上海市高中物理拓展型課程Ⅱ《帶電粒子在電場中的運動》精品教學(xué)設(shè)計

1、帶電粒子在電場中的運動一、教材分析1、教材地位和作用 本節(jié)是上海市高中物理拓展型課程第八講a部分（側(cè)重理論專題），電場是電學(xué)的基礎(chǔ)知識，是學(xué)好電磁學(xué)的關(guān)鍵，帶電粒子在電場中的運動問題是物理電學(xué)中的重點、難點，它涉及到帶電粒子在電場中的受力分析，能量轉(zhuǎn)化，運動合成與分解等諸多知識點，本節(jié)是電場知識的重要應(yīng)用之一。通過對本節(jié)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠把電場知識和牛頓定律、動能定理、運動的合成與分解等力學(xué)知識有機地結(jié)合起來，加深對力、電知識的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生用物理規(guī)律解決實際問題的能力，同時也為以后學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中的運動打下基礎(chǔ)。2、教材處理 （1）課時安排：本章內(nèi)容較多，所以課時設(shè)置2課時。第一

2、課時：帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)。第二課時：示波器工作原理，這里只說第一課時的設(shè)計。（2）教材內(nèi)容：本專題是供理科傾向?qū)W生的拓展內(nèi)容，是在原有知識基礎(chǔ)上的加深、拓寬和綜合應(yīng)用，本專題有較強的理論分析特征。教材是通過問題探究和例題的形式來研究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)問題，教材先從能量角度入手研究了帶電粒子在電場中的加速，然后又從分析粒子受力情況入手，類比重力場中的平拋運動，研究了帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)問題。（3）技術(shù)處理：1、提出問題：在電場中只對帶電粒子加速而不讓其偏轉(zhuǎn)可行嗎？怎么做？引導(dǎo)學(xué)生討論、探究并設(shè)計方案，提高學(xué)生研究物理問題的意識。2、進一步設(shè)問：如果帶電粒子垂直進入勻強電場中會作怎樣的運

3、動？引導(dǎo)學(xué)生采用類比平拋運動的方法，進行問題思考。3、課中拓展：如果帶電粒子先進入加速電場，后進入偏轉(zhuǎn)電場，會怎樣運動？目的引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型。4、課后拓展：帶電粒子離開偏轉(zhuǎn)電場以后運動情況又如何？引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的知識進行解決，從而提高學(xué)生應(yīng)用知識解決問題的能力。 3、課標(biāo)考點解讀在上海市物理課程標(biāo)準(zhǔn)解讀和上海卷考試手冊中把本知識學(xué)習(xí)水平列為c（掌握）級。要求學(xué)生具有運用電學(xué)知識和力學(xué)知識處理力電綜合問題的分析、推理能力，以該問題為基礎(chǔ)設(shè)計出的力電綜合問題歷來是高考中的熱點，2005年上海高考第20題對帶電小球在勻強電場中運動情況的辨析 （考慮小球的重力），2007年上海高考第22題對帶電小

4、球在電場中的偏轉(zhuǎn)及電場力做功與粒子動能變化規(guī)律，2008年上海高考第23題帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)。二、學(xué)情分析 1、知識方面：學(xué)生在基礎(chǔ)課程和拓展課程中，學(xué)生已經(jīng)比較熟練地掌握了力學(xué)和電場的基本知識，熟悉平拋運動規(guī)律，理解粒子在電場中的受力特征和功能關(guān)系，初步具備了分析有關(guān)電場問題的能力。2、能力方面：學(xué)生初步掌握了研究物理問題的一些基本方法，抽象思維能力和邏輯思維推理能力有所提高，但是綜合分析問題的能力還不高，學(xué)生對電場的相關(guān)知識理解上就有困難，加上本章公式多，又復(fù)雜，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容會有困難。3、心里方面：由于我們的學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，理解接受能力較弱，本身就不夠自信，關(guān)鍵是如何充分調(diào)動學(xué)生的積極性

5、，使學(xué)生在強烈興趣的驅(qū)使下，誘入研究問題之中，通過教師的精心設(shè)計，利用已有知識進行新規(guī)律的探究，通過教師恰當(dāng)點撥，師生進行共同探討，掌握分析問題的方法，在挑戰(zhàn)中體驗成功的喜悅。三、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1、知道帶電粒子在電場中受力情況。2、會用動能定理計算帶電粒子在電場中的加速問題。3、會利用運動合成與分解分析解決帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問題，會計算偏轉(zhuǎn)距離和偏轉(zhuǎn)角度。（二）過程與方法1、通過帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的推導(dǎo)過程，理解研究粒子 在電場中運動的處理方法。通過創(chuàng)設(shè)物理情景，運用猜想、類比、演繹和問題教學(xué)法，對帶電粒子運動的規(guī)律進行理論探究。2、讓學(xué)生動腦（思考）、動筆（推導(dǎo)）、動口（討論）、動眼

