1、 选修选修 3-1 第一章第一章 静静 电电 场场 第九节第九节 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 滕滕 波波 山东省泰山中学山东省泰山中学 山东省第十二届高中山东省第十二届高中 物理教学优质课评选物理教学优质课评选 教学教学 课题课题 选修 3-1 第一章第九节带电粒子在电场中的运动 教材教材 分析分析 在前面学习静电场性质的基础上，本节学习处理带电粒子在电场中运动的问题。 本节内容主要培养学生综合应用力学知识和电学知识的能力。内容由“带电粒子的加 速” “带电粒子的偏转” “示波管原理”三部分组成，教学内容梯度明显。力学与电学 综合程度逐渐提高。 学情学情 分析分析 学生前面学
2、习了静电场的性质，本节内容梯度明显，符合学生的认知规律。但因 为力学与电学综合程度逐渐提高， 学生的学习会出现一些困难。 特别是对带电粒子 “重 力是否可以忽略”这一问题容易感到迷茫。 教学教学 目标目标 知 识 与技能 1学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的 加速度、速度和位移等物理量的变化。 2学习运用静电力做功、电势、电势差等概念研究带电粒子在电场中 运动时能量的转化。 3了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。 过 程 与方法 经历理论探究过程， 体验应用类比学习的知识法和通过做功研究能 量变化的方法。 情感态度与 价值观 通过学习，树立相互联系、相
3、互影响的看待事物的的观点。了解电 场规律在科学技术中的应用。 教学教学 重点重点 带电粒子在电场中的加速和偏转。 教学教学 难点难点 综合利用力学、电学知识分析带电粒子在电场中的加速和偏转问题。理解示波管的工 作原理。 实验实验 器材器材 演示演示 器材器材 多媒体课件、示波器。 分组实验器分组实验器 材材 纸板、小球 教学教学 环节环节 教学内容教学内容 教师活动教师活动 学生活动学生活动 设计意图设计意图 新课新课 引入引入 视频“电子之舞” 要实现“电子之舞” ，首先要学会利用 电场改变或控制带电粒子的运动。 其中最基 本、 最简单的就是使带电粒子在电场中加速 和偏转。 播放视频，引 入
4、新课。 【板书】带电 粒 子 在 电 场 中的运动 观看录像 设计意图： 通过新奇的 场景，吸引 学生的注意 力，激发学 生的学习兴 趣。 新课新课 教学教学 一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 要想让电子“翩翩起舞” ，先要让它运 动起来。 阅读情境一，完成问题一。 情境： “电子之舞”中的电子要“动”起来， 是通过一个加速电场来完成的。 两极板间的 电场是匀强电场，电压为 U，距离为 d，一 个电子电荷量为 e，质量为 m，在真空中从 静止开始加速，从负极板向正极板运动，从 正极板的小孔穿出。(不计电子的重力) 问题一： 电子的运动性质是什么？计算电子 到达正极板时的速度大小？ 电子受到
5、的电场力是恒力， 做匀加速的 直线运动。 设 置 物 理 情 境，引入研究 的问题。 【板书】一、 带 电 粒 子 的 加速 提 问 并 评 价 学 生 所 回 答 的问题 展 示 求 解 结 果： 学生观看屏 幕，阅读物 理情景一， 思考、讨论 所提出的问 题。 学生进行讨 论，分析电 子的运动性 质，寻找求 解电子速度 通过具体的 情境，让学 生感受物理 知识与实际 问 题 的 联 系，激发学 生的理论探 究兴趣。 计算方法一：电子在电场中受电场力，由牛 顿第二定律 U FeEe d 得 FeU a mmd 由运动学公式 2 2vad 可得 2eU v m 计算方法二：电场力对电子做功，由
6、动能定 理 2 1 2 eUmv 可得 2eU v m 问题二：若电子是从炽热的金属丝发射，在 金属丝和金属板之间加电压 U， 发射后的电 子在真空中从静止开始加速， 从右侧金属板 的小孔穿出， 计算电子获得的速度？如何增 大上述电子到达正极板的速度？ 提出问题： （1）请同学们特别注意，这两个电场相同 吗？ 第一个问题是匀强电场，电场力是恒 力； 第二个问题是非匀强电场，电子受的力 引 导 学 生 分 析问题一、二 的区别 的办法。 学生阅读问 题二 思考提出的 问题 是变力。 （2）用什么方法来解决？ 动力学的方法不能用了， 动能定理仍然 可以。 计算方法与问题一中方法二相同： 可得 2e
