高中物理示波管的工作原理教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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高中物理示波管的工作原理教学设计学情分析教材分析课后反思

示波管的工作原理》教学设计

教师活动

学生活动

备注

【新课引入】

播放示波器显示《BadApple》的视频，引出本节课内容：

示波器是如何显示出有趣的图像的？

观看视频并思考

引发学生求知欲

【新课讲授】

一、示波器的组成

介绍示波器的组成，重点介绍核心部件：

示波管通过介绍电子枪、相互垂直的偏转电极、和荧光屏，让学生回顾上一节带电粒子在电场中的加速和偏转。

二、回顾旧知

结合学案设计的题目，带学生回顾偏转量和什么因素有关。

提问：

一价氢离子和二价氦离子的混合物

会不会分为两束？

推导出荧光屏上的点偏离中心位置的距离

（偏转电压）

（板书关键性结论）

三、验证结论

播放阴极射线管中电子束在偏转电压作用下偏转的视频

电压反向，反向偏转

了解示波器的组成

对比上一节所学的

物理情景

回顾“匀加速直线—

类平抛—匀速直线

运动”几个运动过程

明确影响偏转量的

因素

得出结论

（做笔记）

观看视频，理解偏转

电极可以控制电子

束的运动方向

初步形成对示波器结构的认识

从类似的物理情境入手，拉近学生与新授课的距离，增强学生自信心

巩固已有的理论基础（为后续的推论打好理论基础）

眼见为实，进一步加深理论认识

四、

制作模型

指导学生用准备好的透明塑料瓶和老师打印出的“荧光屏”“偏转极板”制作一个简单的示波管模型

在黑板上画荧光屏和偏转极板的对应关系

五、提问分析

问：

设想两对儿极板没有接入电压信号，

打开瓶盖看向瓶底的荧光屏，由你的眼睛

射出的加速后的电子将会打到坐标轴的坐标原点O，现在我们在竖直方向上加上一个恒定的电压（上＋下－）电子会打到哪个荧光屏的哪一个位置呢？

（结合PPT展示）

问：

如果电压反向呢？

问：

如何得到X轴负半轴/X轴正半轴的荧

光点？

制作模型

体会水平和竖直方向上的两对偏转极板是在哪个方向上控制电子束的运动

利用模型思考并回

答

思考电压方向对偏

转方向的影响

感受水平方向偏转

板的作用

有助于学生加深对示波管的结构的认识，在制作过程中理解两对偏转极板是如何控制两个方向上的偏转的

便于接下来老师对问

题的表述和学生对上

下左右的感知和描述

学生通过瓶口从电子

束射入的方向观察偏转电场的作用，很容易表述荧光点的位置。

问：

如果同时输入上＋下－、左－右＋的电信号呢？

PPT展示Ux-t、Uy-t图像如何得到第三象限/第二象限的荧光点？

感受两个方向偏转

的叠加效果

初步感知两个方向分

运动的叠加

问：

怎样使荧光点上移/右移？

认识到可以通过两

再次回顾理论分析中

对儿偏转极板控制

得出的结论，偏转电

显示屏上点的位置

压越大，偏离中心位

置越远

问：

刚才我们分析的都是电压恒定的情况，

联系U和t，y和U，

为后面学生理解示波

如果电压不是一个恒定的值，会随时间发

找出这几个物理量

器显示电压信号随时

生改变，那么会看到什么现象呢？

（留出

的关系

