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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十三章 電場 九、帶電粒子在勻強電場中的運動(第一課時) 從容說課 本節(jié)介紹帶電粒子在電場中的運動．一是帶電粒子在電場中的加速,二是帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn),并且結(jié)合這兩個知識點介紹了示波管的原理． 本節(jié)的主要特點是：(1)基礎(chǔ)性強,以后的許多問題中都會應(yīng)用該部分內(nèi)容．(2)方法性強,要求綜合能力較強,需要動能定理、平拋運動等知識．(3)通過示波器加深應(yīng)用、實踐． 結(jié)合本節(jié)教材的特點和地位,定位本節(jié)的教學目標如下： 1．理解帶電粒子的加速、偏轉(zhuǎn)(在電場中僅受電場力)的規(guī)律，并能分析解決相關(guān)問題． 2．知道示波管的構(gòu)造和基本原理． 本節(jié)的教學重點定位于對帶電粒子在勻強電場中運動規(guī)律的理解． 本節(jié)教學難點定位于運用電學知識和力學知識綜合處理偏轉(zhuǎn)問題． 為了使大家能夠通過本節(jié)的學習融會貫穿力電知識,提高大家應(yīng)用知識解決問題的能力，在教學中采用知識點復習重現(xiàn)、一題多解、方法歸納、實例應(yīng)用等多種方法拓寬大家的思路，鍛煉大家的能力，充分發(fā)揮大家的主觀能動性完成教學目標． 本節(jié)的教學程序如下： 導入→復習力學知識→帶電粒子加速問題的探究→拓展應(yīng)用→帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題探究→拓展應(yīng)用→示波管原理探索→小結(jié)． 教學目標 一、知識目標 1．理解帶電粒子在電場中的運動規(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、能力目標 通過帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)過程分析，培養(yǎng)學生的分析、推理能力． 三、德育目標 通過知識的應(yīng)用，培養(yǎng)學生熱愛科學的精神． 教學重點 帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律． 教學難點 運用電學知識和力學知識綜合處理偏轉(zhuǎn)問題． 教學方法 講授法、歸納法、互動探究法． 教學用具 投影儀、投影片、示波器． 課時安排 l課時 教學過程 [投影本節(jié)的學習目標和學法指導] (一)學習目標 1．理解帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)情況． 2．運用所學知識，分析示波管的原理． (二)學法指導 1．結(jié)合力學知識綜合分析帶電粒子在勻強電場中的運動情況． 2．通過示波管的原理認識深化對知識的理解． [學習目標完成過程] [導入課題] 帶電粒子在電場中受到電場力的作用會產(chǎn)生加速度，使其原有速度發(fā)生變化．在現(xiàn)代科學實驗和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場來控制或改變帶電粒子的運動． 具體應(yīng)用有哪些呢?本節(jié)課我們來研究這個問題．以勻強電場為例． [板書]帶電粒子在勻強電場中的運動 [新課教學] [相關(guān)知識點復習回顧] [投影思考題] 1．牛頓第二定律的內(nèi)容是什么? 2．動能定理的表達式是什么? 3．平拋運動的相關(guān)知識點． 4．電場力做功的計算方法． [學生活動] 結(jié)合自己的實際情況回顧復習． [師生互動強化認識] 1．a(chǎn)=F合/m(注意是F合) 2．W合=△Ek=(注意是合力做的功) 4．W=Fscosθ(恒力→勻強電場) W=Uq(任何電場) (一)帶電粒子的加速 [提出問題] 要使帶電粒子在電場中只被加速而不改變運動方向該怎么辦? (相關(guān)知識鏈接．與在一條直線上，改變速度的大??；與成90，僅改變速度的方向；與成一定角度θ，既改變速度的大小又改變速度的方向) [學生探究活動] 結(jié)合相關(guān)知識提出設(shè)計方案并互相討論其可行性． [學生介紹自己的設(shè)計方案]激勵評價． [師生互動歸納] 方案1：v0=O，僅受電場力就會做加速運動，可達到目的． 方案2：v0≠O，僅受電場力，電場力的方向應(yīng)同v0同向才能達到加速的目的． [投影]加速示意圖． [學生探究活動] 上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達到加速的目的? (提示：從實際角度考慮，注意兩邊是金屬板) [學生匯報探究結(jié)果] 不可行,直接打在板上． [學生活動] 結(jié)合圖示動手推導當v0=0時，帶電粒子到達另一板的速度大?。? [抽查學生的結(jié)果展示、激勵評價] [教師點撥拓展] 方法一：先求出帶電粒子的加速度： a= 再根據(jù)vt2-v02=2ad 可求得當帶電粒子從靜止開始被加速時獲得的速度為： vt= 方法二：由W=qU及動能定理：W=△Ek=mv2-0 得：qU=mv2 到達另一板時的速度為： v=. [深入探究] 1．結(jié)合牛頓第二定律及動能定理中做功條件(W=Fscosθ恒力 W=Uq 任何電場)討論各方法的實用性． 2．若初速度為v0(不等于零)，推導最終的速度表達式． [學生活動] 思考討論． 列式推導． [抽查學生探究結(jié)果并展示] [教師點撥拓展] 1．推導：設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動能定理得 Uq=mv2-mv02 所以v= (v0=0時，v=) [方法滲透] 理解運動規(guī)律，學會求解方法，不去死記結(jié)論。 2．方法一：必須在勻強電場中使用（F=Eq,F為恒力，E恒定） 方法二：由于非勻強電場中，公式W=Uq同樣適用，故后一種可行性更高，應(yīng)用程度更高． [實例探究]課本例1 第一步：學生獨立推導． 第二步：對照課本解析歸納方法． 第三步：教師強調(diào)注意事項．