6、（觀察）、動耳（傾聽），培養(yǎng)學(xué)生的多元智能，即讓學(xué)生主動思維，學(xué)會學(xué)習(xí)。教師通過精心教學(xué)設(shè)計，幫助學(xué)生積極思考、討論、推理總結(jié)規(guī)律，進一步培養(yǎng)學(xué)生運用推理、分析、表達、建模等方法，提升應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力，進一步養(yǎng)成科學(xué)思維的方法。 （三）情感態(tài)度與價值觀1、 通過知識的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的精神。2、 通過電子打在示波管熒光屏上形成的亮斑圖形，使學(xué)生感受科學(xué)與技術(shù)的密切關(guān)系，感悟科學(xué)的神奇和魅力，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)世界的欲望。四、教學(xué)重點和難點重點：帶電粒子在勻強電場中的加速和偏轉(zhuǎn)。確立依據(jù)：利用運動合成與分解解決平拋運動問題是c級學(xué)習(xí)水平，是高中物理的重要內(nèi)容之一，粒子的偏轉(zhuǎn)又是

7、示波管的基本原理，所以確定為重點。難點：電學(xué)知識和力學(xué)知識的結(jié)合處理帶電粒子偏轉(zhuǎn)問題。確立依據(jù)：學(xué)生在研究平拋運動時就感到困難，電場知識比較抽象難以理解，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)是曲線運動，又比較復(fù)雜，學(xué)生理解起來有一定的困難，故作為本節(jié)的難點，通過類比重力場中的平拋運動突破難點。五、教學(xué)策略（一） 先行組織者的教學(xué)策略復(fù)習(xí)相關(guān)已有知識，如自由落體運動、平拋運動規(guī)律、電場知識。最好形成一個學(xué)習(xí)包構(gòu)建一個使新舊知識發(fā)生聯(lián)系的橋梁。（二）建構(gòu)模型的教學(xué)策略從書本的理論知識到實際應(yīng)用，關(guān)鍵在于從實際問題中抽象出物理模型。模型是連接理論和應(yīng)用的橋梁，經(jīng)驗材料、實驗事實和背景知識是構(gòu)建物理模型的基礎(chǔ)，而抽象、等效

8、、假設(shè)、類比等則是構(gòu)建物理模型的基本方法。通過復(fù)習(xí)舊知識，構(gòu)建新知識，為學(xué)生提供帶有挑戰(zhàn)性的內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能。比如帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)應(yīng)用類平拋運動處理。（三）歸納總結(jié)的教學(xué)策略在物理教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的良好習(xí)慣，歸納總結(jié)就是對所學(xué)的物理知識進行整理，將一個個零散的知識點建構(gòu)成有機的物理板塊，讓學(xué)生在整理中鞏固提高，本專題就體現(xiàn)了此特點，通過示波器工作原理很好的整合了電場、運動、能量等相關(guān)物理知識。（四）探究學(xué)習(xí)的教學(xué)策略讓學(xué)生自己根據(jù)已有知識推導(dǎo)出帶電粒子在勻強電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律，獲得合理知識結(jié)構(gòu)。提供相應(yīng)學(xué)習(xí)包，讓學(xué)生嘗試探究出示波管的工作原理，組織學(xué)生分

9、組探究，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作、溝通、表達能力和團隊精神。六、教法學(xué)法指導(dǎo) 1、教學(xué)方法教學(xué)手段 本節(jié)內(nèi)容為綜合應(yīng)用，沒有新知識，所采用的方法也都是學(xué)生學(xué)習(xí)過的科學(xué)方法，采用問題解決和探究式教學(xué)模式，提出問題，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，以學(xué)生探究分析主線。通過實驗演示創(chuàng)設(shè)物理情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；通過多媒體模擬，使微觀粒子運動的過程宏觀化；通過恰當(dāng)?shù)膯栴}設(shè)置和類比方法的應(yīng)用，點撥學(xué)生分析問題的方法和思路；引導(dǎo)學(xué)生進行分析、討論、歸納、總結(jié)，使學(xué)生動口、動腦、動手，親身參與獲取知識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。 2、學(xué)生學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)根據(jù)學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和學(xué)生的實際接受能力及心理特點：通過引導(dǎo)學(xué)生觀察，發(fā)現(xiàn)問

