人教版高中物理選修31第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運動習(xí)題課教學(xué)設(shè)計（無答案）

帶電粒子在電場中的運動習(xí)題課三門中學(xué) 葉美蓮一、設(shè)計思路帶電粒子在電場中受到電場力的作用。電場力做功與路徑無關(guān)，本節(jié)內(nèi)容延續(xù)了之前學(xué)習(xí)的動力學(xué)和功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究帶電粒子在電場中的兩個相關(guān)問題（動力學(xué)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(shè)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(xué)的習(xí)題需要典型，同時也要體現(xiàn)一定的層次性，難度由易到難。想通過三個習(xí)題對應(yīng)的三個運動，總結(jié)出帶電粒子在電場中運動的相關(guān)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(xué)習(xí)，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)。二、前期分析電場是電學(xué)的基本知識，是學(xué)好電磁學(xué)的關(guān)鍵。帶電粒子在電場中的運動是本章知識的重要應(yīng)用之一，是力學(xué)知識和電學(xué)知識的綜合。在學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)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(xué)生已有的知識框架：1.力學(xué)中的相關(guān)處理方法： （1）采用運動和力的觀點:牛頓第二定律和運動學(xué)知識求解；（2）采用功能方法來解答相關(guān)問題。2.了解類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用。3.在勻強電場中的電場力是恒力，電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末狀態(tài)的電勢差有關(guān)，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(xué)習(xí)。 學(xué)生學(xué)習(xí)一些新的運動，需要有原有的知識為基礎(chǔ)，前后知識聯(lián)系越緊密，越容易為教學(xué)提供比較清晰的知識線索，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)上的循序漸進。我們要通過典型題目的訓(xùn)練和講解，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)，使學(xué)生模型明確，思路清晰，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(zhuǎn)規(guī)律 。難點：總結(jié)出帶電粒子在電場中運動的解答策略。三、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1了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(xué)生綜合運用力學(xué)和電學(xué)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滲透物理學(xué)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(xué)生綜合分析問題的能力，體會物理知識的實際應(yīng)用。四、教學(xué)過程: （一）開門見山的引入 本節(jié)課學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)，“有法則活，有法則通”，我們一起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）如圖所示，水平放置的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板下方距離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(xué)生成果：把學(xué)生的解答過程進行投影，評價學(xué)生的受力圖、運動圖及其所采取的規(guī)律。教師歸納要點深化：1.粒子的重力考慮與否2.電場中動力學(xué)問題的考查（涉及幾個運動過程，不同過程的受力如何，針對不同階段確定相應(yīng)的規(guī)律）3.電場中能量問題的考查（重力做功對于著重力勢能的變化，電場力做功對應(yīng)著電勢能的變化）師生共同總結(jié)：帶電粒子在電場中的運動，是對之前在力學(xué)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行解答。例2：（類平拋運動） 如圖所示，陰極A受熱后向右側(cè)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?xí)r便會發(fā)光。若在A和B之間的空間里加一個水平向左、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；3.如何理解發(fā)光面積。4.確定解題規(guī)律展示學(xué)生解答成果，指出學(xué)生的相應(yīng)問題，提供一定的解答策略。出題意圖：分析學(xué)生的原有認(rèn)知。學(xué)生腦海中的類平拋往往是初速度水平，受到豎直方向的電場力，這樣的處理方法學(xué)生很熟練，水平方向勻速，豎直方向初速度為零的勻變速。本題本質(zhì)就是類平拋，只不過豎直方向勻速，水平方向為勻變速直線運動，學(xué)生往往很難接受，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熟練，另一方面引導(dǎo)學(xué)生要養(yǎng)成良好的受力分析、畫出軌跡示意圖的解題習(xí)慣，認(rèn)識運動本質(zhì)，不被外表所迷惑。師生總結(jié)：對于電場中的類平拋運動，跟在力學(xué)中一樣，采取分解運動的方法，通過受力分析和運動過程分析，明確互相垂直的兩個方向的運動性質(zhì)，采取動力學(xué)的觀點進行解答。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。如果涉及到功能問題，還可以采用動能定理進行解答。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)與小球間在水平方向無作用力4.如何確定FB例3：如圖所示，一絕緣細(xì)圓環(huán)半徑為r，其環(huán)面固定在水平面上，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，若小球經(jīng)A點時速度vA的方向恰與電場線垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無作用力，則速度vA_.當(dāng)小球運動到與A點對稱的B點時，小球?qū)A環(huán)在水平方向的作用力FB_.投影學(xué)生的解答成果，分析學(xué)生的解答過程和解答策略。出題意圖：學(xué)生很容易把本題的背景當(dāng)成是平視圖，從而畫出重力，引導(dǎo)學(xué)生審題一定要仔細(xì)。重力場中的圓周運動過渡到電場中的圓周運動，引導(dǎo)學(xué)生能抓住這類習(xí)題的解答本質(zhì)，而不要被表面情景的變化所迷惑，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(jié)：找到圓周運動向心力的來源。若把平面轉(zhuǎn)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(yīng)的解決方向。三、課堂小結(jié)：1.明確研究對象的重力是否考慮；基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、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(guān)系，確定粒子的運動性質(zhì)，結(jié)合動力學(xué)觀點或者是能量的觀點進行相應(yīng)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如圖所示，帶負(fù)電的小球靜止在水平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如果兩板間電勢差減小到60 V，則帶電小球運動到極板上需多長時間?2兩平行金屬板A、B水平放置，一個質(zhì)量為m=510-6 kg的帶電微粒，以v0=2 m/s的水平速度從兩板正中位置射入電場，如圖所示，A、B兩板間距離d=4 cm，板長L=10 cm(1)當(dāng)A、B間的電壓UAB=1000 V時，微粒恰好不偏轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)電場，求A板所加電勢的范圍。3