高中物理選修《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》教學(xué)設(shè)計(jì)3

第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)三維目標(biāo)知識(shí)與技能1.讓學(xué)生掌握帶電粒子在電場(chǎng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)一類問題的解題技巧；2.讓學(xué)生掌握帶電粒子在電場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)的基本規(guī)律；3.讓學(xué)生掌握帶電粒子在電場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)一類問題的基本解題技巧；4.讓學(xué)生掌握示波管的基本原理。過程與方法1.由一般的勻變速直線運(yùn)動(dòng)過渡到帶電粒子在電場(chǎng)中的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)的遷移；2.由一般的平拋運(yùn)動(dòng)過渡到一般的類平拋運(yùn)動(dòng)，再過渡到帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生掌握知識(shí)遷移的方法。21·cn·jy·com情感、態(tài)度和價(jià)值觀通過一般勻變速直線運(yùn)動(dòng)與帶電粒子在電場(chǎng)中的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系，以及一般平拋運(yùn)動(dòng)與一般類平拋運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系，揭示世界是普遍聯(lián)系在一起的唯物主義哲學(xué)觀點(diǎn)?！緛碓矗?1cnj*y.co*m】教學(xué)重點(diǎn)1.帶電粒子在電場(chǎng)中的勻變速直線運(yùn)動(dòng)；2.帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)——類平拋運(yùn)動(dòng)。教學(xué)難點(diǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)——類平拋運(yùn)動(dòng)教學(xué)方法講解、提問、類比、練習(xí)課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程【新課導(dǎo)入】師：高一時(shí)，我們學(xué)習(xí)了勻變速直線運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)。勻變速直線運(yùn)動(dòng)是受到一個(gè)方向與速度方向在一條直線上的恒力，但不確定恒力是什么力；平拋運(yùn)動(dòng)是受到一個(gè)方向與速度方向垂直的重力，這個(gè)重力也是恒力。那么，今天，我想問一下大家，勻變速直線運(yùn)動(dòng)中的恒力，能不能是什么具體的力，比如說勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力；平拋運(yùn)動(dòng)中重力，能不能改成其他的力，比如說改成勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力？【出處：21教育名師】生：（思考）師：這就是我們今天要講的《帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》?！景鍟康诰殴?jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【新課教學(xué)】師：首先，告訴大家一個(gè)常識(shí)，就是基本帶電粒子在一般情況下所受的重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它所受的靜電力，所以，對(duì)于基本帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題，一般忽略其重力，只考慮它所受的電場(chǎng)力。下面大家看下面幾個(gè)問題：【版權(quán)所有：21教育】例1、一個(gè)質(zhì)量為m的小球，在光滑的水平桌面上，受一恒力F作用，從靜止開始運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)距離d，求其末速度為多大？21教育名師原創(chuàng)作品例2、如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓U，兩板間距d，兩板間有一個(gè)帶正電荷q的帶電粒子，質(zhì)量為m，它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度有多大？（不考慮帶電粒子的重力）21*cnjy*com師：大家看這兩個(gè)問題，首先分析一下，這兩個(gè)問題中質(zhì)點(diǎn)所受到的力是否具有相同的特征？如果具有相同的特征，他們相同的特征是什么？生甲：具有相同的特征，他們相同的特征是都受到大小方向都不變的恒力。