10、題； 通過問題的討論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力；通過鞏固練習(xí)加深對知識規(guī)律的消化理解；讓學(xué)生用已有的知識演繹推理、歸納總結(jié)出新的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生對知識的遷移能力。 七、教學(xué)設(shè)計思想為了讓學(xué)生掌握帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律，最好的方法是通過實驗進行探索研究，但由于高中實驗條件所限，在課堂上無法進行帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)的演示實驗，特別是對單個帶電粒子的受力分析和運動分析，更是一般實驗手段難以解決的，為此，利用現(xiàn)有物理資源庫中的相關(guān)課件對該問題進行模擬，讓學(xué)生進行自主探究性學(xué)習(xí)，通過信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的實現(xiàn)，以達到以學(xué)生為主，讓學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)，自主探究，體會成功的目的。八、教學(xué)流程新課

11、引入2008年11月4日，中共中央政治局常委、國務(wù)院總理溫家寶來到中國科學(xué)院高能物理研究所，考察不久前完工的北京正負電子對撞機重大改造工程，并與科學(xué)家座談。在現(xiàn)代科學(xué)實驗和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場來改變或控制帶電粒子的運動（利用課件演示示波器，激發(fā)興趣）。利用帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)就是兩種最基本的情況。帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)滿足什么規(guī)律？設(shè)計意圖：明確本節(jié)課研究內(nèi)容 新課教學(xué)1、知識回顧：（1）靜電力做功的計算方法。（2）動能定理的表達式和解題的步驟。（3）準(zhǔn)備一個物理問題情景，體會平拋運動的特點和分析方法。設(shè)計意圖：為后面的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備（構(gòu)建一個使新舊知識發(fā)生聯(lián)系的橋梁學(xué)習(xí)包）2、帶電粒子在

12、電場中受力情況（1）正負帶電粒子在電場中受力分析，著重討論是否考慮重力？（2）重力遠小于電場力時，其重力可以忽略。一般而言微觀粒子如電子、質(zhì)子等除有明確說明和明確暗示外，不記重力。一般而言帶電液滴、小球等除有明確說明和明確暗示外，應(yīng)該考慮重力。設(shè)計意圖：體現(xiàn)物理中抓主要問題忽略次要問題的方法。3、帶電粒子的加速問題（1）教師提問：“只加速粒子而不改變其方向，該怎么辦？并求出粒子的末速度？”（2）學(xué)生探究活動：引導(dǎo)學(xué)生探究并設(shè)計方案，相互討論方案的可行性，提高學(xué)生研究問題的物理意識和設(shè)計方案的能力。（3）代表交流介紹自己的設(shè)計方案，并相互評價。（4）教師總結(jié)評價：在勻強電場中處理帶電粒子在勻強電

13、場中的加速，可以有三種分析法來處理。即運用牛頓第二運動定律結(jié)合運動學(xué)公式，運用動能定理、能量守恒定律。帶電粒子在非勻強電場中的加速，可采用動能定理和能量守恒定律這兩種方法來處理。（5）訓(xùn)練：課本中例1學(xué)生自己閱讀理解，目的是加深學(xué)生對粒子加速問題處理的方法。課本中例2教師要加以點撥，讓學(xué)生明白研究對象的重力是否考慮的條件，同時培養(yǎng)學(xué)生從實際問題中提煉出合理的物理模型（自由落體和勻減速直線運動），能夠把復(fù)雜問題分解成若干個簡單的物理問題進行處理。（6）設(shè)問過渡：如果帶電粒子垂直進入勻強電場中又會做什么運動？設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生能夠獨立設(shè)計模型，明確問題的處理分析方法，比較辨別各種方法的不同。4、帶

14、電粒子的偏轉(zhuǎn)（1）通過電腦演示，展開深入討論。1）分析粒子的受力情況？2）回憶聯(lián)想和哪種運動類似？這種運動的研究方法是什么？3）你是否獨立或在小組的幫助下通過類比得到粒子運動的研究方法嗎？（2）學(xué)生討論并回答問題，師生共同參與得出結(jié)論：應(yīng)用運動的合成與分解來研究粒子的運動，類比平拋運動的研究方法，詳見拓，建立數(shù)學(xué)坐標(biāo)系，列出運動學(xué)方程。設(shè)計意圖：通過建立坐標(biāo)系，利用實驗的數(shù)據(jù)進行處理，驗證帶電粒子的偏轉(zhuǎn)可以用兩個分運動來處理，為深入分析粒子運動過程做好準(zhǔn)備。（3）深入探究1）粒子的受力示意圖2）粒子運動的加速度(a)3）粒子在電場中飛行的時間（t）4）粒子射出電場時的豎直偏轉(zhuǎn)距離（y）5）粒子

