【同步備課】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)人教版選修3-1-1.9-帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

一、教材分析本專題是是歷年的重點(diǎn)內(nèi)容。本專題綜合性強(qiáng)，理論分析要求高，帶電粒子的加速是電場的能的性質(zhì)的應(yīng)用；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則側(cè)重于電場的力的性質(zhì)，通過類比恒力作用下的曲線運(yùn)動(dòng)（平拋運(yùn)動(dòng)），理論上探究帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。此外專題既包含了電場的基本性質(zhì)，又要運(yùn)用直線和曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，還涉及到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，有關(guān)類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用也比較典型。探究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，只要做好引導(dǎo)，同學(xué)自己是能夠完成的，而且可以提高同學(xué)綜合分析問題的力量。二、教學(xué)目標(biāo)：（一）學(xué)問與技能1、理解帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問題．2、知道示波管的構(gòu)造和基本原理．（二）過程與方法通過帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)過程分析，培育同學(xué)的分析、推理力量（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過學(xué)問的應(yīng)用，培育同學(xué)寵愛科學(xué)的精神三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律難點(diǎn)：運(yùn)用電學(xué)學(xué)問和力學(xué)學(xué)問綜合處理偏轉(zhuǎn)問題四、學(xué)情分析帶電粒子在場中的運(yùn)動(dòng)（重力場、電場、磁場）問題，由于涉及的學(xué)問點(diǎn)眾多，要求的綜合力量較高，因而是歷年來的熱點(diǎn)內(nèi)容，這里需要將幾個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)，即直線運(yùn)動(dòng)中的加速、減速、來回運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)中的平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合鞏固和加深，同時(shí)需要將力學(xué)基本定律，即牛頓其次定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運(yùn)用。五、教學(xué)方法講授法、歸納法、互動(dòng)探究法六、課前預(yù)備1．同學(xué)的學(xué)習(xí)預(yù)備：預(yù)習(xí)牛頓其次定律的內(nèi)容是什么，能定理的表達(dá)式是什么，拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)學(xué)問點(diǎn)。2．老師的教學(xué)預(yù)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延長拓展學(xué)案3、教具：多媒體課件七、課時(shí)支配：1課時(shí)八、學(xué)過程(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)懷疑老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)復(fù)習(xí)回顧相關(guān)學(xué)問點(diǎn)（1）牛頓其次定律的內(nèi)容是什么?（2）動(dòng)能定理的表達(dá)式是什么?（3）平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)學(xué)問點(diǎn)。（4）靜電力做功的計(jì)算方法。同學(xué)活動(dòng)：結(jié)合自己的實(shí)際狀況回顧復(fù)習(xí)。師生互動(dòng)強(qiáng)化生疏：（1）a=F合/m（留意是F合）（2）W合=△Ek=mv2-mv02（留意是合力做的功）（3）平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)學(xué)問（4）W=F?scosθ（恒力→勻強(qiáng)電場）W=qU（任何電場） 檢查落實(shí)了同學(xué)的預(yù)習(xí)狀況并了解了同學(xué)的懷疑，使教學(xué)具有了針對性。（二）情景導(dǎo)入、呈現(xiàn)目標(biāo)帶電粒子在電場中受到電場力的作用會(huì)產(chǎn)生加速度，使其原有速度發(fā)生變化．在現(xiàn)代科學(xué)試驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，經(jīng)常利用電場來把握或轉(zhuǎn)變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。具體應(yīng)用有哪些呢?