高中物理選修31第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運動 習題課教學設計（無答案）

1、.帶電粒子在電場中的運動習題課三門中學 葉美蓮一、設計思路帶電粒子在電場中受到電場力的作用。電場力做功與途徑無關，本節(jié)內(nèi)容延續(xù)了之前學習的動力學和功能關系的根底上，研究帶電粒子在電場中的兩個相關問題動力學問題和能量問題。本節(jié)課著重分析帶電粒子在電場中的幾種運動勻變速直線運動，勻變速曲線運動，圓周運動，設計的知識有靜電場力和能的性質(zhì)、牛頓運動定律、動能定理、運動的合成和分解等內(nèi)容。所學的習題需要典型，同時也要表達一定的層次性，難度由易到難。想通過三個習題對應的三個運動，總結出帶電粒子在電場中運動的相關策略，審題過程中朝引的方向，受力分析、運動分析、及其規(guī)律的選擇。抓住電場力的特點與重力的相似，采

2、取等效的思想，類比在物體在重力場的運動，起到化陌生模型為熟悉的模型，有助于解答。通過本節(jié)內(nèi)容的學習，加深對力、電知識的理解，有利于培養(yǎng)學生用物理規(guī)律解決實際問題的才能，同時也為以后學習帶電粒子在磁場中的運動打下根底。二、前期分析電場是電學的根本知識，是學好電磁學的關鍵。帶電粒子在電場中的運動是本章知識的重要應用之一，是力學知識和電學知識的綜合。在學科教學指導意見和考試說明中都把該內(nèi)容列為理解并掌握的內(nèi)容，也是高考必考內(nèi)容之一。 學生已有的知識框架：1.力學中的相關處理方法： 1采用運動和力的觀點:牛頓第二定律和運動學知識求解；2采用功能方法來解答相關問題。2.理解類比和建模等科學方法的應用。3

3、.在勻強電場中的電場力是恒力，電場力做功與途徑無關，只與初末狀態(tài)的電勢差有關，電場力做功引起粒子電勢能的改變，這些性質(zhì)與重力的特征相似，所以在電場中的運動我們可以采用類比相似的方法來學習。 學生學習一些新的運動，需要有原有的知識為根底，前后知識聯(lián)絡越嚴密，越容易為教學提供比較明晰的知識線索，確保學生在學習上的循序漸進。我們要通過典型題目的訓練和講解，培養(yǎng)學生良好的思維品質(zhì)，使學生模型明確，思路明晰，合理利用物理規(guī)律解決物理問題。重點：帶電粒子在電場中的加速和偏轉規(guī)律 。難點：總結出帶電粒子在電場中運動的解答策略。三、教學目的一知識與技能1理解帶電粒子在電場中的運動只受電場力，帶電粒子做勻變速運

4、動。2重點掌握初速度與場強方向垂直的帶電粒子在電場中的運動類平拋運動。3 掌握在電場中做圓周運動的解答策略二過程與方法 培養(yǎng)學生綜合運用力學和電學的知識分析解決帶電粒子在電場中的運動。三情感態(tài)度與價值觀1浸透物理學方法的教育：運用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計粒子重力。2培養(yǎng)學生綜合分析問題的才能，體會物理知識的實際應用。四、教學過程: 一開門見山的引入 本節(jié)課學習帶電粒子在電場中的運動。在電場中比較典型的運動有：勻變速直線運動，類平拋運動和圓周運動。帶電粒子在電場中的運動曲線勻變速曲線（類平拋）圓周運動直線勻速直線勻變速直線二拋磚引玉對于學習，“有法那么活，有法那么通，我們一起

5、來研究和歸納一下帶電粒子在電場中三種運動的解答策略。例1：多過程的勻變速直線運動如下圖，程度放置的A、B兩平行板相距h，上板A帶正電，現(xiàn)有質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球在B板下方間隔 B板為H處，以初速度v0豎直向上從B板小孔進入板間電場1帶電小球在板間做何種運動?2欲使小球剛好打到A板，A、B間電勢差為多少？ 審題建議：1.對象過程選擇；2.初始狀態(tài)、受力分析；3.“剛好的意義是什么4.規(guī)律選擇。 展示學生成果：把學生的解答過程進展投影，評價學生的受力圖、運動圖及其所采取的規(guī)律。老師歸納要點深化：1.粒子的重力考慮與否2.電場中動力學問題的考察涉及幾個運動過程，不同過程的受力如何，針對不同階段

