高中物理 1.9帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教案 新人教版選修3-1

1、 第九節(jié)、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析本專(zhuān)題是是歷年高考的重點(diǎn)內(nèi)容。本專(zhuān)題綜合性強(qiáng)，理論分析要求高，帶電粒子的加速是電場(chǎng)的能的性質(zhì)的應(yīng)用；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則側(cè)重于電場(chǎng)的力的性質(zhì)，通過(guò)類(lèi)比恒力作用下的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（平拋運(yùn)動(dòng)），理論上探究帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。此外專(zhuān)題既包含了電場(chǎng)的基本性質(zhì)，又要運(yùn)用直線(xiàn)和曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，還涉及到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，有關(guān)類(lèi)比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用也比較典型。探究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，只要做好引導(dǎo)，學(xué)生自己是能夠完成的，而且可以提高學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。二、教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)與技能1、理解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問(wèn)

2、題2、知道示波管的構(gòu)造和基本原理（二）過(guò)程與方法通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)過(guò)程分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的精神三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律難點(diǎn)：運(yùn)用電學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)綜合處理偏轉(zhuǎn)問(wèn)題四、學(xué)情分析帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)）問(wèn)題，由于涉及的知識(shí)點(diǎn)眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來(lái)高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，這里需要將幾個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)，即直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的加速、減速、往返運(yùn)動(dòng)，曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合鞏固和加深，同時(shí)需要將力學(xué)基本定律，即牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理、

3、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運(yùn)用。五、教學(xué)方法講授法、歸納法、互動(dòng)探究法六、課前準(zhǔn)備1學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)牛頓第二定律的內(nèi)容是什么，能定理的表達(dá)式是什么，拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。2教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案3、教具：多媒體課件七、課時(shí)安排：1課時(shí)八、學(xué)過(guò)程(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（1）牛頓第二定律的內(nèi)容是什么?（2）動(dòng)能定理的表達(dá)式是什么?（3）平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。（4）靜電力做功的計(jì)算方法。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合自己的實(shí)際情況回顧復(fù)習(xí)。師生互動(dòng)強(qiáng)化認(rèn)識(shí)：（1）a=F合/m（注意是F合）（2）W合=Ek=mv

4、2-mv02 （注意是合力做的功）（3）平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)（4）W=Fscos（恒力勻強(qiáng)電場(chǎng)） W=qU（任何電場(chǎng)）檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑，使教學(xué)具有了針對(duì)性。（二）情景導(dǎo)入、展示目標(biāo)帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用會(huì)產(chǎn)生加速度，使其原有速度發(fā)生變化在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場(chǎng)來(lái)控制或改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。具體應(yīng)用有哪些呢?本節(jié)課我們來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題以勻強(qiáng)電場(chǎng)為例。（三）合作探究、精講點(diǎn)撥1、帶電粒子的加速教師活動(dòng)：提出問(wèn)題要使帶電粒子在電場(chǎng)中只被加速而不改變運(yùn)動(dòng)方向該怎么辦?（相關(guān)知識(shí)鏈接：合外力與初速度在一條直線(xiàn)上，改變速度的大小；合外力與初速度成90°

5、;，僅改變速度的方向；合外力與初速度成一定角度，既改變速度的大小又改變速度的方向）學(xué)生探究活動(dòng)：結(jié)合相關(guān)知識(shí)提出設(shè)計(jì)方案并互相討論其可行性。學(xué)生介紹自己的設(shè)計(jì)方案。師生互動(dòng)歸納：（教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行激勵(lì)評(píng)價(jià)）方案1：v0=0，僅受電場(chǎng)力就會(huì)做加速運(yùn)動(dòng)，可達(dá)到目的。方案2：v00，僅受電場(chǎng)力，電場(chǎng)力的方向應(yīng)同v0同向才能達(dá)到加速的目的。教師投影：加速示意圖 學(xué)生探究活動(dòng)：上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達(dá)到加速的目的?（提示：從實(shí)際角度考慮，注意兩邊是金屬板）學(xué)生匯報(bào)探究結(jié)果：不可行，直接打在板上。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合圖示動(dòng)手推導(dǎo)，當(dāng)v0=0時(shí)，帶電粒子到達(dá)另一板的速度大小。（教師抽查學(xué)生的結(jié)果展示、激

6、勵(lì)評(píng)價(jià)）教師點(diǎn)撥拓展：方法一：先求出帶電粒子的加速度：a= 再根據(jù)vt2-v02=2ad可求得當(dāng)帶電粒子從靜止開(kāi)始被加速時(shí)獲得的速度為：vt=方法二：由W=qU及動(dòng)能定理：W=Ek=mv2-0得：qU=mv2到達(dá)另一板時(shí)的速度為：v=.深入探究：（1）結(jié)合牛頓第二定律及動(dòng)能定理中做功條件（W=Fscos恒力 W=Uq 任何電場(chǎng)）討論各方法的實(shí)用性。（2）若初速度為v0（不等于零），推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。學(xué)生活動(dòng)：思考討論，列式推導(dǎo)（教師抽查學(xué)生探究結(jié)果并展示）教師點(diǎn)撥拓展：（1）推導(dǎo)：設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動(dòng)能定理得qU=mv2-mv02所以 v= （v0=0時(shí)，v=）方法滲透：理解運(yùn)動(dòng)

