105 带电粒子在电场中的运动教学设计人教版必修第三册.docx

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105带电粒子在电场中的运动教学设计人教版必修第三册

第十章第5节《带电粒子在电场中运动》教学设计

课题名称：

人教版高中物理必修三第十章《静电场中的能量》

第五节——带电粒子在电场中的运动

教学内容分析

《带电粒子在电场中运动》一节由带电粒子在电场中加速、带电粒子在电场中偏转、示波管原理三部分组成，是电场部分最后一节，体现“应用性”和“综合性”。

单级直线加速器，教材在第三节以例题的形式，重点突出运动和相互作用观念，思考与讨论引领学生用能量观念思考问题，体会其优点。

多级直线加速器更符合应用实际，周期性是难点，如何理解步调一致需要生活中一些例子，例如大跳绳，如果学生理解还有困难，在后期学习回旋加速器，对同步条件会有更深刻的理解。

带电粒子在电场中的偏转，体现电场对粒子的控制，是力和运动的进一步加深。

示波管的原理，是双偏转的合成，凸显运动的独立性。

本节一条素养主线是物理观念中的运动和相互作用观念、能量观念，力和运动，功和能又是处理带电粒子在电场中运动的基本思路。

学生情况分析

学生在必修一二，不断在利用力和运动观点、功和能观点解决问题，本节是电场最后一节，第九章重点学习了电场力的性质，本章重点学习了电场能的性质，有这些内容的铺垫，在本节学生会有一个小的升华，更加深刻体会电学问题需要用力学方法来处理。

受力分析、运动判断、规律表达、结果论证，这是分析力学综合问题的一般思路，学生往往缺少前两个环节，直指第三步骤，规律表达，学生又不善于优先考虑功能观点，这些都表明，学生在物理观念素养的缺失，在以后教学还需不断渗透。

教学目标与重难点分析

教学目标：

1会从力和运动角度、功和能角度分析带电粒子在电场中的加速、偏转，落实相互作用和运动观念以及能量观念。

2.会推导带电粒子在电场中偏转的侧位移、射出速度的大小及方向（速度偏向角），并能对结果进行分析讨论

3.能从理论上把加速和偏转进行组合，会利用合成法、描点作图法绘制图像

4.教学重、难点：

带电粒子在电场中的加速、偏转，示波管原理

教学流程

三个问题均从应用性引入，以力和运动、功和能为主线贯穿其中。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

引入：

带电粒子在电场中的加速

问题引入：

为什么要研究加速器。

在原子物理、核物理领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。

在医学领域，带电粒子被加速，轰击金属靶，产生射线，用于放射治疗。

倾听

体会应用性，激发学习热情

理论分析：

带电粒子在电场中的加速

学习任务一：

利用前面所学内容，设计一个加速器模型

1、自己设定物理量，并根据自己设定的物理量求解速度？

2、根据速度表达式，说一说提高速度的措施有哪些？

3、互相交流，归纳解决加速问题的思路，比较优缺点

总结解题思路：

先独立设计

再相互交流

最后展示

倾听

通过交流展示进一步加强力和运动、功和能是处理问题的两个思路。

通过比较找到能量观点的优势。

找到影响速度的决定因素

进一步体会能量观点的优势

训练应用：

带电粒子在电场中的加速

出示例题1

思考并回答问题

进一步加强影响提高速度的因素

若板间距离1mm，当电压达到31.35kv，空气被击穿，提高电压是提高速度的有效措施，但存在击穿电压以及安全性，电压不能过高，速度不能达到要求。

如何解决？

单级直线加速器的弊端，找到解决方案

质疑，改进，创新

学习任务二：

多级直线加速器原理

思考，回答问题。

重点是同步条件的理解，可以举一些生活实例。

大跳绳，流水线，都需要控制节奏。

例2：

若电子的质量为m，电荷量为-e，交变电源的电压为U，周期为T，两圆筒间隙的电场可视为匀强电场，圆筒内场强均为0。

不计电子的重力和相对论效应。

不考虑电子通过圆筒间缝隙的时间。

（1）分析电子从圆板0出发到离开圆筒2这个过程的运动；

（2）求电子进入圆筒1时的速度v1，并计算第1个圆筒的长度L1；

（3）求电子进入圆筒n时的速度vn，并计算第n个圆筒的长度Ln。

独立思考，解答题目

在原例题的基础上，设问上铺垫一问，搭台阶，同时让学生体会归纳的思想方法。

引入：

带电粒子在电场中的偏转

问题引入：

研究带电粒子在电场中偏转有什么用？

1897年4月30日，汤姆孙宣布发现电子，并与1906年获得诺贝尔奖。

倾听

体会应用性，激发学习热情

理论分析：

带电粒子在电场中的偏转

情景：

设极板长度为l，间距为d，电势差为U；粒子质量为m，电荷量为+q，初速度为v，与极板平行（与电场垂直）；忽略重力与阻力

猜想：

速度偏向角和侧位移和哪些因素有关

学习任务三：

带电粒子垂直进入匀强电场的运动规律

根据结果验证自己猜想

思考问题，类比平抛，尝试填空

学生通过类比的物理思想自己尝试得出偏转的规律

先是定性猜想，通过定量计算，验证猜想

当堂训练：

带电粒子在电场中的偏转

例3：

质子（质量为m、电量为e）和二价氦离子（质量为4m、电量为2e）以相同的初速度垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为，侧移之比为。