本節(jié)課我們來爭辯這個(gè)問題．以勻強(qiáng)電場為例。（三）合作探究、精講點(diǎn)撥 1、帶電粒子的加速老師活動(dòng)：提出問題要使帶電粒子在電場中只被加速而不轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)方向該怎么辦?（相關(guān)學(xué)問鏈接：合外力與初速度在一條直線上，轉(zhuǎn)變速度的大小；合外力與初速度成90°，僅轉(zhuǎn)變速度的方向；合外力與初速度成肯定角度θ，既轉(zhuǎn)變速度的大小又轉(zhuǎn)變速度的方向）同學(xué)探究活動(dòng)：結(jié)合相關(guān)學(xué)問提出設(shè)計(jì)方案并相互爭辯其可行性。同學(xué)介紹自己的設(shè)計(jì)方案。師生互動(dòng)歸納：（老師要對同學(xué)進(jìn)行激勵(lì)評價(jià)）方案1：v0=0，僅受電場力就會(huì)做加速運(yùn)動(dòng)，可達(dá)到目的。方案2：v0≠0，僅受電場力，電場力的方向應(yīng)同v0同向才能達(dá)到加速的目的。老師投影：加速示意圖．同學(xué)探究活動(dòng)：上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達(dá)到加速的目的?（提示：從實(shí)際角度考慮，留意兩邊是金屬板）同學(xué)匯報(bào)探究結(jié)果：不行行，直接打在板上。同學(xué)活動(dòng)：結(jié)合圖示動(dòng)手推導(dǎo)，當(dāng)v0=0時(shí)，帶電粒子到達(dá)另一板的速度大小。（老師抽查同學(xué)的結(jié)果呈現(xiàn)、激勵(lì)評價(jià)）老師點(diǎn)撥拓展：方法一：先求出帶電粒子的加速度：a=再依據(jù)vt2-v02=2ad可求得當(dāng)帶電粒子從靜止開頭被加速時(shí)獲得的速度為：vt=方法二：由W=qU及動(dòng)能定理：W=△Ek=mv2-0得：qU=mv2到達(dá)另一板時(shí)的速度為：v=.深化探究：（1）結(jié)合牛頓其次定律及動(dòng)能定理中做功條件（W=Fscosθ恒力W=Uq任何電場）爭辯各方法的有用性。（2）若初速度為v0（不等于零），推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。同學(xué)活動(dòng)：思考爭辯，列式推導(dǎo)（老師抽查同學(xué)探究結(jié)果并呈現(xiàn)）老師點(diǎn)撥拓展：（1）推導(dǎo)：設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動(dòng)能定理得qU=mv2-mv02所以v=（v0=0時(shí)，v=）方法滲透：理解運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)會(huì)求解方法，不去死記結(jié)論。（2）方法一：必需在勻強(qiáng)電場中使用（F=qE，F(xiàn)為恒力，E恒定）方法二：由于非勻強(qiáng)電場中，公式W=qU同樣適用，故后一種可行性更高，應(yīng)用程度更高。實(shí)例探究：課本例題1第一步：同學(xué)獨(dú)立推導(dǎo)。其次步：對比課本解析歸納方法。第三步：老師強(qiáng)調(diào)留意事項(xiàng)。（計(jì)算先推導(dǎo)最終表達(dá)式，再統(tǒng)一代入數(shù)值運(yùn)算，統(tǒng)一單位后不用每個(gè)量都寫，只在最終結(jié)果標(biāo)出即可）過渡：假如帶電粒子在電場中的加速度方向不在同一條直線上，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀況又如何呢?下面我們通過一種較特殊的狀況來爭辯。2、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)老師投影：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場線射入勻強(qiáng)電場中．問題爭辯：（1）分析帶電粒子的受力狀況。（2）你認(rèn)為這種狀況同哪種運(yùn)動(dòng)類似，這種運(yùn)動(dòng)的爭辯方法是什么?（3）你能類比得到帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的爭辯方法嗎?同學(xué)活動(dòng)：爭辯并回答上述問題：（1）關(guān)于帶電粒子的受力，同學(xué)的爭辯焦點(diǎn)可能在是否考慮重力上。老師應(yīng)準(zhǔn)時(shí)引導(dǎo)：對于基本粒子，如電子、質(zhì)子、α粒子等，由于質(zhì)量m很小，所以重力比電場力小得多，重力可忽視不計(jì)。對于帶電的塵埃、液滴、小球等，m較大，重力一般不能忽視。（2）帶電粒子以初速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場時(shí)，受到恒定的與初速度方向成90°角的作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，類似于力學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng)，平拋運(yùn)動(dòng)的爭辯方法是運(yùn)動(dòng)的合成和分解。（3）帶電粒子垂直進(jìn)入電場中的運(yùn)動(dòng)也可接受運(yùn)動(dòng)的合成和分解的方法進(jìn)行。CAI課件分解呈現(xiàn)：（1）帶電粒子在垂直于電場線方向上不受任何力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。