丁紅明

(浙江省平湖中學 浙江 嘉興 314200)

1 教材分析

學生在高一時就較為系統(tǒng)地學過力與運動的基本關系，通過在本章開始學習電場對微觀粒子的作用，以及上一節(jié)“電容器”的學習，知道了勻強電場如何獲得，在腦海中形成了“場”的觀念，然后帶電粒子在電場中運動，就順理成章地擺在學生面前，引導學生思考相關內容，著眼于在學生腦海中構建粒子的運動觀.本節(jié)內容分為“帶電粒子的加速”“帶電粒子的偏轉”和“示波管的原理(加速、偏轉的綜合應用)”3個方面.力學知識在電場中的應用，由易到難，層層遞進，符合學生的認知規(guī)律.

對于示波管的原理這部分內容，在本節(jié)課上僅僅點到為止，讓學生清楚身邊看似高大上的高科技儀器，其工作的基本原理并不復雜，就是我們今天所學的內容.詳細解釋粒子如何實現(xiàn)上下偏轉、左右偏轉和動態(tài)圖像等，則放到下一課時解決.

2 教學思路

本節(jié)課教學從標題——“帶電粒子在電場中的運動”出發(fā)，從“研究對象”——帶電粒子，“所處環(huán)境”——電場中，以及“力與運動分析”入手，充分挖掘標題蘊含的物理信息，讓學生學會從標題探知本節(jié)課我們要學習的內容，從而引入本節(jié)課的教學主題.

通過演示實驗(鋁箔小球在電場中的加速和偏轉)，感受到電場力的存在，認識電場對粒子的作用.從小球的兩種運動形式拋出話題，引導學生思考解決兩類運動的角度和方法.最后通過示波管的介紹，讓學生清楚基本物理模型在科技中的應用，感受到物理就在我們身邊.

本節(jié)課教學貫穿的思維過程如圖1所示.

圖1 本節(jié)課的教學思維過程

3 教學過程

任務1：對本節(jié)標題“帶電粒子在電場中的運動”的解讀

情景：幻燈片展示本節(jié)課的標題

問題：(1)本節(jié)標題蘊含了哪些物理信息？(研究對象、所處環(huán)境、結果分析)

(2)帶電粒子有哪些基本屬性？我們平時研究時做了哪些合理的近似？

(3)我們已經(jīng)學過哪些類型的電場，它們是如何產(chǎn)生的？

(4)到目前為止，我們學過哪些運動類型？

教學建議：

(1)一個同學可能回答不完整，請同學相互幫助.

(2)充分利用教材，讓學生回顧教材，知道教材上對老師所提問題的描述.

(3)充分理解微觀粒子間忽略引力作用，僅考慮電場力作用的原因.

(4)由學生說出已學過的運動，引導學生思考這些運動的條件.

學生思維引導：

(1)對于一切物體都是受到萬有引力作用的，在微觀領域也不例外，但是通過微觀粒子受萬有引力及靜電力(電場力)計算比較(本章前面例題)，知道兩者數(shù)量級相差實在太懸殊了，所以對于微觀粒子，我們一般忽略萬有引力，僅考慮電場力，但要注意忽略萬有引力，不代表忽略質量.

(2)前面已經(jīng)學過點電荷的電場，等量同種、異種點電荷的電場，通過上一節(jié)的學習已經(jīng)知道，兩塊帶等量異號電荷的平行金屬板之間的電場是勻強電場.研究問題總是從現(xiàn)實中抽象到簡單的理想化模型，以后由知識的積累再由簡單到復雜.我們就從最簡單的勻強電場出發(fā)，研究電場對帶電粒子的作用.

任務2：尋找?guī)щ娏Ｗ釉陔妶鲋屑铀俸螳@得速度的方法

情景：演示實驗——帶電鋁箔球在電場作用下直線加速

實驗裝置如圖2所示.

圖2 任務2演示實驗裝置

問題：(1)帶電粒子(小球)在電場作用下，獲得速度，小球在電場中到底做什么運動？小球加速完畢后的速度如何求解？以課件題目為例.

