6/6第九節《帶電粒子在電場中的運動》遼寧省實驗中學東戴河分校王艷紅教學課題選修3-1第一章靜電場第九節《帶電粒子在電場中的運動》教材分析在前面學習靜電場性質的基礎上，本節學習處理帶電粒子在電場中運動的問題。本節內容主要培養學生綜合應用力學知識和電學知識的能力。內容由“帶電粒子的加速”“帶電粒子的偏轉”“示波管原理”三部分組成，教學內容梯度明顯。力學與電學綜合程度逐漸提高。學情分析學生前面學習了靜電場的性質，本節內容梯度明顯，符合學生的認知規律。但因為力學與電學綜合程度逐漸提高，學生的學習會出現一些困難。特別是對帶電粒子“重力是否可以忽略”這一問題容易感到迷茫。核心素養通過《帶電粒子在電場中的運動》的學習探究過程，讓學生體驗應用類比的學習方法和通過做功研究能量變化的方法；同時引導學生樹立事物是相互聯系、相互影響的看觀點。教學目標1．學習運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速度、速度和位移等物理量的變化。2．學習運用靜電力做功、電勢、電勢差等概念研究帶電粒子在電場中運動時能量的轉化。3．了解示波管的工作原理，體會靜電場知識對科學技術的影響。4．了解電場規律在科學技術中的應用。教學重點帶電粒子在電場中的加速和偏轉。教學難點1．綜合利用力學、電學知識分析帶電粒子在電場中的加速和偏轉問題。2．理解示波管的工作原理。實驗器材演示器材多媒體課件、示波器。分組實驗器材紙板、小球教學環節教學內容教師活動學生活動設計意圖課前（優教提示：請登陸優教平臺，發送本節預習任務）登陸優教平臺，發送本節預習任務。登陸優教平臺，完成教師發送的導學案。根據優教平臺上反饋的預習情況，發現薄弱點，針對性教學和學習。新課引入視頻“電子之舞”要實現“電子之舞”，首先要學會利用電場改變或控制帶電粒子的運動。其中最基本、最簡單的就是使帶電粒子在電場中加速和偏轉。播放視頻，引入新課。【板書】帶電粒子在電場中的運動觀看錄像通過新奇的場景，吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。新課教學一、帶電粒子的加速要想讓電子“翩翩起舞”，先要讓它運動起來。閱讀情境一，完成問題一。情境：“電子之舞”中的電子要“動”起來，是通過一個加速電場來完成的。兩極板間的電場是勻強電場，電壓為U，距離為d，一個電子電荷量為e，質量為m，在真空中從靜止開始加速，從負極板向正極板運動，從正極板的小孔穿出。(不計電子的重力)問題一：電子的運動性質是什么？計算電子到達正極板時的速度大小？為什么不考慮電子的重力？注：微觀帶電粒子如質子、電子等除明確說明或明確暗示外均可忽略重力，但并不是忽略粒子的質量。帶電液滴、小球等除有明確說明或暗示外，應考慮重力！電子受到的電場力是恒力，做勻加速的直線運動。計算方法一：電子在電場中受電場力，由牛頓第二定律計算方法二：電場力對電子做功，由動能定理問題二：若電子是從熾熱的金屬絲發射，在金屬絲和金屬板之間加電壓U，發射后的電子在真空中從靜止開始加速，從右側金屬板的小孔穿出，計算電子獲得的速度？如何增大上述電子到達正極板的速度？提出問題：（1）請同學們特別注意，這兩個電場相同嗎？第一個問題是勻強電場，電場力是恒力；第二個問題是非勻強電場，電子受的力是變力。（2）用什么方法來解決？動力學的方法不能用了，動能定理仍然可以。計算方法與問題一中方法二相同：可得通過求解的結果可知，增大加速電壓U就可增大電子的速度。（優教提示：請打開素材“動畫演示：帶電粒子在電場中的直線運動與曲線偏轉”）二、帶電粒子的偏轉情境：“電子之舞”中的電子要“跳”起來，是通過一個偏轉電場實現的，如圖所示。