6、確定相應的規(guī)律3.電場中能量問題的考察重力做功對于著重力勢能的變化，電場力做功對應著電勢能的變化師生共同總結：帶電粒子在電場中的運動，是對之前在力學中的延續(xù)和拓展，同樣需要受力分析和運動過程分析，對于多過程的勻變速直線運動可以采取動能定理進展解答。例2：類平拋運動 如下圖，陰極A受熱后向右側空間發(fā)射電子，電子質(zhì)量為m，電荷量為e，電子的初速率有從0到v的各種可能值，且各個方向都有。與A極相距的地方有熒光屏B，電子擊中熒光屏時便會發(fā)光。假設在A和B之間的空間里加一個程度向左、與熒光屏面垂直的勻強電場，電場強度為E，求B上受電子轟擊后的發(fā)光面積。審題建議：1.對象、過程選擇；2.初始狀態(tài)、受力分析

7、；3.如何理解發(fā)光面積。4.確定解題規(guī)律展示學生解答成果，指出學生的相應問題，提供一定的解答策略。出題意圖：分析學生的原有認知。學生腦海中的類平拋往往是初速度程度，受到豎直方向的電場力，這樣的處理方法學生很純熟，程度方向勻速，豎直方向初速度為零的勻變速。此題本質(zhì)就是類平拋，只不過豎直方向勻速，程度方向為勻變速直線運動，學生往往很難承受，在分解運動中的規(guī)律往往也會寫錯，借助此題，一方面對在電場中的類平拋運動加以純熟，另一方面引導學生要養(yǎng)成良好的受力分析、畫出軌跡示意圖的解題習慣，認識運動本質(zhì)，不被外表所迷惑。師生總結：對于電場中的類平拋運動，跟在力學中一樣，采取分解運動的方法，通過受力分析和運動

8、過程分析，明確互相垂直的兩個方向的運動性質(zhì)，采取動力學的觀點進展解答。同時對于題中的較多粒子的運動情況，采取特殊粒子的運動作為分析點，確定其中的臨界問題。假如涉及到功能問題，還可以采用動能定理進展解答。審題建議：1.對象、過程選擇；2.圓周運動的受力分析，向心力的來源；3.如何理解圓環(huán)與小球間在程度方向無作用力4.如何確定FB例3：如下圖，一絕緣細圓環(huán)半徑為r，其環(huán)面固定在程度面上，電場強度為E的勻強電場與圓環(huán)平面平行，環(huán)上穿有一電荷量為q、質(zhì)量為m的小球，可沿圓環(huán)做無摩擦的圓周運動，假設小球經(jīng)A點時速度vA的方向恰與電場線垂直，且圓環(huán)與小球間沿程度方向無作用力，那么速度vA_.當小球運動到與

9、A點對稱的B點時，小球?qū)A環(huán)在程度方向的作用力FB_.投影學生的解答成果，分析學生的解答過程和解答策略。出題意圖：學生很容易把此題的背景當成是平視圖，從而畫出重力，引導學生審題一定要仔細。重力場中的圓周運動過渡到電場中的圓周運動，引導學生能抓住這類習題的解答本質(zhì)，而不要被外表情景的變化所迷惑，采取等效的思想方法等同、類比，從而起到化陌生模型為熟悉模型的過程。師生總結：找到圓周運動向心力的來源。假設把平面轉個90°，可以把電場力等效看成重力。實現(xiàn)了陌生模型熟悉化的過程。把握題目中的臨界問題，找到相應的解決方向。三、課堂小結：1.明確研究對象的重力是否考慮；根本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、

10、離子等除有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力但并不忽略質(zhì)量帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。帶電粒子在電場中的運動曲線勻變速曲線（類平拋）圓周運動直線勻速直線勻變速直線2.帶電粒子在電場中的運動類型：解答策略：確定研究對象和研究的運動過程，畫出受力示意圖和運動示意圖，同時確定粒子的初始狀態(tài)，根據(jù)力與運動的關系，確定粒子的運動性質(zhì)，結合動力學觀點或者是能量的觀點進展相應解答。電場力的特點與重力有所相似，可以采用類比的思想方法來分析粒子在電場中的運動，化陌生為熟悉，有助于問題的解答。四、形成性評價1如下圖，帶負電的小球靜止在程度放置的平行板電容器兩板間，距下板0.8 cm，兩板間的電勢差為300 V假如兩板間電勢差減小到60 V，那么帶電小球運動到極板上需多長時間?2兩平行金屬板A、B程度放置，一個質(zhì)量為m=5×10-6 kg的帶電微粒，以v0=2 m/s的程度速度從兩板正中位置射入電場，如下圖，A、B兩板間間隔 d=4 cm，板長L=10 cm1當A、B間的電壓UAB=1000 V時，微粒恰好不偏轉，沿圖中直線射出電場，求該粒子的電荷量和電性。2令B板接地，欲使該微粒射出偏轉電場，求A板