10.5带电粒子在电场中的运动 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.5带电粒子在电场中的运动】 【教材分析】 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第10章第5节的内容，本节内容由“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， 这样的安排也符合学生的认知规律。由于力学与电学的综合程度逐渐提高，学生学习出现 一些困难也是正常现象。教师应该帮助学生铺设合理的台阶，逐步提高他们的综合分析能 力。 教科书是通过例题的形式来研究带电粒子的加速和偏转问题的。这样的处理可以防止出现 “加速度公式，位移公式、速度公式、偏转角公式”等，因为记忆这些公式不仅加重学生 负担，更严重的是会淡化学生研究问题时的物理意识。 示波管原理部分不仅对力学、电学知识的综合能力有较高的要求，而且要求有一定的空间 想像能力。 【学情分析】 本节课学生已掌握了一些力学和电场的基本知识，同时具备了分析有关电场的力学分析能 力和能量的初步知识。本节结合实际情景对学生合理引导，培养学生解决简单问题的能力， 并且结合重力场中的平抛运动。采用类比法，将运动的合成与分解应用于电场的问题分析 当中。使得大多数学生的便于理解容易接受。同时借助于学生的数学能力，发现在类平抛 中的数量关系，从而调动学生的主动性和引导学生发现物理规律。 【教学目标】 一、教学目标 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、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能 量转化。 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， 二、核心素养 物理观念：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：通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力。 科学探究：通过学习处理带电粒子在电场中运动的问题，培养学生综合应用力学知识和电 学知识的能力。 科学态度与责任：通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。 【教学重难点】 重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律。 难点：综合应用力学和电学知识处理偏转问题。 【新课导入】 (一)新课导入 教师活动：引导学生复习回顾相关知识点。 教师用多媒体课件出示思考题： (1)动能定理的表达式是什么？ (2)平抛运动的结论和推论是什么？ (3)静电力做功的计算方法有哪些？ 学生活动：结合自己的实际情况回顾复习。 师生互动强化认识： (1)m (注意W是合力所做的功)。 (2)平抛运动的相关知识：水平速度v,=y,,竖直速度y,=g1,水平位移x=v。1,竖直 位移h=。gr,合速度与水平方向夹角的正切值tam0=:合位移与水平方向夹角的正切 值tana= 2Vo (3)W=F's cos(0(匀强电场中)，W=gU(任何电场中)。 提出问题：电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展 示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 带电粒子在电场中受到静电力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化。在现代科学 实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒子的运动。 利用电场使带粒子加速的具体应用有哪些呢？本节课我们就以匀强电场为例来研究这个 问题。 【新课讲解】 一、带电粒子在电场中的加速 师生活动：出示问题 问题2：如图，两平行极板之间的距离为d,板间存在场强为E的匀强电 场，有一电荷量为©，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、 到达右侧极板时的速度及所需时间。 问题3：如图，两平行极板之间的距离为d,板间电压为U,有一电荷量 为©，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板 时的速度及所需时间。 问题4：如图，两平行极板之间的距离为d,板间电压为U,有一电荷量 为e,质量为m的电子，以初速度为vo从左侧极板附近加速，求：电子的加速度和到达 右侧极板时的速度。 学生分三组，分别完成问题2、问题3和问题4，分别汇报结果。 征求不同的解法和思路，总结出两种不同的处理思路：动力学观点和能量观点。 方法一：先求出带电粒子的加速度：a㗊 再根据v2v-2ad 可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为：v=√2S= 2q0 m 方法二：由W=qU及动能定理：W=qU=mv2-0 得：= 2qU 、m 到达另一板时的速度为：v= 2qU m 深入探究： (1)结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件(W=Fscos(0恒力W=Uq任何电场)讨论各方 法的实用性。 (2)若初速度为v。(不等于零)，推导最终的速度表达式。 学生思考讨论，列式推导（教师抽查学生探究结果并展示）教师最后点拨拓展： 推导：设初速为vo,末速为v,则据动能定理得qU=mv2