间的变化规律做铺垫

思考时间）

动画模拟竖直和水平方向的偏转电压变化

观看视频

感受荧光点的移动

对荧光点位置的影响

尝试画出满足条件

反向思考满足要求的

问：

怎么让荧光点沿X轴自左向右沿X轴

移动到关于O点对称的点？

你能画出满足

的变化图像

电压信号应具有什么

条件的变化图像吗？

（一名学生上黑板

特点

作图）

指出：

如果我们想让它一直这样扫描下去，

就让电压重复这一变化，（补上周期性变化

理解电压信号周期

让学生感知高频率对

图像），画出来像锯齿一样，又称作锯齿形

和频率对图像的影

图像的影响

扫描电压。

响

如果频率较大，由于荧光屏的残光效应和

视觉暂留，会看到一条水平亮线。

动画演示锯齿形扫描电压的效果

问：

如何增大扫描范围？

再理解

问：

怎么让这条水平亮线向上平移？

PPT展示几个有代表性的时间点

在水平方向加恒定

电压

再理解两个方向偏转

的叠加

问：

如果在竖直方向上加正弦式交变电压，

思考正弦式交变电

会看到什么？

压随时间变化的特

点

PPT分析会出现的图像

模拟示波器展示结果

问：

能不能想个办法让荧光屏上显示出正

结合前面所讲的两

层层渗透，引发学生

弦函数的波形呢？

个方向偏转的叠思

综合已有知识分析问

考解决方案

题

示波器展示加了扫描电压之后的效果

点明示波器正是通过

PPT解释为什么会出现这种情况

这一方式将待测信号

变得可视化。

问：

为什么会看到好几个周期的图像？

关注两个方向上所

问题升级，加深理解

加电压的周期关系

扫描电压和待测电压

的周期关系

六、示波器的应用

解释导入视频中图像出现的原因

解开开始时留有的

示波器的应用

介绍示波器的分类

疑惑

视频展示数字示波器用于汽车检修的实例

了解示波器的广泛

应用

《示波管的工作原理》学情分析

学生已经学习了带电粒子在电场中的加速和偏转，并且掌握了用牛顿运动定律和动能定理计算的方法，也能将类平抛运动分解为两个方向上的分运动，通过列方程推出偏转量、偏转角等结论。

但是在熟

练运用公式解决问题方面还有欠缺。

考虑到示波器在学生的生活中接触很少，学生很难将实际问题通过构建物理模型梳理出已知量和待测量，这也不利于学生掌握示波管的工作原理。

更重要的是，这部分知识对学生的空间想象力有很高的要求，如何将电子束在空间中两个方向上的偏转与荧光屏上的图像对应起来是摆在学生面前最大的困难。

高二的学生已经具备了一定的抽象思维能力，但对于复杂的物理情景，仍需要借助具象思维帮助理解和分析，所以在教学过程中要注重问题的设置，循序渐进地引导学生深入地分析问题。

《示波管的工作原理》效果分析通过学习示波管的工作原理，学生学会了应用带电粒子在电场中的加速和偏转的结论分析问题，巩固了对偏转电极控制电子束运动方向的理解；在自制示波管模型的过程中，学生打消了对抽象物理现象建模的畏惧，能够在老师的引导下观察、分析并推理，完成了将复杂的物理情境模型化的过程。

此外，通过示波管应用的实例，学生能够将所学知识与社会生活联系起来，体会到科学技术变革的力量，也提高了物理学习的兴趣和社会使命感。

《示波管的工作原理》教材分析

“示波管的工作原理”选自人教版高中物理选修3-1第一章第九节“带电粒子在电场中的运动”一节。

这节内容由“带电粒子的加速”