(2)如果電場改為非勻強電場，此時同學們提供的兩套方案是否都可行？

(3)用動能定理處理帶電粒子在非勻強電場中運動時，在求解速度時優(yōu)越性體現(xiàn)在哪里？

(4)獲得動能來源于哪里？(能量的觀念)

教學建議：

(1)通過觀察演示實驗，讓學生通過過程分析得出小球的運動規(guī)律，選取兩位同學的演算過程(兩種不同的方法)，用實物投影儀加以投影.

(2)對兩位同學的作業(yè)加以肯定(充分尊重學生).

數(shù)學推理：

(3)讓學生自己說出運用牛頓運動定律方法時，需要滿足的條件，從而得出用動能定理解題的優(yōu)越性.

(4)讓學生自己回顧，說出動能定理的具體優(yōu)越性(只需要關注初末位置，無需關注過程).

(5)結合書本例題，體會電子速度大小的數(shù)量級.

【例題】如圖3所示，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，金屬絲和豎直金屬板之間加以電壓U=2 500 V，發(fā)射出的電子被加速后，從金屬板上的小孔S射出．電子穿出時的速度有多大？設電子剛剛離開金屬絲時的速度為零.

圖3 例題題圖

解：電荷量為e的電子從金屬絲移動到金屬板，兩處的電勢差為U，電勢能的減少量為eU,減少的電勢能全部轉化為電子的動能，所以，根據(jù)動能定理

代入數(shù)據(jù)得

v≈3×107m/s

答：電子穿出時的速度為3×107m/s.

(6)如果初速度不為零，則相應方程該如何變換.(由特殊到一般)

學生思維引導:

(1)帶電粒子在電場力作用下，合力(電場力)做正功，動能增大，電勢能減少，要讓學生樹立能量的觀念.

(2)通過不同方案的比較，得出這些方案的優(yōu)劣(調動學生學習的積極性)，清晰某些方案是在特定條件下成立的(一般到特殊)，引導學生平時盡量采用通法解決問題.

任務3：尋找解決帶電粒子偏轉問題的解決方法

情景：演示實驗——帶電粒子在電場中偏轉，實驗裝置如圖4所示.

圖4 任務3演示實驗裝置

過渡：同樣為了體現(xiàn)由簡單到復雜的研究策略，我們從最簡單的垂直入射出發(fā)，分析粒子的運動.

問題：通過觀察演示實驗(左右加偏轉電壓)，請學生分析帶電小球在電場中偏轉時的運動規(guī)律.

(1)帶電粒子(小球)在電場中發(fā)生偏轉，做曲線運動，這個運動和我們以前學過的哪個運動相似？比較與學過運動的異同點(類比思想的體現(xiàn)).

(2)如果小球所處空間存在的是勻強電場，則可以用什么規(guī)律來處理.

(3)我們一般采用什么樣的方法去解決粒子的這種運動？或者分別從加速方向和偏轉方向看，是什么運動？如何處理？(體現(xiàn)運動的合成與分解的思想)

教學建議:

(1)通過實驗的觀察，讓學生回顧已學過的平拋運動.

(2)分析平拋運動的定義，類比平拋運動，給本運動下個定義，提出解決問題的方案.

(3)讓學生寫出運動規(guī)律，推導出粒子偏出電場時的各個運動參數(shù)(碰到物理矢量時，分方向研究的方法).

數(shù)學推理:

水平方向L=vtvx=v0

(4)投影學生的推導過程.

(5)讓其他學生對投影的推導過程進行點評，教師加以總結.

學生思維引導:

(1)從實驗現(xiàn)象的觀察聯(lián)想到這個運動初速度與受力方向垂直，和高一時候學過的平拋運動相似.

(2)解決粒子在電場中的偏轉問題，對于新問題而言，我們能否從以往學過的知識找到啟發(fā)，很顯然前面的問題已經(jīng)幫助了我們.本問題的解決和平拋運動的解決思路如出一轍——分方向研究.

(3)學生的演算推導過程，重在原始問題，原始公式的分析理解，而非本問題的結論或者最后的表達式，待學生做熟悉了以后，自然而然就能理解其中的含義.

任務4：示波管原理的介紹

情景：向學生展示示波管，顯示動態(tài)圖像，并拆開外殼，展示示波管的構造.

