQ\F(v⊥,v0)＝EQ\F(qL,mdv02)Uφ＝arctan(EQ\F(qL,mdv02)U)可以证明，将带电粒子的速度方向反向延长后交于极板中线上的中点。(6)带电粒子射出偏转电场后打到荧光屏上3、示波管的原理(1)构造及作用(2)原理【学案设计】【课题】：第六节示波器的奥秘【学习目标】1.熟知带电粒子在匀强电场中的各种运动2.了解示波管，示波器及其应用【知识扫描】1．带电粒子在匀强电场中的平衡（1）带电粒子在匀强电场中静止时，如果只受重力和电场力，则电场力的方向为。若带电粒子的质量为m,电场的强度为E,则粒子的带电荷量为__________,若粒子带负电,场强方向为______________,粒子带正电,场强方向为_________________。（2）带电粒子在匀强电场中作匀速直线运动，且只受重力和电场力，必有________等于__________；设匀强电场两极板电压为U，板间距离为d,带电粒子的电荷量为+q，则电容器的_________带正电荷；带电粒子的质量为_____________。（3）带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与___________在同一直线上,做_________________运动。（4）粒子只受电场力作用，动能变化量等于电场力做的功，其动能定理表达式为____________(初速度为零时)，__________________________(初速度不为零时),上面公式适用于一切电场.2．带电粒子在电场中的偏转（1）不考虑带电粒子的重力，粒子以速度v0垂直于电场方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成________角的电场力作用而做____________运动。沿初速度方向做_____________运动；沿电场力方向做_______________运动。（2）上述运动，粒子的加速度a=___________=___________=____________(板间距离为d，电压为U)；射出电场的时间（板长为l），则离开电场的侧位移为______________,偏转角tanθ=________________。【当堂训练】1、若带正电荷的小球只受到电场力作用，则它在任意一段时间内（）A、一定沿电场线由高电势处向低电势处运动B、一定沿电场线由低电势处向高电势处运动C、不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动D、不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动2、如图所示，质量为m、电量为q的带电微粒，以初