15、射出電場時的豎直方向的分速度(v )6）粒子射出電場時的速度偏轉(zhuǎn)角度()（4）學(xué)生動手推導(dǎo)，互動交流，通過多媒體展示學(xué)生推導(dǎo)的結(jié)果。設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)平臺，逐步引導(dǎo)學(xué)生通過問題支架的方法尋找問題的突破口，得出結(jié)論。（5）練習(xí)設(shè)置：氫原子的同位素氕、氘、氚以相同的速度垂直進入該勻強電場后射出，比較他們的偏轉(zhuǎn)位移和偏轉(zhuǎn)角度的大小關(guān)系。（6）提供表格比較平拋運動和帶電粒子的偏轉(zhuǎn)運動的異同設(shè)計意圖：通過練習(xí)，加深學(xué)生理解粒子偏轉(zhuǎn)位移和偏轉(zhuǎn)角度與哪些因素（荷質(zhì)比有關(guān)）有關(guān)？同時通過類比和比較感受類平拋問題的處理方法。5、帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)組合問題處理（拓展）（1）展示粒子運動情景，粒子射出電場時的豎直偏轉(zhuǎn)位

16、移和偏轉(zhuǎn)角度（2）學(xué)生動手推導(dǎo)，互動交流，通過多媒體展示學(xué)生推導(dǎo)的結(jié)果。（3）分析粒子偏轉(zhuǎn)位移和偏轉(zhuǎn)角度與哪些因素有關(guān)？設(shè)計意圖：通過知識整合，把粒子的加速和偏轉(zhuǎn)結(jié)合，對前面的知識進行了鞏固，同時也為后面示波器的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。7、課堂小結(jié)小結(jié)：設(shè)置問題1：我們怎樣實現(xiàn)對帶電粒子的控制？引導(dǎo)學(xué)生進行知識小結(jié)；設(shè)置問題2：學(xué)習(xí)帶電粒子在電場中運動的目的是什么？理論聯(lián)系實際，培學(xué)生開拓意識和創(chuàng)新精神。后教師進行總結(jié)處理帶電粒子在電場中運動的基本思路： 1、明確研究對象，受力分析研究對象有兩種：（1）帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，正負離子等，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。（2）帶電微粒：如

17、帶電小球、液滴、塵埃等，一般都考慮重力。 2、運動軌跡和過程分析，帶電粒子運動形式?jīng)Q定于粒子的受力情況和初速度情況。3、解題的依據(jù)：（1）力的觀點：牛頓運動定律和運動學(xué)公式。（2）能量的觀點：動能定理和能量守恒定律。8、課后作業(yè)帶電粒子射出電場以后運動情況（拓展）問題1：帶電粒子射出電場以后運動情況？問題2：提供示波器的flash課件資料開展拓展訓(xùn)練？（本例題為示波管的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)） 如圖所示，真空室中電極k發(fā)出電子（初速度不記）經(jīng)過u1的加速電場后，由小孔s沿兩水平金屬板a、b間的中心線射入。a、b板長為l，相距為l，偏轉(zhuǎn)電壓為u2。電子穿過金屬板后，打到右側(cè)的熒光屏上，熒光屏到極板右側(cè)的距

18、離為b，求打在熒光屏上的亮點距中心的距離y為多少？9、板書設(shè)計（多媒體）課題：帶電粒子在電場中的運動一、粒子加速問題二、粒子偏轉(zhuǎn)問題三、粒子加速和偏轉(zhuǎn)組合問題處理方法和步驟：1、明確研究對象和受力分析。2、進行運動軌跡和過程分析。3、處理粒子運動問題的觀點：（1）力的觀點：牛頓運動定律和運動學(xué)公式。（2）能量的觀點：動能定理和能量守恒定律。九、教學(xué)評價1、運用先進教學(xué)理念，通過信息技術(shù)與物理學(xué)科的整合，采用探究式教學(xué)，讓學(xué)生自己獲得規(guī)律，理解原理，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和知識的牢固程度要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。2、以學(xué)生為課堂主體，老師起著引領(lǐng)方向和監(jiān)控全局的作用。老師的主導(dǎo)作用表現(xiàn)在課前精心設(shè)計、課中的恰當(dāng)點撥，課后的幫扶跟進。 3、這個專題課的重點是推導(dǎo)、理解規(guī)律而非計算，因此例題采用字母，節(jié)約因為在計算上花費太多時間。4、采用多媒體技術(shù)，免去板書時間，大大提高課堂執(zhí)行效率。同時通過多媒體演示可以把微觀世界宏觀體現(xiàn)，加深學(xué)生的印象。十、課后反思1、學(xué)生能力因人而異，在推導(dǎo)規(guī)律過程中，少數(shù)學(xué)生不能按時完成，影響對后續(xù)知識的理解。但培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力很重要，不能越俎代庖，代替學(xué)生進行推導(dǎo)。要讓學(xué)生逐漸適應(yīng)探究學(xué)習(xí)，提高獨立