(計算先推導最終表達式再統(tǒng)一代人數(shù)值運算，統(tǒng)一單位后不用每個量都寫，只在最終結(jié)果標出即可) [過渡]如果帶電粒子在電場中的加速度方向不在同一條直線上，帶電粒子的運動情況又如何呢?下面我們通過一種較特殊的情況來研究． (二)帶電粒子的偏轉(zhuǎn) [投影]如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場線射入勻強電場中． [問題討論] 1．分析帶電粒子的受力情況． 2．你認為這種情況同哪種運動類似，這種運動的研究方法是什么? 3．你能類比得到帶電粒子在電場中運動的研究方法嗎? [學生活動]討論并回答上述問題： 1．關(guān)于帶電粒子的受力，學生的爭論焦點可能在是否考慮重力上． [教師應(yīng)及時引導] 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，重力可忽略不計． 對于帶電的塵埃、液滴、小球等，m較大，重力不能忽略不計． 2．帶電粒子以初速度v0垂直于電場線方向飛入勻強電場時，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動，類似于力學中的平拋運動，平拋運動的研究方法是運動的合成和分解． 3．帶電粒子垂直進入電場中的運動也可采用運動的合成和分解的方法進行． [CAI課件分解展示] 1．帶電粒子在垂直于電場線方向上不受任何力，做勻速直線運動． 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動． [深入探究] 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動的時問t． 2．粒子運動的加速度． 3．粒子受力情況分析． 4．粒子在射出電場時豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離． 5．粒子在離開電場時豎直方向的分速度． 6．粒子在離開電場時的速度大?。? 7．粒子在離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度． [學生活動] 結(jié)合所學自主分析推導． [抽查學生活動結(jié)果并展示,教師激勵評價] [投影]示范解析 解：由于帶電粒子在電場中運動受力僅有電場力(與初速度垂直且恒定)，不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運動． 粒子在電場中的運動時間t= 加速度a==qU/md 豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離： y=at2= 粒子離開電場時豎直方向的速度為 v1=at= 速度為：v= 粒子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度為： tan= [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(從零開始)，那么上面的結(jié)果又如何呢?(y,) [學生探究活動] 動手推導、互動檢查． [抽查學生推導結(jié)果并展示] [結(jié)論] y= =arctan 與q、n無關(guān)． (三)示波管的原理． [出示示波器] 教師演示操作 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)節(jié)使之變化． ④機內(nèi)提供的正弦電壓觀察及變化的觀察． [學生活動] 觀察示波器的現(xiàn)象． 閱讀課本相關(guān)內(nèi)容探究原因． [教師點撥拓展，師生互動探究] [多媒體展示] 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發(fā)射電子，經(jīng)加速電場加速后，得到的速度為： v0= 如果在偏轉(zhuǎn)電極yy′上加電壓電子在偏轉(zhuǎn)電極yy′的電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)．離開偏轉(zhuǎn)電極yy′后沿直線前進，打在熒光屏上的亮斑在豎直方向發(fā)生偏移．其偏移量y′為y′=y+Ltan 因為y= tan 所以y′=U+L =U=tan(L+) 如果U=Umaxsinωt則y′=ymax′sinωt [學生活動] 結(jié)合推導分析教師演示現(xiàn)象． (四)拓展應(yīng)用 如圖所示,兩個帶電荷量分別為3q和q的帶電粒子P1、P2以相同速度從O點垂直場強方向射入電場，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后打在極板A上的C點和D點．已知AC=CD，那么P1、P2的質(zhì)量之比為( ) A．4：3 B．1：3 C．2：3 D．3：4 [參考答案]D 三、小結(jié) 1．同學結(jié)合板書自結(jié)。 2．結(jié)合學習目標檢查學習情況． 3．[投影]示范小結(jié) 四、作業(yè) 1．課本課后作業(yè)． 2．預習實驗“練習使用示波器”，了解示波器． 3．閱讀下節(jié)“靜電的利用和防止”，查找更多的相關(guān)資料． 五、板書設(shè)計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設(shè)計 1．幾種不同的正粒子都由靜止開始經(jīng)一定的電勢差加速后，垂直射入偏轉(zhuǎn)電場，已知它們在電場中的偏轉(zhuǎn)軌跡完全相同，則（ ） A．它們是經(jīng)相同的電勢差加速后射入 B．被加速后它們一定具有相同的速度 C．被加速后它們一定具有相同的動能 D．它們射出偏轉(zhuǎn)電場時的速度相同 2．在勻強電場中，一個僅受電場力運動的點電荷必定不可能( ) A．從電勢為零的點運動到電勢不為零的點 B．從電勢為零的點運動到電勢為零的另一點 C．做勻速圓周運動 D．做變速圓周運動 3．如圖所示，一個帶正電的粒子以一定的初速度垂直進入水平方向的勻強電場，若不計重力，圖中的四個圖線哪個能描述粒子在電場中的運動軌跡（ ） [參考答案] 1．A 提示：經(jīng)U1加速，再經(jīng)U2偏轉(zhuǎn)；y=，y∝1/U1，即U1一定時，偏轉(zhuǎn)軌跡完全相同． 2．CD 提示：做圓周運動要有方向不斷改變指向圓的向心力，而在勻強電場中電場力方向不變，不可能做圓周運動． 3．C