師：再分析一下，這兩個(gè)問題中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征是否相同？如果相同，那么他們都屬于哪一類型的運(yùn)動(dòng)？生乙：運(yùn)動(dòng)特征相同，他們都是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。師：既然如此，那么，這兩個(gè)問題能不能用同一種方法解決呢？生丙：可以用同一種方法解決。師：請(qǐng)用同一種方法——?jiǎng)幽芏ɡ淼姆椒ń鉀Q。生?。嚎偣=Fd，動(dòng)能增量為ΔEk=QUOTE12mv2-0,依據(jù)動(dòng)能定理，有w=ΔEk,所以Fd=QUOTE12mv2-0,所以v=2Fdm.對(duì)于第二個(gè)問題，F(xiàn)=Eq,且E=Ud,所以F=qUd,代入v的結(jié)果中，最終v=2qU師：所以這兩個(gè)問題是相通的，同時(shí)可以看出，具有相同特征的問題可以用相同或相類似的方法解決。當(dāng)然，第二個(gè)問題也有自己的特點(diǎn)，那就是這個(gè)問題中的功也可以直接求出為w=qU,再利用w=ΔEk和ΔEk=QUOTE12mv2-0可得qU=QUOTE12mv2,所以v=2qUm.師：所以，帶電粒子在電場(chǎng)中的做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的問題，完全可以用常規(guī)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)問題的解決方法來解決，只要注意：（1）F=Eq；（2）E=Ud；(3)【板書】帶電粒子在電場(chǎng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)1.用常規(guī)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)問題的解決方法來解決，注意：（1）F=Eq；（2）E=Ud；2.v=2qUm師：下面，我們?cè)倏催@三個(gè)問題：例3.一物塊，質(zhì)量為m，以初速v0平拋，落地時(shí)，水平射程為L,下落高度h為多少？落地時(shí)豎直分速度vy末速度方向與初速度方向間的速度偏轉(zhuǎn)角的正切為什么？例4.一物塊，質(zhì)量為m，在光滑水平面上以初速v0向東前進(jìn)，與此同時(shí)受一向南的恒力F,運(yùn)動(dòng)到桌邊時(shí)，向東前進(jìn)了L,求：向南前進(jìn)的距離h為多少？到桌邊時(shí)向南的分速度vy（3）末速度方向與初速度方向間的速度偏轉(zhuǎn)角的正切為什么？例5.一質(zhì)子，質(zhì)量為m，電量為q以初速v0從平行板電容器中央水平射入，平行板長為L,兩板間電壓為U,板間距為d.求：（1）質(zhì)子射出兩板間時(shí)，沿電場(chǎng)方向的偏移量h為多少？（2）射出時(shí)質(zhì)子沿電場(chǎng)方向的分速度vy（3）射出時(shí)末速度方向與初速度方向間的速度偏轉(zhuǎn)角的正切為什么？師：大家看這三個(gè)問題，首先分析一下，這三個(gè)問題中質(zhì)點(diǎn)所受到的力是否具有相同的特征？如果具有相同的特征，他們相同的特征是什么？生甲：具有相同的特征，他們相同的特征是都受到大小方向都不變的恒力，且恒力方向都與初速度方向相垂直。師：再分析一下，這三個(gè)問題中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征是否相同？如果相同，那么他們都屬于哪一類型的運(yùn)動(dòng)？生乙：運(yùn)動(dòng)特征相同，他們都是平拋運(yùn)動(dòng)或與平拋運(yùn)動(dòng)具有相同特征的運(yùn)動(dòng)。師：這種運(yùn)動(dòng)特征與平拋運(yùn)動(dòng)相同的運(yùn)動(dòng)我們一般稱為類平拋運(yùn)動(dòng)，所以，帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一種是類平拋運(yùn)動(dòng)。2·1·c·n·j·y師：那么，根據(jù)前面的結(jié)論，這三題的解法應(yīng)是相同的或相似的。師：根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，他們相同或相似的解法是什么？生甲：在第一題中，t=Lv0，h=QUOTE12gt2，所以h=gL22v02；vy=gt，所以vy=gLv0；tanθ=gtv0，所以，；對(duì)于第二題，加速度不再是特殊的g，而是普通的a，且a=Fm，所以只需要將上一題中的g全部換成Fm就行了。即：h=FL22mv02，vy=FLmv0，tanθ=FLmv02；第三題中，與第二題不同的是力F為電場(chǎng)力師：下面我們總結(jié)一下這里可以得出的結(jié)論：帶電粒子以垂直與勻強(qiáng)電場(chǎng)的初速度v0射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是類平拋運(yùn)動(dòng)，可以用與平拋運(yùn)動(dòng)相似的規(guī)律和方法解題。