10.5 带电粒子在电场中的运动 教学设计-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

教学设计 一、基本信息 教师姓名 课名 带电粒子在电场中的运动 学科 物理 章节 第十章 教材版本 人教版 2019 课时 第 1 课时 课型 新授课 年级 高二 二、设计思想 本节课以“情境探究-动态建模-科学应用”为主线，利用智慧技术突破传统教学局限。设计聚焦以下内容： 1．利用畅言智慧课堂平台推送示波器、粒子加速器等真实场景视频，激发学生问题意识，通过平板抢答、讨论核心问题：“电场如何控制粒子运动？” 2．借助 GGB 软件动态演示带电粒子在匀强电场中的加速直线运动（U-q-m 参数实时调节）、 类平抛偏转（V₀-E-t 交互模拟）， 并构建示波管工作原理动画模型，将抽象轨迹可视化 ，并推导相关公式。 3．课下学生分组在平板上设计虚拟实验方案（如改变极板电压、间距）， GGB 即时生成运动轨迹与数据，畅言平台实时采集分析实验报告。 三、学习者特征（学情分析） 1．学生已掌握牛顿运动定律、动能定理及匀强电场性质（F=qE， U=Ed），但缺乏电场力与运动学整合的系统训练，对“类平抛”等复杂模型存在建模困难等问题。 2．高二学生抽象思维初具发展，能理解矢量分解与合成，但对微观运动想象困难， 需动态可视化辅助；倾向技术互动，但对物理建模的严谨性易疏漏。 3．熟悉平板基础操作，能完成互动、提交等任务；GGB 动态交互为首次接触，需教师示范参数调节技巧（如滑动条控制电压 U）。 四、教学内容与任务教学内容： 1．匀强电场中带电粒子的加速直线运动； 2．垂直入电场时的类平抛偏转； 3．示波管工作原理：多阶段运动整合 ，加速电场→偏转电场→荧光屏成像。学习任务： 1．用 GGB 调节电压、极板间距，探究轨迹变化规律，推导出偏移距离和偏转角度公式 ； 2．分组在畅言平板上设计虚拟示波管，调试参数验证所得到的结论； 3．分析粒子加速器案例，论证电场参数优化方案。 五、 教学目标 1. 物理观念： 理解电场力对带电粒子运动状态的影响，研究加速度、速度和位移等物理量， 建立运动与相互作用的统一性认知；能够强化对带电粒子在电场中运动规律的进一步理解，并能综合应用力学和电学知识解决实际问题。 2. 科学思维： 通过电子在电场中加速、偏转过程的建构， 利用平台和相关软件（GGB）提升分析、推理、建模能力； 通过计算电子在加速电场中的末速度及偏转电场中的偏转位移，提升数学计算能力；通过示波器成像原理的分析，培养空间想象能力和逻辑推理能力。 3. 科学探究： 通过 GGB 动态建模分析粒子轨迹，培养观察能力及树立证据意识；通过基于阴极射线管荧光现象及示波器的图像观察，能够初步猜想示波器的结构；利用畅言平台协作设计虚拟示波管实验，通过参数调试、数据采集验证 y ∝U 的定量关系。 4. 科学态度与责任： 通过粒子加速器、阴极射线管及示波管等的学习体会物理模型对科技发展的推动作用，培养技术应用责任感；在技术融合探究中激发创新思维，形成严谨求实的科学态度。 六、教学策略设计 引导学生推导公式 ，以 GGB 动态建模演示粒子加速、偏转轨迹，加深对公式理解；学生课下分组操作 GGB 调试示波管参数，畅言平台实时采集数据生成图表。分层推送梯度任务，平板投屏对比纠错。结合粒子加速器案例，论证电场优化逻辑。 七、信息资源与教学环境设计 信息资源： 1．动态建模工具：GGB 课件库（预备粒子加速、偏转、示波管交互模型，参数可调）； 2 ．畅言智慧课堂平台：示波器工作原理动画、粒子加速器 3D 拆解视频； 3．题库：实时生成变式训练。 教学环境： 1．智慧教室配置： （1）教师端：主控平板、交互大屏（实时 GGB 操作）； （2）学生端：人手畅言平板（操作实验、实时答题）； （3）网络：千兆 WiFi 保障多终端同步交互。 2．空间布局：小组合作（4-6 人/组，协作探究）。 八、教学过程 教学环节 起止时间（“-”）（按照完整视 频的时间点） 环节目标 教师活动 学生活动 媒体作用及分析 新课导入 10,,-1,50,, 关联科技应 用，激发探究 动机。 介绍电子加 速器的一些 应用，并提 出问题：电 子在加速器 中是受到什 么力作用而 加速的呢？ 回顾相关知识、思考并回答老师提出的问题。 通过智慧课堂课件回顾相关内容。真实情境激活前认知。 新课讲授： 带电粒子在 电场中的加 速 1,50,, -9,20,, 训练学生的 的逻辑思维 能力、数学计 算能力和归 纳能力。 建构带电粒 子在匀强电 场中的运动模型，提问： 1.粒子受力 情况？何种 运动？ 2.粒子到达 负极板时的 速度？ 3．有无不同思路解决？ 