高中物理選修31第一章第9節(jié)帶電粒子在電場中的運(yùn)動 習(xí)題課教學(xué)設(shè)計(jì)（無答案）

1、.帶電粒子在電場中的運(yùn)動習(xí)題課三門中學(xué) 葉美蓮一、設(shè)計(jì)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(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)系的根底上，研究帶電粒子在電場中的兩個(gè)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(yùn)動勻變速直線運(yùn)動，勻變速曲線運(yùn)動，圓周運(yùn)動，設(shè)計(jì)的知識有靜電場力和能的性質(zhì)、牛頓運(yùn)動定律、動能定理、運(yùn)動的合成和分解等內(nèi)容。所學(xué)的習(xí)題需要典型，同時(shí)也要表達(dá)一定的層次性，難度由易到難。想通過三個(gè)習(xí)題對應(yīng)的三個(gè)運(yùn)動，總結(jié)出帶電粒子在電場中運(yùn)動的相關(guān)策略，審題過程中朝引的方向，受力分析、運(yùn)動分析、及其規(guī)律的選擇。抓住電場力的特點(diǎn)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(yùn)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(shí)際問題的才能，同時(shí)也為以后學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動打下根底。二、前期分析電場是電學(xué)的根本知識，是學(xué)好電磁學(xué)的關(guān)鍵。帶電粒子在電場中的運(yùn)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(yùn)動和力的觀點(diǎn):牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)知識求解；2采用功能方法來解答相關(guān)問題。2.理解類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用。3

3、.在勻強(qiáng)電場中的電場力是恒力，電場力做功與途徑無關(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(yùn)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(yùn)動，需要有原有的知識為根底，前后知識聯(lián)絡(luò)越嚴(yán)密，越容易為教學(xué)提供比較明晰的知識線索，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)上的循序漸進(jìn)。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，思路明晰，合理利用物理規(guī)律解決物理問題。重點(diǎn)：帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律 。難點(diǎn)：總結(jié)出帶電粒子在電場中運(yùn)動的解答策略。三、教學(xué)目的一知識與技能1理解帶電粒子在電場中的運(yùn)動只受電場力，帶電粒子做勻變速運(yùn)

4、動。2重點(diǎn)掌握初速度與場強(qiáng)方向垂直的帶電粒子在電場中的運(yùn)動類平拋運(yùn)動。3 掌握在電場中做圓周運(yùn)動的解答策略二過程與方法 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)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(yùn)動。三情感態(tài)度與價(jià)值觀1浸透物理學(xué)方法的教育：運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計(jì)粒子重力。2培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的才能，體會物理知識的實(shí)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(yùn)動。在電場中比較典型的運(yùn)動有：勻變速直線運(yùn)動，類平拋運(yùn)動和圓周運(yùn)動。帶電粒子在電場中的運(yùn)動曲線勻變速曲線（類平拋）圓周運(yùn)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(yùn)動的解答策略。例1：多過程的勻變速直線運(yùn)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(jìn)入板間電場1帶電小球在板間做何種運(yùn)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(jìn)展投影，評價(jià)學(xué)生的受力圖、運(yùn)動圖及其所采取的規(guī)律。老師歸納要點(diǎn)深化：1.粒子的重力考慮與否2.電場中動力學(xué)問題的考察涉及幾個(gè)運(yùn)動過程，不同過程的受力如何，針對不同階段

6、確定相應(yīng)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(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(yùn)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(yùn)動過程分析，對于多過程的勻變速直線運(yùn)動可以采取動能定理進(jìn)展解答。例2：類平拋運(yùn)動 如下圖，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(gè)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。假設(shè)在A和B之間的空間里加一個(gè)程度向左、與熒光屏面垂直的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)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(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程度，受到豎直方向的電場力，這樣的處理方法學(xué)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?yàn)閯蜃兯僦本€運(yùn)動，學(xué)生往往很難承受，在分解運(yùn)動中的規(guī)律往往也會寫錯(cuò)，借助此題，一方面對在電場中的類平拋運(yùn)動加以純熟，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(yùn)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(yùn)動，跟在力學(xué)中一樣，采取分解運(yùn)動的方法，通過受力分析和運(yùn)動

8、過程分析，明確互相垂直的兩個(gè)方向的運(yùn)動性質(zhì)，采取動力學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)展解答。同時(shí)對于題中的較多粒子的運(yùn)動情況，采取特殊粒子的運(yùn)動作為分析點(diǎn)，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(jìn)展解答。審題建議：1.對象、過程選擇；2.圓周運(yùn)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(xì)圓環(huán)半徑為r，其環(huán)面固定在程度面上，電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)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(yùn)動，假設(shè)小球經(jīng)A點(diǎn)時(shí)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(dāng)小球運(yùn)動到與

9、A點(diǎn)對稱的B點(diǎn)時(shí)，小球?qū)A環(huán)在程度方向的作用力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)生很容易把此題的背景當(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(yùn)動過渡到電場中的圓周運(yùn)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(jié)：找到圓周運(yùn)動向心力的來源。假設(shè)把平面轉(zhuǎn)個(gè)90°，可以把電場力等效看成重力。實(shí)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；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(yùn)動曲線勻變速曲線（類平拋）圓周運(yùn)動直線勻速直線勻變速直線2.帶電粒子在電場中的運(yùn)動類型：解答策略：確定研究對象和研究的運(yùn)動過程，畫出受力示意圖和運(yùn)動示意圖，同時(shí)確定粒子的初始狀態(tài)，根據(jù)力與運(yùn)動的關(guān)系，確定粒子的運(yùn)動性質(zhì)，結(jié)合動力學(xué)觀點(diǎn)或者是能量的觀點(diǎn)進(jìn)展相應(yīng)解答。電場力的特點(diǎn)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(yùn)動，化陌生為熟悉，有助于問題的解答。四、形成性評價(jià)1如下圖，帶負(fù)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(yùn)動到極板上需多長時(shí)間?2兩平行金屬板A、B程度放置，一個(gè)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(dāng)A、B間的電壓UAB=1000 V時(shí)，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