電子經加速電場加速后，以一定速度v0垂直于電場方向射入勻強電場中，兩極板長度為l，極板距離為d，電壓為U.（電子電荷量為e，質量為m，不計重力）問題：計算電子飛出．．電場時沿垂直于板面方向偏移的距離y和偏轉的角度θ.思考討論：（1）進入勻強電場后電子做什么運動？（2）這種運動與那種運動相似？嘗試畫出運動軌跡。（3）你能否通過類比得到這種運動的研究方法？電子做曲線運動，與平拋運動相似，軌跡向電場力的方向彎曲。電子在電場中偏轉的照片介紹并總結：把電子的運動分成平行于板面方向的分運動，和沿垂直于板面方向的分運動。平行于板面方向不受外力，做勻速直線運動，位移大小等于l。垂直于板面方向，受電場力，做初速度為零的勻加速直線運動，加速度大小。用這種研究方法完成物理情境中的問題。解：電子在電場中受電場力，由牛頓第二定律得思考討論：（1）怎樣改變電子偏移的距離？可以改變U、d、l、v0（2）以上探討的是電子在豎直方向發生偏轉的問題，怎樣讓電子在水平方向偏轉？豎直放置兩塊金屬板，加偏轉電壓。（優教提示：請打開素材“動畫演示：電場對帶電粒子的加速作用與偏轉作用”）前面兩種控制電子運動的方法組合在一起，就是示波管的工作原理。三、示波管的原理這是一種常見的示波器，可用來觀察電信號隨時間的變化情況．（優教提示：請打開素材“動畫演示：示波器(面板介紹)”）介紹示波管的構造由電子槍、偏轉電極、熒光屏組成。思考討論以下問題：（1）如果在偏轉電極XX、YY上不加電壓，電子如何運動？（2）只在偏轉電極YY上加電壓，電子如何運動？（3）只在偏轉電極XX上加電壓，電子如何運動？在學案的圖上大體標注一下三個位置。配合演示三種情況中電子的運動。（優教提示：請打開素材“動畫演示：示波器(原理介紹)”）用動畫演示，注意觀察。（演示固定電壓、變化電壓并總結。）中學使用的示波器除了可以演示這三種情況外，還可以演示更復雜的情況。當然了，要想呈現錄像中那種絢麗效果的話，光憑這樣的示波器是無法實現的，必須對電子進行更加復雜的控制才行。有興趣的同學可以深入研究。設置物理情境，引入研究的問題。【板書】一、帶電粒子的加速提問并評價學生所回答的問題展示求解結果：引導學生分析問題一、二的區別總結動能定理解決帶電粒子在電場中的運動問題的優越性。【板書】二、帶電粒子的偏轉利用情境，提出思考問題。總結運動特點、研究方法，展示電子軌跡照片與學生共同總結研究方法。展示學生解答、并評價。提出問題。與學生共同總結。【板書】三、示波管的原理介紹結構與學生共同總結演示。介紹總結。給學生情景，用示波器相繼演示學生觀看屏幕，閱讀物理情景一，思考、討論所提出的問題。學生進行討論，分析電子的運動性質，尋找求解電子速度的辦法。學生閱讀問題二思考提出的問題討論、分析問題，選擇方法。應用結果分析并回答。學生閱讀物理情景二，思考問題。學生分組討論，并進行歸納結論。介紹討論結果、對比實際現象。利用類比得出研究運動的方法，并展示介紹。學生觀看屏幕上的規范解答，糾正自己的問題學生思考討論、回答。介紹結果，互相配合演示體驗，并與課件演示互相印證。注意觀察示波器通過具體的情境，讓學生感受物理知識與實際問題的聯系，激發學生的理論探究興趣。通過對比兩種電場，引導學生認識動能定理的優越性。結合實際需要，鞏固知識。引導學生通過類比，得出運動特點及研究方法。理論結果與實際現象相互印證。滲透類比、聯想科學研究方法教育。培養學生規范解決問題的習慣。引導學生變化空間維度，多角度思考問題，貼近實際需要。為下一環節教學做好準備。培養學生的空間想象能力。回扣開頭視頻，激發學生進一步探究的興趣。課堂訓