（2）在平行于電場線方向上，受到電場力的作用做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。深化探究：如右圖所示，設(shè)電荷帶電荷量為q，平行板長為L，兩板間距為d，電勢差為U，初速為v0．試求：（1）帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)問（2）粒子運(yùn)動(dòng)的加速度。（3）粒子受力狀況分析。（4）粒子在射出電場時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。（5）粒子在離開電場時(shí)豎直方向的分速度。（6）粒子在離開電場時(shí)的速度大小。（7）粒子在離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度θ。[同學(xué)活動(dòng)：結(jié)合所學(xué)學(xué)問，自主分析推導(dǎo)。（老師抽查同學(xué)活動(dòng)結(jié)果并呈現(xiàn)，老師激勵(lì)評價(jià)）投影示范解析：解：由于帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)受力僅有電場力（與初速度垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)。粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=加速度a==qU/md豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離：y=at2=粒子離開電場時(shí)豎直方向的速度為v1=at=速度為：v=粒子離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度θ為：tanθ=拓展：若帶電粒子的初速v0是在電場的電勢差U1下加速而來的（從零開頭），那么上面的結(jié)果又如何呢?（y，θ）同學(xué)探究活動(dòng)：動(dòng)手推導(dǎo)、互動(dòng)檢查。（老師抽查同學(xué)推導(dǎo)結(jié)果并呈現(xiàn)：結(jié)論：y=θ=arctan與q、m無關(guān)。3、示波管的原理出示示波器，老師演示操作①光屏上的亮斑及變化。②掃描及變化。③豎直方向的偏移并調(diào)整使之變化。④機(jī)內(nèi)供應(yīng)的正弦電壓觀看及變化的觀看。同學(xué)活動(dòng)：觀看示波器的現(xiàn)象。閱讀課本相關(guān)內(nèi)容探究緣由。老師點(diǎn)撥拓展，師生互動(dòng)探究：多媒體呈現(xiàn)：示波器的核心部分是示波管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。投影：示波管原理圖：電子槍中的燈絲K放射電子，經(jīng)加速電場加速后，得到的速度為：θv0=θ假如在偏轉(zhuǎn)電極上加電壓電子在偏轉(zhuǎn)電極的電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)．離開偏轉(zhuǎn)電極后沿直線前進(jìn)，打在熒光屏上的亮斑在豎直方向發(fā)生偏移．其偏移量為=y+Ltanθ由于y=tan所以=·U+L·=·U=（L+）tanθ假如U=Umax?sinωt則=max·sinωt同學(xué)活動(dòng)：結(jié)合推導(dǎo)分析老師演示現(xiàn)象。（四）反思總結(jié)，當(dāng)堂檢測。老師組織同學(xué)反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，并進(jìn)行當(dāng)堂檢測。1．帶電粒子的加速(1)動(dòng)力學(xué)分析：帶電粒子沿與電場線平行方向進(jìn)入電場，受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向在同始終線上，做加(減)速直線運(yùn)動(dòng)，假如是勻強(qiáng)電場，則做勻加(減)速運(yùn)動(dòng)．(2)功能關(guān)系分析：粒子只受電場力作用，動(dòng)能變化量等于電勢能的變化量．(初速度為零)；此式適用于一切電場．2．帶電粒子的偏轉(zhuǎn)(1)動(dòng)力學(xué)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場中，受到恒定的與初速度方向成900角的電場力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))．(2)運(yùn)動(dòng)的分析方法(看成類平拋運(yùn)動(dòng))：①沿初速度方向做速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)．②沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．（五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)。1、書面完成“問題與練習(xí)”第3、4、5題；思考并回答第1、2題。2、課下閱讀課本“科學(xué)腳印?????”和“科學(xué)閑逛”中的兩篇文章。九板書設(shè)計(jì)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)(一)、帶電粒子的加速由W=qU及動(dòng)能定理：W=△Ek=mv2-0得：qU=mv2到達(dá)另一板時(shí)的速度為：v=設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動(dòng)能定理得qU=mv2-mv02所以v=（v0=0時(shí)，v=）