变式：

质子（质量为m、电量为e）和二价氦离子（质量为4m、电量为2e）以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为，侧移之比为。

独立思考，作答题目

对物理结果的分析是理论到应用的重要依据，通过例题3和变式，让学生体会影响侧位移和速度偏向角

求解粒子射出电场的速度v'并证明速度v'的反向延长线是水平位移l的中点

独立思考，作答题目

平抛运动的推论类比。

求速度两个角度，力和运动、功和能，继续贯穿主线。

落实推理论证素养。

例4：

氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为（_1^1）H、（_1^2）H 、（_1^3）H（质量分别为m、2m、3m,电量均为e）。

它们以相同的初动能垂直进入同一匀强电场，离开电场时，末动能最大的是（）

A．氕核B．氘核C．氚核D．一样大

独立思考，作答题目

上一内容应用

拓展训练：

带电粒子在电场中的偏转

拓展一：

加速电场和偏转电场的组合

例5：

如图所示，电子在电势差为U1的电场中加速后，垂直进入电势差为U2的偏转电场，在满足电子能射出的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角θ变大的是　

A．U1变大、U2变大B．U1变小、U2变大

C．U1变大、U2变小D.U1变小、U2变小

例6：

（多选）如图，质子（质量为m、电量为e）和二价氦离子（质量为4m、电量为2e）的混合体，经同一加速电场加速后垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们（）

A．侧移相同B．偏转角相同

C．到达屏上同一点D．到达屏上不同点

独立思考，作答题目

将电场加速和偏转进行组合，对上述内容进一步深化，为后期示波管原理做铺垫。

拓展二：

设荧光屏到偏转电场的距离为L，粒子出电场后做什么运动？

设粒子打在屏上的位置到屏中心距离为Y，请用y、L、θ表示Y。

思考与讨论：

通过观察屏上亮点的位置，并测量Y的值，说一说有什么实际意义

独立思考，交流讨论

将类平抛运动和匀速直线运动组合，继续为示波管原理做铺垫。

思考与讨论，学生能够看到亮点，能够测量Y，通过Y反推电压，这就是示波管检测信号的思路。

问题引入：

示波管原理

问题引入：

示波管是干什么用的

示波器：

用来观察电信号随时间变化的电子仪器。

其核心部分是示波管

倾听

体会应用性，激发学习热情

构造：

示波管原理

示波管的构造

观察，思考

上节课通过组合电场，组合运动，装在盒子里就是示波管，在原来基础上加上横向偏转电压即可。

理论分析：

示波管原理

示波管的原理

已知加速电压U1、极板长l、YY’偏转电极的电压U2 、板间距d、板端到荧光屏的距离L。

求：

电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan α及打到屏上电子的偏移量y′。

要求：

快速回顾上节课内容，头脑中再现

思维挑战：

电子不断的从电子枪发射出来，若U2随时间变化，对 α和y′会有怎样的影响？

快速回顾知识，通过分析结果得出结论

把理论上升到实践，首先就要对理论的结果进行分析

大胆尝试：

画出亮点形成的图形

粒子速度极大，穿越时间极短，可认为穿越期间U不变

描点作图

依据上述结果，画出特殊位置的点迹，连线做出图形。

合成是难点，通过心电图，沙摆等例子进行解释。

或是利用可伸缩衣架解释。

教学反思与评价

本节课重在应用性、综合性，在教学中主要的教学策略：

1.三个实例引入，激发学生的兴趣

实例引入，体现本节课的价值，也就是讲这些有什么用。

但对撞机离我们生活较远，用身边形象的例子打比方，例如要知道核桃内部结构，我们需要把它敲开。

电子发现是原子物理开端，汤姆孙就是利用电磁偏转测得电子电性以及比荷。

怎样知道一个未知信号的特征，学生在影视当中并不陌生。

这些例子都能很好的把学生拉近课堂。

2.给学生搭台阶，让学生思维连贯

课本直接给多级直线加速器，我们搭建一个单级直线加速器；课本直接求第n个筒长，我哦搭建求第1个、第二个，递推规律；示波管原理，我们通过搭建电场组合，运动组合，描点作图，体会电场对粒子的控制。

3.一条主线贯穿始终，落实物理核心素养

本节课重点落实运动与相互作用观念，能量观念。

从加速到偏转，总是利用两种观念来分析解决问题，运动由直线到曲线，由分解回到合成，能量观点适用范围更广，更有优势。

4.注重对学生理论联系实际的培养

理论联系实际，什么是理论？

对物理结果的分析就是很好的理论分析，例如加速，速度和什么因素有关？

和什么因素无关？

如何提高速度？

又例如侧位移，侧位移的大小及方向由哪些因素决定？

而侧位移作为结果，我们通过结果如何反推影响它的原因，这就是用可视化的物理量去测量不可视的物理量，示波管用来测量信号就是这样的原理。