7、U v m 通过求解的结果可知， 增大加速电压 U 就可增大电子的速度。 二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转 情境： “电子之舞”中的电子要“跳”起来， 是通过一个偏转电场实现的，如图所示。电 子经加速电场加速后， 以一定速度 v0垂直于 电场方向射入匀强电场中，两极板长度为 l，极板距离为 d，电压为 U.（电子电荷量 为 e，质量为 m，不计重力） 问题： 计算电子飞出飞出 电场时沿垂直于板面方 向偏移的距离 y 和偏转的角度 . 思考讨论： （1）进入匀强电场后电子做什么运动？ （2）这种运动与那种运动相似？尝试画出 运动轨迹。 总 结 动 能 定 理 解 决 带 电 粒 子 在 电
8、场 中 的 运 动 问 题的优越性。 【板书】二、 带 电 粒 子 的 偏转 利用情境，提 出思考问题。 讨论、分析 问题，选择 方法。 应用结果分 析并回答。 学生阅读物 理情景二， 思考问题。 学生分组讨 论，并进行 归纳结论。 通过对比两 种电场，引 导学生认识 动能定理的 优越性。 结合实际需 要，巩固知 识。 引导学生通 过类比，得 出运动特点 及 研 究 方 法。 （3）你能否通过类比得到这种运动的研究 方法？ 电子做曲线运动，与平抛运动相似，轨 迹向电场力的方向弯曲。 电子在电场中偏转的照片 介绍并总结： 把电子的运动分成平行于板面 方向的分运动， 和沿垂直于板面方向的分运 动。
9、 平行于板面方向不受外力，做匀速直线 运动，位移大小等于l。垂直于板面方向， 受电场力，做初速度为零的匀加速直线运 动，加速度大小 eU a md 。 用这种研究方法完成物理情境中的问 题。 解： 电子在电场中受电场力，由牛顿第二定 律得 FeEeU a mmmd 总 结 运 动 特 点 、 研 究 方 法，展示电子 轨迹照片 与 学 生 共 同 总 结 研 究 方 法。 介绍讨论结 果、对比实 际现象。 利用类比得 出研究运动 的方法，并 展示介绍。 理论结果与 实际现象相 互印证。 渗透类比、 联想科学研 究 方 法 教 育。 在竖直方向上 2 1 2 yat 在水平方向上 0 l t v
10、 由以上三式可得 2 0 1 2 eUl y mdv 电子在竖直方向上的速度 0 y eUl vat mdv 由几何关系 2 00 tan y v eUl vmdv 思考讨论： （1） 怎样改变电子偏移的距离？ 可以改变 U、d、l、v0 （2）以上探讨的是电子在竖直方向发生偏 转的问题，怎样让电子在水平方向偏转？ 竖直放置两块金属板，加偏转电压。 前面两种控制电子运动的方法组合在 一起，就是示波管的工作原理。 三、三、示波管的原理示波管的原理 这是一种常见的示波器， 可用来观察电 信号随时间的变化情况 介绍示波管的构造 展 示 学 生 解 答、并评价。 提出问题。 与 学 生 共 同 总结。
11、 【板书】三、 示 波 管 的 原 理 介绍结构 学生观看屏 幕上的规范 解答，纠正 自己的问题 学生思考讨 论、回答。 培养学生规 范解决问题 的习惯。 引导学生变 化 空 间 维 度，多角度 思考问题， 贴近实际需 要。为下一 环节教学做 好准备。 由电子枪、偏转电极、荧光屏组成。 思考讨论以下问题： （1）如果在偏转电极 XX 、 YY 上不加电 压，电子如何运动？ （2）只在偏转电极 YY 上加电压，电子如 何运动？ （3）只在偏转电极 XX 上加电压，电子如 何运动？ 在学案的图上大体标注一下三个位置。 配合演示三种情况中电子的运动。 用动画演示，注意观察。 （演示固定电 压、变化电
12、压并总结。 ） 中学使用的示波器除了可以演示这三 种情况外，还可以演示更复杂的情况。当然 了， 要想呈现录像中那种绚丽效果的话，光 凭这样的示波器是无法实现的， 必须对电子 进行更加复杂的控制才行。 有兴趣的同学可 以深入研究。 与 学 生 共 同 总结演示。 介绍总结。 介绍结果， 互相配合演 示体验，并 与课件演示 互相印证。 培养学生的 空间想象能 力。 回扣开头视 频，激发学 生进一步探 究的兴趣。 课堂课堂 小结小结 请同学们总结一下本节课的收获。 师 生 共 同 总 结。 师生共同总 结。 总结、回顾 整 堂 课 收 获。 布置布置 作业作业 作业： 1、做课后练习题 P39 页.14 题 2、讨论分析：P36 页思考讨论提出的问题 布置作业 完成课下作 业。 巩固知识， 为下节课做 准备。