過渡：平時在醫(yī)院里面看到的動態(tài)心電記錄儀，腦電波顯示儀等等，其基本工作原理就是我們今天所學的粒子的加速和偏轉.

問題：(1)請同學們思考平時在哪里也會看到這個儀器.

(2)粒子在示波管里面分別做什么運動？(回顧總結、外加勻速).

教學建議:

(1)本節(jié)課關于示波管的展示、教學，意在引導學生認識這個儀器，體會物理就在我們身邊，具體細節(jié)的知識可以放到下一課時進行.

(2)通過示波器的展示，結合課件與書本插圖，讓學生知道示波管的大概工作原理.

書本插圖如圖5所示.

圖5 書本插圖

課件圖片如圖6所示.

圖6 課件圖片

(3)做好鋪墊，讓學生思考粒子偏轉出來后勻速運動，如何確定打到熒光屏的具體位置.

學生思維引導:

(1)示波管在屏幕上呈現(xiàn)不同的圖像，是因為帶電粒子在不同的加速、偏轉電壓下，到達屏幕上的不同位置，轟擊熒光屏造成的結果.

(2)粒子在示波器里面的運動，就是我們剛才學習的兩種運動的綜合應用.

總結歸納:

運動1：帶電粒子的直線加速.

規(guī)律1：動能定理，牛頓運動定律(局限于勻強電場).

運動2：帶電粒子的曲線偏轉.

規(guī)律2：類平拋運動，分方向處理.

4 設計點評

“帶電粒子在電場中的運動”是電場知識的重要應用之一，是力學知識與電學知識的綜合應用.本課的教學設計構思嚴謹巧妙，通過4個學習任務，使學生能夠把電場知識和牛頓運動定律、動能定理、運動的合成與分解等力學知識有機地結合起來，加深對力學、電學知識的理解，有利于培養(yǎng)學生用物理知識解決實際問題等核心素養(yǎng).

(1)注重從學生的視角“原生態(tài)”重演知識的認知過程

本課的教學設計不急于單刀直入地進行知識方法的教學，而是從標題“帶電粒子在電場中的運動”出發(fā)，從“研究對象”——帶電粒子、“所處環(huán)境”——電場中、“力與運動分析”入手， 充分挖掘標題蘊含的物理信息，讓學生學會從標題探知要學習的內容，從而引入教學主題.面對學生最為迷茫的粒子重力是否可忽略問題，本課教學案例也能結合以前所學的萬有引力知識，不惜花時間先期進行重點的討論與突破，為學生的后續(xù)學習直接掃除不必要的認知疑惑.

(2)注重從學生的體驗進行演示實驗的創(chuàng)設

對于“帶電粒子在電場中的運動”課例而言，演示實驗顯得不是特別容易，本課例能千方百計創(chuàng)設實驗情境：帶電鋁箔球在電場作用下直線加速和類平拋偏轉；向學生展示示波管，顯示動態(tài)圖像，并拆開外殼，展示示波管的構造，同時拓展平時在醫(yī)院里面看到的動態(tài)心電記錄儀，腦電波顯示儀等等，讓學生真切地感受到帶電粒子在電場中的運動是真真實實在現(xiàn)實中存在的，而不是單純的思維游戲和腦力體操.

(3)注重從學生的需求進行“問題鏈”的探究討論

本課案例以“問題鏈”的形式引導學生進行帶電粒子在電場中的運動的相關探究討論，設置了近20個“問題鏈”來逐步深入的學習，并不是急于將知識直接交給學生，而是要回溯到它創(chuàng)生時的原始狀態(tài)，引導學生去經(jīng)歷知識的發(fā)生過程，以使他們從中理解“帶電粒子在電場中運動”的本質，汲取知識的營養(yǎng).“授之以魚不如授之以漁”，這樣的課例設計更能培養(yǎng)學生自主的觀察、分析、推理、總結、理論聯(lián)系實際的學習能力，使學生在聯(lián)系舊有知識的基礎上歸納總結出新的規(guī)律，在此基礎上完成學習任務，真正做到“把屬于學生的東西還給學生”，達到理想課堂的最本真效果.

(點評教師：平湖中學 吳瑞娟、胡曉強)