注意，相當(dāng)于平拋運(yùn)動(dòng)中重力的是勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力，相當(dāng)于重力加速度g的加速度是由勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力產(chǎn)生的加速度a=Fm=Eqm=在電場(chǎng)力方向的偏移量為h=末速度在電場(chǎng)力方向的分量為vy=qUL末速度與初速度方向的夾角的正切為tanθ=qUL【板書】帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1.帶電粒子以垂直與勻強(qiáng)電場(chǎng)的初速度v0射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是類平拋運(yùn)動(dòng)，可以用與平拋運(yùn)動(dòng)相似的規(guī)律和方法解題，注意，相當(dāng)于平拋運(yùn)動(dòng)中重力的是勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力，相當(dāng)于重力加速度g的加速度是由勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力產(chǎn)生的加速度a=Fm=Eqm2.在電場(chǎng)力方向的偏移量為h=3.末速度在電場(chǎng)力方向的分量為vy=qUL4.末速度與初速度方向的夾角的正切為tanθ=qUL師：從前面這兩大類問題的解題規(guī)律和技巧的得到過程，可以看出：這個(gè)世界有很多東西是普遍聯(lián)系在一起的。那么剛才這些規(guī)律有什么運(yùn)用呢？21·世紀(jì)*教育網(wǎng)師：建立在帶電粒子在電場(chǎng)中的勻變速直線運(yùn)動(dòng)和帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)這兩類問題為基礎(chǔ)的原理上的一種實(shí)驗(yàn)儀器是示波管或稱示波器。這是這些規(guī)律的一種運(yùn)用。下面我們來看看它。www-2-1-cnjy-com師：如圖甲，是示波器的原理圖。師：在電子槍中，是一個(gè)加速電場(chǎng)，即讓電子以為零的初速做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極之間時(shí)有一個(gè)初速v0.而X-和Y-兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電極中，實(shí)際上是水平方向和豎直方向兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，可以讓電子在其中發(fā)生水平方向和豎直方向的偏轉(zhuǎn)，也就是做水平方向和豎直方向的類平拋運(yùn)動(dòng)。如果，沒有兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，則電子將沿直線打到熒光屏上的中心O點(diǎn)。當(dāng)有X-方向的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，且X-電極接正向電壓，由于X高電勢(shì)，電子將向X方向偏移，打在熒光屏上的位置就會(huì)向X方向偏移；如果X-電極接負(fù)向電壓，由于高電勢(shì)，電子將向方向偏移，打在熒光屏上的位置就會(huì)向方向偏移。當(dāng)有Y-方向的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)，且Y-電極接正向電壓，由于Y高電勢(shì)，電子將向Y方向偏移，打在熒光屏上的位置就會(huì)向Y方向偏移；如果Y-電極接負(fù)向電壓，由于高電勢(shì)，電子將向方向偏移，打在熒光屏上的位置就會(huì)向方向偏移。電子打在哪個(gè)地方，那個(gè)地方就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮斑。所以電子打在熒光屏上的位置發(fā)生移動(dòng)，亮斑就會(huì)相應(yīng)的移動(dòng)，從而形成相應(yīng)的圖像。2-1-c-n-j-y師：示波器上一般有兩個(gè)信號(hào)輸入端口，一個(gè)X-輸入，一般接儀器自身鋸齒狀掃描電壓，如上圖中的丙所示；另一個(gè)是Y-輸入，一般外接要顯示波形的信號(hào)源電壓，比如要顯示正弦交流電的波形，就接正弦交流電壓，如上圖中的乙所示。21*cnjy*com師：下面我們用描點(diǎn)作圖法解說一下正弦交流電壓波形是如何顯示出來的。師：（用描點(diǎn)作圖法，在黑板上描點(diǎn)作圖，解釋示波器如何顯示正弦交流電壓波形。）【板書】示波器的原理師：（帶領(lǐng)學(xué)生回顧本節(jié)重點(diǎn)）布置作業(yè)課本問題與練習(xí)第1、2、3、4題板書設(shè)計(jì)第九節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一．帶電粒子在電場(chǎng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)1.用常規(guī)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)問題的解決方法來解決，注意：（1）F=Eq；（2）E=Ud；2.v=2qUm二