结合自己的 理解、计算 总结归纳带 电粒子加速 的问题的两 种思路，得到公式： 。并分析两种思 路适用的情 境。 可视化演示粒子在电场中的加速运动，并通过平板互动提问方式，帮助学生进一步理解。 新课讲授： 加速器及例 题讲解 9,20,, -16,40,, 通过例题加深对基本知识的掌握。 进一步提出问题：粒子如何持续加速获得较大速度？引出多级直线加速器装置。 在教师的引 导下分析解 答课本上的 例题。 通过智慧课 堂平台将例 题推送至学 生平板，让 学生独立完 成，可帮助 学生进一步 掌握知识并 可通过大屏 实时了解学 生的完成情况。 新课讲授： GGB 软件演 示在电场中 的加速 16,40,, -18,20,, 进一步掌握 匀强电场中 直线加速规 律。 用 GGB 动 态演示示 范：分别调 节加速电 压 U 和板间 距离 d，观察 粒子速度变 化。 学生操作 GGB，只调 节加速电压 U，记录末速 度 v 和运动 时间 t；只调 节极距 d，记 录 v 和 t。验 证结论：v 只与 U 有 关，与 d 无 关。 GGB 软件：参数滑动条实时变化，轨迹与数据同步生成；分析：交互实验破解动能定理的抽象性。 新课讲授： 带电粒子在 电场中的偏 转 18,20,, -27,40,, 通过学生自 主推导带电 粒子的偏转 问题，得出相 关结论，为理 解示波器打 下基础。 提出问题： 1.如何使粒子发生偏 转？（受力） 2.受力与速度方向关系 如何？如何 施加电场？ 3. 粒子将做何种运动？ 以前是否学 过类似的运动？ 4. 我们以前怎么解决平 抛运动问题呢？ 5. 求电子的偏转位移及 偏转角度。 构建模型， 分析电粒子 如何在匀强 电场中偏 转，推导离 开电场时的 偏移距离和 偏转角度： y = at2 = tanθ = = 并在教师的引导下总结相关规律。 通过畅言智慧课堂可视化演示粒子在电场中的偏转运动，并通过平板互动提问方式，帮助学生进一步理解。 新课讲授： GGB 软件演 示在电场中 的偏转 27’40’’ -30’00’’ 通过仿真实验理解带电粒子偏转的影响因素。 GGB 实时 演示示范： 垂直入射粒 子的偏转 ，调节 U、d。提问：“轨迹为何是抛物 线？轨迹的 不同与哪些因素有 关？” 学生操作GGB ，用 GGB 模拟不同偏转电压U 下(正值、负值、零)以及不同带电 粒子的偏转 距离 y，验证 公式的正确 性。 GGB+畅言：参数滑动条 实时变化， 轨迹与数据 同步生成； 分析：双技 术联动实现 “轨迹可视→公式生成”闭环。 新课讲授： 带电粒子在 电场中的加 速和偏转结 合 30’00’’ -35’20’’ 将带电粒子 的加速和偏 转结合，为示 波管的引入 做铺垫。 构建模型， 设加速电压为 U1，偏转电压为 U2。 1. 分析此时电粒子的偏 移距离和偏转 角 度 与U1 、U2 的关系？ 2. 要使粒子飞出电场需 满足什么条件？ 学生推导公 式： 并在教师的引导下总结相关条件： 畅言智慧课堂+学生平板：将模型可视化展 现，并展示实际装置的现象。 新课讲授：示波管的构造和原理 35’20’’ -41’40’’ 认识示波管 构造及原理。 加深学生理 解带电粒子 偏转的一些 规律。 1. 示波管核心部件应该有哪些？ 2. XX9之间和 YY9作用是什么？ 3.在 XX9和YY 9 加 上 不同电压荧光 屏上会出现什么图像？ 4.如何得到 稳定的图 像？ 观察了解示 波管的构造 和示波管的 原理。思考 与讨论偏转电极 XX9之间和 YY9的作用，以及 出现图像的形状。 通过畅言智 慧课堂可视 化演示粒子 在示波管中 的运动，并 通过平板互动提问方 式，帮助学 生进一步理解。 新课讲授： GGB 软件演 示示波管模 型 41,40,, -44,50,, 1. 理解偏转 电压与荧光 屏光点位移 的关系 2. 掌握信号 电压合成图 像的物理机 制（如正弦波 显示原理） 操作 GGB 示波管模型 进行演示，开启“电压-轨迹” 同步 显示模式， 先控制变量滑动参数条，后同步 加载展示正 弦波形合成过程。 学生操作GGB ，用 GGB 模拟不 同信号电压 （不同周 期）下荧光 屏显示的图 像，思考形 成稳定图像 的条件。 GGB 可视化：3D 分层结构动态拆解。 分析：结构显性化破解空间想象难点。 课堂小结 44,50,, -45,20,, 考察学生本节课的吸收理解情况 1.带电粒子在电场中的 直线加速问题 2.带电粒子在电场中的偏转问题 3.示波管的工作原理 梳理自己本节所学知识进行交流 通过畅言智 慧课堂将本 节课知识点 以模块形式 展示，帮助 学生总结。 并通过平板发送给学 生。 学科网（北京）股份有限公司 $