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带电粒子在电场中的运动教学设计(人教版选修3-1)

时间:2018-01-11 08:06:28作者:佚名教案来源:网络
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第9节 带电粒子在电场中的运动 教学设计
 
  【学习任务分析】
  1、探究带电粒子在匀强电场中的加速、偏转规律。
  2、探究示波管的工作原理。
 
  【学习者分析】
  思维基础:平时教学中,注重“模型分析-猜想-实验验证-上升理论”模式的教学,学生已习惯于这种科学探究的学习模式。
  心理特点:学生在强烈兴趣(实验引入)的驱使下,利用已有知识进行新规律的探究,既有挑战性,也有成就感。
  已有知识:学生熟悉自由落体运动规律;理解粒子在电场中的受力特征和功能关系。
 
  【教学目标】
  一、知识与能力
  1、理解带电粒子在匀强电场中的运动规律,并能分析和解决加速和偏转方面的问题。
  2、知道示波管的基本原理。
  3、让学生动脑(思考)、动笔(推导)、动手(实验)、动口(讨论)、动眼(观察)、动耳(倾听),培养学生的多元智能。
  二、过程与方法
  1、通过复习自由落体运动规律,由学生自己推导出带电粒子在匀强电场中的加速和偏转规律。
  2、通过由浅入深、层层推进的探究活动,让学生逐步了解示波管的基本原理。
  3、使学生进一步发展“猜想-实验-理论”的科学探究方法,让学生主动思维,学会学习。
  三、情感态度与价值观
  1、通过理论分析与实验验证相结合,让学生形成科学世界观:自然规律是可以理解的,我们要学习科学,利用科学知识为人类服务。
  2、利用带电粒子在示波管中的蓝色辉光、示波器上神奇变换的波形,展现科学现象之美,激发学生对自然科学的热爱。
 
  【教学过程分析和设计】
  一、实验引入,激发兴趣
  1、接通示波管电源,演示带电粒子在电场中运动撞击气体而发出蓝色辉光,调节加速和偏转电压,轨迹发生改变,引发学生强烈兴趣。指出蓝色辉光不是电子,但可以显示电子运动轨迹,如图所示。
 
  2、接通示波器电源,演示荧光屏上的正弦图像,如图所示。
 
  3、在大屏幕上投影出本节课的学习目标。
  二、探究带电粒子在匀强电场中的加速和偏转规律
  1、〖探究1〗带电粒子经过电压U加速,如何求获得的速度?如图一所示。
 
  学生动笔推导,老师巡堂,找一个书写正确工整的手稿投影在大屏幕上,其它学生对照。此处为刚学内容,一般学生都能很快由动能定理推出速度。从快处理。
  2、提问:平抛运动的规律?
  学生动笔推导,老师巡堂,找一个书写正确工整的手稿投影在大屏幕上,其它学生对照。此处知识简单,从快处理。
  3、〖探究2〗带电粒子以初速度v0垂直电场方向进入偏转电场,从另一端穿出。粒子在电场中做何运动?其偏转距离y和偏转角的正切值tan θ如何计算?与U有何关系?如图二所示。
 
  学生推导,老师巡堂,个别指导。时间约5分钟。找一个书写正确工整的手稿投影在大屏幕上,教师作出评价,其它学生对照。
  4、〖探究3〗带电粒子以vt速度离开偏转电场,在到达荧光屏之前作何运动?在荧光屏上的偏转距离y′如何计算?y′与U有何关系?如图三所示。
 
  三、探究示波管的工作原理
  1、提问:若x=l=4cm,v0=8×106m/s,则电子穿过偏转电极间的时间t为多少?意味着什么?
  学生通过简单计算,易知t=l/v0=1/(2×108)s,即为20亿分之1秒!可以认为电子的偏转是几乎不需要时间的。若偏转电压发生变化,则电子在荧光屏上的位置同步变化!如图四所示。这是理解示波管原理的关键所在。
 
  2、〖探究1〗探究荧光屏上图像与竖直方向电压关系
 
  探究方式:先投影出表格中左边电压图像,学生分组讨论、猜想,小组发言陈述荧光屏上可能图像及理由,再由老师实验演示(从学生信号源向示波器输入方波信号,扫描置于“外x”档),与表格右边图像对照,是否一致。当猜想与实验结果一致时,学生能立即享受到成功的喜悦;不一致时,更能引发学生思考,学生在解决思维冲突中构建知识,提高能力。
  3、〖探究2〗探究荧光屏上图像与水平方向电压关系
 

 
  

说明:将方波电压由竖直方向变为水平方向的规律是容易理解的,但偏转电压由跳跃式的变为连续变化的锯齿波,学生在思维上有较大难度。而在第1步中通过计算得出偏转时间极短,这里还可以与锯齿波的周期进行比较,电子大概在锯齿波周期的千万分之一内就通过了偏转电场!可以认为,电子在迅速穿过偏转电场过程中,偏转电压还“来不及”变化!由此得到每一个瞬时电压对应于荧光屏上一个唯一点,荧光屏上的位置与电压同步均匀变化,这个过程叫“扫描”。有此基础,以后的探究就简单多了。
  4、〖探究3〗探究示波管原理
  说明:先行呈示水平和竖直方向电压波型,学生作出猜想、讨论、小组发言,阐述荧光屏将出现何种图像和理由;再由老师实验演示;最后由几何画板课件模拟两个匀速直线运动合成规律(如左下图所示),以加强理解。
 
  正弦波图像的显示原理与方波基本相同,探究步骤同上。用几何画板课件模拟一个匀速直线运动和一个简谐运动合成规律(如右上图所示),以加强理解。
 
 
  四、课外探究活动
  1、如何得到如下所示波型?同学之间可以通过讨论、猜想,到实验室进行实验验证。必要时可以寻求老师和实验员的帮助。
 
  2、上网查询了解示波器有哪些用途?有哪些种类?将结果发布在校园论坛上,与大家共享。
 
  五、作业
  1、课后练习


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