帶電粒子在電場中的運動

2013年湖北省高三一輪復習課教學大賽帶電粒子在電場中的運動——帶電粒子在交變電場中的運動專題湖北省大冶一中陳文靜【教材分析】：帶電粒子在交變電場中的運動分析，涉及電場知識、力學矢識等內容隨著科技的發(fā)展及高考試題應用性、實踐性的增強和提高，本知識點在整個電磁學中的位置愈加顯得重要，通過訓練，逐步掌握此類問題的分析方法和本訓練點知識在實踐中的應用。【教學目標】：（一）知識與技能使學生理解并掌握帶電粒子在交變電場中運動的特點和規(guī)律，能夠正確分析和解答帶電粒子在交變電場中的直線運動和偏轉。（二）過程與方法通過帶電粒子在交變電場中的運動規(guī)律的復習，進一步培養(yǎng)學生的分析、推理能力、建立模型和應用圖像對具體問題進行具體分析的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過知識的應用，培養(yǎng)學生熱愛科學的精神【難點特征分析】：帶電粒子在周期性變化的電場中的運動比較復雜，是靜電場中的重點和難點，其運動情況往往由初始條件來決定，具體問題需要具體分析。涉及的知識既有電場知識，也有力學知識，綜合程度很高，尤其是臨界值、最值、結果范圍及結論的多解性問題往往在此有較多體現(xiàn)，可以說此類問題是本章難度較大的一個專題?！倦y點突破】：帶電粒子在交變電場中的運動問題一直是高中物理教學中的一個難點，如何突破這個難點呢？我認為：同學們應關注交變電場的周期性與帶電粒子運動的關系，運用運動學公式、牛頓定律、動能定理和交變電壓圖像綜合求解。注意模型建立和物理規(guī)律的歸納，運用力學、電學知識和規(guī)律進行綜合分析，重點分析初態(tài)、臨界態(tài)和物理過程，找出各個物理量和各物理過程的聯(lián)系和區(qū)別，對于結論的多解性和應用范圍可運用數(shù)學歸納法的思想來突破。我將其歸納為下面一個口訣：分析過程是關鍵；抓住特性繁易簡；分段處理定方略；圖像一出盡展現(xiàn)。本節(jié)課意在通過典型例題講解、學生思考與討論等教學環(huán)節(jié)來突破這個難點。

教師活動學生活動設計意圖一、導入：1、回顧知識：帶電粒子在電場中的運動與生產技術、生活實際、科學研究聯(lián)系密切，如加速器、示波器、靜電分選器等。（圖片展示）在實際學習中，我們常將帶電粒子在電場中的運動簡化為兩種運動模型。我們先來復習一下帶電粒子在勻強電場中運動的兩種情況：加速直線運動和偏轉。2、提出問題：我們知道了帶電粒子在勻強電場中的運動情況的處理方法，那么，帶電粒子在父變電場中的運動那又如何處理呢？1、回顧知識2、學生思考通過圖片展示激發(fā)學生興趣，通過復習，加深學生對帶電粒子在電場中的運動形式的認識，讓學生知道處理這兩種運動情況的方法。二、教學過程建立模型：如圖所示，兩平行金屬板豎直放置，左極板接地，右極板電勢隨時間變化的規(guī)律如圖所示。電子原來靜止在兩板中間處。（不計重力作用），電子在電場力作用下從t=0時刻開始運動，設兩板間距離足夠大，試分析粒子的運動情況？1、教師引導學生分析學生活動通過建模，讓學生知道帶電粒子在交變電場中的第一種運動情旦吉牡；升itJ1右右U0U111111111||T|景直線運動，開讓學生知道分段處理的方法，將變力轉化為恒力，體現(xiàn)“化變?yōu)楹恪钡乃枷?。設計意圖三11II-U。上述運動情形力，但是和速度方帶電粒子在交變電:板書：一、帶動（v//E）提問：若電子，情況又怎樣呢？1'1ce'；：：2Tt■■■1111中電子受到的電場力雖然是變向始終在同一直線上，這就是場中的一種運動模型。電粒子在交變電場中的直線運在其他時刻釋放，電子的運動教師活動請同學們看導學案：例1如圖所示，兩平行金屬板豎直放置，左極板2學生看導學案對比兩種方法，讓學生感受用v-t圖像解題更直觀，更簡單；通過“牛刀小試”強化學生利用v-t圖像解題的意識，體會利用v-t圖像解題的優(yōu)勢接地，右極板電勢電子原來靜止在兩】M:問題1：若電子從t動？問題2：若電子從況如何？問題3：若電子從情況又如何呢？教師分析講解-隨時間變化的規(guī)律如圖所示。板中間處。（不計重力作用）111111111|1T1匕、于二tldii寸于木：例1的問題并思考作答（教師啟發(fā)引導——展示學生成果）4、學生完成導學案“牛刀小試”（展示學生成果）1I1>—:|：2Ttiii1jiii二T/4時刻釋放，電子將如何運T/8時刻釋放，電子的運動情t=3T/8時刻釋放，電子的運動——總結方法上面問題中的帶電粒子受到的電場力大小、方向雖然都在變化，但是始終與速度在同一直線上，帶電粒子做直線運動。如果粒子速度方向與電場力不在同一直線上，粒子將做曲線運動，其中最簡單的情況就是速度與電場力方向垂直時的偏轉。一般運用運動的合成和分解分別研究其兩個方向上的運動。板書：二、帶電粒子在交變電場中的偏轉（v°_LE）請同學們看導學案例2:在金屬板A、B間加上如圖乙所示的大小不變、方向周期性變化的交變電壓Uo,其周期是T.現(xiàn)有電子以平行于金屬板的速度vo從兩板中央射入（如圖甲）.已知電子的質量為m，電荷量為e，不計電子的重力，問：教師活動學生活動進步復習解決曲線運動的常用方法一一運動的合成與分解（化曲為直），并運用此方法將帶電粒子在交變電場中的偏轉分解為兩個直線運動來處理，并在某方向上做出其v-t圖像，利用v-t圖像求解。設計意圖

（1）電子從t=0時刻射入，在半個周期內的運動情況如何？若恰好能FrJ~'—1—從A板的邊緣飛出，…,］：；：；；.則飛出時速度的大戶卞廠，-.；|1―!一1小為多少？'：（2）若電子從t=0時刻射入，恰能平行于金屬板飛出，應滿足什么條件？金屬板有多長？（3）若電子恰能從兩板中央平行于板飛出，應滿足什么條件？畫出電子的運動軌跡，求出兩板間距的最小值？教師分析講解一一總結方法：通過運動的合成與分解化曲為直，在某方向上做出其v-t圖像課堂總結：這節(jié)課我們主要復習了帶電粒子在交變電場中運動的兩種運動情境，通過問題的分析評講我們要達到以下兩個目的：1、學會借助v-t圖像分析帶電粒子在交變電場中的兩種運動情景直線運動和偏轉2、學會結合v-t圖像計算帶電粒子在交變電場中的運動問題3、知道處理物理問題的一種思想：分段處理，化變?yōu)楹?、學生看導學案例2并思考作答（教師啟