7、規(guī)律，學(xué)會(huì)求解方法，不去死記結(jié)論。（2）方法一：必須在勻強(qiáng)電場(chǎng)中使用（F=qE，F(xiàn)為恒力，E恒定）方法二：由于非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，公式W=qU同樣適用，故后一種可行性更高，應(yīng)用程度更高。實(shí)例探究：課本例題1第一步：學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)。第二步：對(duì)照課本解析歸納方法。第三步：教師強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)。（計(jì)算先推導(dǎo)最終表達(dá)式，再統(tǒng)一代入數(shù)值運(yùn)算，統(tǒng)一單位后不用每個(gè)量都寫(xiě)，只在最終結(jié)果標(biāo)出即可）過(guò)渡：如果帶電粒子在電場(chǎng)中的加速度方向不在同一條直線(xiàn)上，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況又如何呢?下面我們通過(guò)一種較特殊的情況來(lái)研究。2、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)教師投影：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線(xiàn)射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中問(wèn)題討論：（1）分析帶電粒子的

8、受力情況。（2）你認(rèn)為這種情況同哪種運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，這種運(yùn)動(dòng)的研究方法是什么?（3）你能類(lèi)比得到帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的研究方法嗎?學(xué)生活動(dòng)：討論并回答上述問(wèn)題： （1）關(guān)于帶電粒子的受力，學(xué)生的爭(zhēng)論焦點(diǎn)可能在是否考慮重力上。教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)：對(duì)于基本粒子，如電子、質(zhì)子、粒子等，由于質(zhì)量m很小，所以重力比電場(chǎng)力小得多，重力可忽略不計(jì)。對(duì)于帶電的塵埃、液滴、小球等，m較大，重力一般不能忽略。（2）帶電粒子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線(xiàn)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到恒定的與初速度方向成90°角的作用而做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，類(lèi)似于力學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng)，平拋運(yùn)動(dòng)的研究方法是運(yùn)動(dòng)的合成和分解。（3）帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)中的

9、運(yùn)動(dòng)也可采用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的方法進(jìn)行。CAI課件分解展示：（1）帶電粒子在垂直于電場(chǎng)線(xiàn)方向上不受任何力，做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。（2）在平行于電場(chǎng)線(xiàn)方向上，受到電場(chǎng)力的作用做初速為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。深入探究：如右圖所示，設(shè)電荷帶電荷量為q，平行板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間距為d，電勢(shì)差為U，初速為v0試求：（1）帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)問(wèn)（2）粒子運(yùn)動(dòng)的加速度。（3）粒子受力情況分析。（4）粒子在射出電場(chǎng)時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。（5）粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的分速度。（6）粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度大小。（7）粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合所學(xué)知識(shí)，自主分析推導(dǎo)。（教師抽查學(xué)生活動(dòng)結(jié)果并展示，教師激勵(lì)

10、評(píng)價(jià)）投影示范解析：解：由于帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力僅有電場(chǎng)力（與初速度垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)。粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t= 加速度 a=qU/md豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離：y=at2=粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為v1=at=速度為： v=粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為：tan=拓展：若帶電粒子的初速v0是在電場(chǎng)的電勢(shì)差U1下加速而來(lái)的（從零開(kāi)始），那么上面的結(jié)果又如何呢?（y，）學(xué)生探究活動(dòng)：動(dòng)手推導(dǎo)、互動(dòng)檢查。（教師抽查學(xué)生推導(dǎo)結(jié)果并展示：結(jié)論：y= =arctan與q、m無(wú)關(guān)。3、示波管的原理出示示波器，教師演示操作光屏上的亮斑及變化。掃描及變化。豎直方向的偏移并調(diào)節(jié)使

11、之變化。機(jī)內(nèi)提供的正弦電壓觀察及變化的觀察。學(xué)生活動(dòng)：觀察示波器的現(xiàn)象。閱讀課本相關(guān)內(nèi)容探究原因。教師點(diǎn)撥拓展，師生互動(dòng)探究：多媒體展示：示波器的核心部分是示波管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。投影：示波管原理圖：電子槍中的燈絲K發(fā)射電子，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，得到的速度為：v0=如果在偏轉(zhuǎn)電極 上加電壓電子在偏轉(zhuǎn)電極 的電場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電極 后沿直線(xiàn)前進(jìn)，打在熒光屏上的亮斑在豎直方向發(fā)生偏移其偏移量 為=y+Ltan因?yàn)閥= tan所以=·U+L· =·U=（L+）tan如果U=Umaxsint則=max·sint學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合推導(dǎo)分析教師演示現(xiàn)象

12、。（四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)。教師組織學(xué)生反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)。1帶電粒子的加速 (1)動(dòng)力學(xué)分析：帶電粒子沿與電場(chǎng)線(xiàn)平行方向進(jìn)入電場(chǎng)，受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線(xiàn)上，做加(減)速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如果是勻強(qiáng)電場(chǎng)，則做勻加(減)速運(yùn)動(dòng) (2)功能關(guān)系分析：粒子只受電場(chǎng)力作用，動(dòng)能變化量等于電勢(shì)能的變化量 (初速度為零)； 此式適用于一切電場(chǎng) 2帶電粒子的偏轉(zhuǎn) (1)動(dòng)力學(xué)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場(chǎng)線(xiàn)方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，受到恒定的與初速度方向成900角的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng) (類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)) (2)運(yùn)動(dòng)的分析方法(看成類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng))： 沿初速度方向做速度為v0的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 沿電場(chǎng)力方向做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。1、書(shū)面完成 “問(wèn)題與練習(xí)”第3、4、5題；思考并回答第1、2題。2、課下閱讀課本“科學(xué)足跡”和“科學(xué)漫步”中的兩篇文章。九板書(shū)設(shè)計(jì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(一)、帶電粒子的加速由W=qU及動(dòng)能定理：W=Ek=mv2-0得：qU=mv2到達(dá)另一板時(shí)的速度為：v=設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動(dòng)能定理得qU=mv2-mv02所以 v= （v0=0時(shí)，v=）（二）、帶