带电粒子的偏转”“示波管的原理”三部分组成，教学内容的梯度十分明显，也符合学生的认知规律。

人教版和鲁科版都将“示波管的工作原理”作为静电场中力学与电学综合应用的提升课，这也为学生学习“带电粒子在磁场中运动”奠定了基础。

这部分内容可以自然地把力学和电学知识联系起来，培养学生学科内综合能力。

两个版本的教师用书上也都提供了有关示波器应用的素材，旨在加强理论知识与社会生活的联系，增强知识的应用性的同时也想借此调动学生学习物理的积极性。

由于力学与电学的综合程度逐渐提高，学生的学习也出现了一些困难，特别是“示波管原理”部分还要求学生有一定的空间想象力。

为此，教科书在“思考与讨论”栏目中设置了四个问题，也是四个台阶，力图留给学生足够的思考时间，由浅入深地引领学生理解偏转电极是如何对电子束的运动方向进行控制的。

本节课的教学重点：

带电粒子在电场中的偏转带电粒子在两个相互垂直方向上偏转的合成本节课的教学难点：

示波管的空间结构

荧光屏上图像显示的原理

示波管的工作原理》课前导入练习实验表明：

炙热的电阻丝能够源源不断地向外发射电子，如果让金属丝发射出的电子通过一个高压电即可获得高速的电子流。

电子由加速电场的负极板静止释放，离开正极板时获得的速度v可以表示为：

（电子的电荷量e，质量m，加速电场电压）

问题二：

如图所示，加速后的电子在没有偏转电场的情况下将沿虚线撞击荧

光屏上O点，

若偏转电场电压为，且偏转后的电子没有打到极板上，则离开偏

转电场的电子竖直方向的偏转量可以表示为：

联立两个方程可得：

问题三：

离开偏转电场的电子将做什么运动？

电子打在荧光屏上的位置与O点的距离与的关系满足：

综上

所述，

。

示波管的工作原理》课后巩固练习

1.让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分离为三股粒子束？

请通过计算说明。

2.（多选）如图所示是一个示波器工作原理图，电子经加速后以速

度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h，两平行板间的距离为d，电势差为U，板长是L，每单位电压引起的偏移量（h/U）叫做示波器的灵敏度，为了提高灵敏度，可采用下列办法中的（）

A.增大两极板间电势差U

B.尽可能使板长L做的长些

C.尽可能使两极板间距d减小些

D.使电子入射速度v0大些

《示波管的工作原理》课后反思

本节课作为“带电粒子在电场中运动”的最后一部分内容，既是对加速和偏转的练习巩固，又是加强学科知识与社会生活联系的纽带但是，学生学习过程中往往对于示波管的内部结构和工作原理无法形成清晰且正确的认识，对于荧光屏上显示的图像也不能独立地思考剖析，因此，这节课旨在通过自制模型和动画模拟帮助学生建构起对示波管工作原理的正确认识，同时也想巩固学生对上一课时得出的偏转角、偏转量的理解和应用，把枯燥的公式变得生动有趣。

可以看出，学生能够在老师的引导下将荧光屏上的趣味图像一点点地分解为点和线，并能根据得出的结论有根据地推测出可能出现的结果。

然而，审视整堂课学生的反应，或许他们还可以拥有更大的自主权，老师的引领性还可以再弱化一些，让生生互助代替一部分的师生交流也许更有助于学生锻炼科学思维能力。

另一方面，在示波器的应用上，老师只是选取了几个学生感兴趣的点，如果能在分析图像的基础上，再细致地讲解一下示波器的基本使用方法，让学生学会用示波器测量电压，必定可以进一步拉近学科知识和社会生活的距离。

《示波管的工作原理》课标分析

“示波管的工作原理”选自人教版高中物理选修3-1第一章第九节“带电粒子在电场中的运动”一节。

普通高中物理课程标准（2017年版）将“静电场”调整为必修三的一个主题，要求学生能分析带电粒子在电场中的运动情况，并能解释相关的物理现象。

与必修三模块其他内容一样，“示波管的工作原理”与生产生活、科技进步、社会发展密切相关，有助于培养学生解决实际问题的能力，通过学习示波管的工作原理可以进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展。

物理观念方面：

能够强化对电场这一概念的理解，并能综合应用力学和电学知

识解决实际问题。

科学思维方面：

将带电粒子在电场中的加速和偏转和示波管的结构联系起来，并反过来将电子束在示波管中的运动简化为熟悉的物理模型。

科学探究方面：

能在老师的指导下通过自制示波管模型分析问题，发现运动的合成与分解的规律，形成合理的假设和结论。

科学态度与责任方面：

由示波器在生产生活中的应用增强学习物理的内在动机，在分析荧光屏如何显示出电信号的过程中积累物理研究的经验，培养与他人合作讨论的习惯。

总的来说，这节课有助于指导学生达成高中物理课程目标的多项内容，如：

加深对电场概念的理解；加强建构带电粒子在电场中运动模型的意识和能力；能在分析示波管成像的过程中提出合理的猜想和结论；提高学习和研究物理的好奇心与求知欲。