2024-2025版高中物理 第一章 靜電場 微型專題4 帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)實(shí)錄 新人教版選修3-1

2024-2025版高中物理第一章靜電場微型專題4帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)實(shí)錄新人教版選修3-1學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，涉及到的知識(shí)點(diǎn)包括電場力的計(jì)算、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡分析以及電場中的能量守恒定律。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課的內(nèi)容與高中物理第一章靜電場中的電場力、電勢能等概念緊密相關(guān)，同時(shí)，通過引入帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，將電場理論應(yīng)用于實(shí)際問題，有助于學(xué)生加深對(duì)靜電場概念的理解。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律分析實(shí)際問題的能力，通過帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)問題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用電場力、電勢能等概念解決具體問題。

2.強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力，要求學(xué)生在處理帶電粒子運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，能夠靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行計(jì)算和推導(dǎo)。

3.增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，提高科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：

學(xué)生在進(jìn)入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了靜電場的基本概念，包括電場、電場強(qiáng)度、電勢等，以及電場力、電勢能等基本物理量。此外，學(xué)生還具備基本的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，如速度、加速度、位移等概念，以及牛頓第二定律等力學(xué)原理。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

高中學(xué)生對(duì)物理學(xué)科普遍持有較高的興趣，尤其是對(duì)與日常生活相關(guān)的物理現(xiàn)象。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的邏輯思維能力，能夠通過觀察和實(shí)驗(yàn)來理解物理規(guī)律。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生偏好通過實(shí)驗(yàn)和直觀演示來學(xué)習(xí)，而另一部分學(xué)生則更傾向于通過公式推導(dǎo)和理論分析來掌握知識(shí)。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在學(xué)習(xí)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生可能會(huì)遇到以下困難和挑戰(zhàn)：一是電場力與粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的結(jié)合，需要學(xué)生能夠靈活運(yùn)用向量運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式；二是電勢能和電場力做功的關(guān)系，學(xué)生可能難以理解電勢能的變化如何影響粒子的運(yùn)動(dòng)；三是電場中的能量守恒定律在具體問題中的應(yīng)用，學(xué)生可能難以將抽象的物理規(guī)律與實(shí)際問題相結(jié)合。此外，對(duì)于部分學(xué)生來說，數(shù)學(xué)計(jì)算能力不足也可能成為學(xué)習(xí)過程中的障礙。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有本節(jié)課所需的教材或?qū)W習(xí)資料，即新人教版選修3-1《物理》中關(guān)于靜電場和帶電粒子運(yùn)動(dòng)的相關(guān)章節(jié)。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的圖片、圖表、視頻等多媒體資源，如電場線圖、粒子運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)畫等，以幫助學(xué)生直觀理解電場中的粒子運(yùn)動(dòng)。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備模擬電場板、帶電粒子發(fā)射器等實(shí)驗(yàn)器材，以供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，驗(yàn)證理論。

4.教室布置：根據(jù)教學(xué)需要，布置教室環(huán)境，包括分組討論區(qū)、實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，確保學(xué)生能夠方便地進(jìn)行小組討論和實(shí)驗(yàn)操作。教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課（用時(shí)5分鐘）

詳細(xì)內(nèi)容：

-以日常生活中的靜電現(xiàn)象引入，如靜電吸引灰塵、靜電火花等，激發(fā)學(xué)生對(duì)靜電場的好奇心。

-提問：靜電是如何產(chǎn)生的？靜電有哪些特性？

-引出靜電場的概念，并提出本節(jié)課的研究對(duì)象：帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)。

2.新課講授（用時(shí)15分鐘）

-詳細(xì)內(nèi)容：

1.講解電場力公式及其推導(dǎo)過程，強(qiáng)調(diào)電場力與電荷量的關(guān)系，并舉例說明。

2.分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過受力分析得出運(yùn)動(dòng)軌跡公式，并展示軌跡圖。

3.討論帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)，引入電勢能的概念，解釋電勢能的變化對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影響。

3.實(shí)踐活動(dòng)（用時(shí)10分鐘）

-詳細(xì)內(nèi)容：

1.學(xué)生分組，每組準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，如模擬電場板、帶電粒子發(fā)射器等。

2.學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察帶電粒子在不同電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

3.學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證電場力公式和運(yùn)動(dòng)軌跡公式。

4.學(xué)生小組討論（用時(shí)10分鐘）

-三方面內(nèi)容舉例回答：

1.如何判斷帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡？

-回答舉例：通過受力分析和電場力公式，結(jié)合帶電粒子的初速度和電場分布，可以確定粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.電勢能在帶電粒子運(yùn)動(dòng)中起什么作用？

-回答舉例：電勢能的變化會(huì)影響帶電粒子的動(dòng)能，從而改變其運(yùn)動(dòng)速度和軌跡。

3.如何理解電場中的能量守恒定律？

-回答舉例：在電場中，帶電粒子的電勢能和動(dòng)能之和保持不變，即電場力做的功等于電勢能的減少。

5.總結(jié)回顧（用時(shí)5分鐘）

-內(nèi)容：

-回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和能量守恒定律。

-總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如電場力公式、運(yùn)動(dòng)軌跡公式和能量守恒定律的應(yīng)用。

-提出課后思考題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)。

教學(xué)流程用時(shí)總計(jì)：45分鐘知識(shí)點(diǎn)梳理帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)是高中物理選修3-1《物理》中靜電場章節(jié)的重要部分，以下是本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)梳理：

1.電場力：

-電場力的定義：電荷在電場中受到的力，其大小與電荷量成正比，與電場強(qiáng)度成正比。

-電場力公式：\(F=qE\)，其中\(zhòng)(F\)為電場力，\(q\)為電荷量，\(E\)為電場強(qiáng)度。

2.電場強(qiáng)度：

-電場強(qiáng)度的定義：電場中某點(diǎn)的電場力與該點(diǎn)所放置電荷量的比值。

-電場強(qiáng)度公式：\(E=\frac{F}{q}\)。

-電場強(qiáng)度是矢量，具有大小和方向。

3.帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡：

-帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡：粒子在勻強(qiáng)電場中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

-帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡：粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡取決于電場分布，可能為曲線運(yùn)動(dòng)。

4.電勢能：

-電勢能的定義：電荷在電場中具有的勢能。

-電勢能的變化：帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其電勢能的變化等于電場力所做的功。

5.能量守恒定律：

-在電場中，帶電粒子的電勢能和動(dòng)能之和保持不變。

-電場力做的功等于電勢能的減少，即\(W=-\DeltaU\)，其中\(zhòng)(W\)為功，\(\DeltaU\)為電勢能的變化。

6.電場力做功：

-電場力做功的定義：電場力在帶電粒子運(yùn)動(dòng)過程中所做的功。

-電場力做功公式：\(W=qEd\)，其中\(zhòng)(W\)為功，\(q\)為電荷量，\(E\)為電場強(qiáng)度，\(d\)為位移。

7.電勢：

-電勢的定義：單位正電荷在電場中的電勢能。

-電勢公式：\(V=\frac{U}{q}\)，其中\(zhòng)(V\)為電勢，\(U\)為電勢能，\(q\)為電荷量。

8.電勢差：

-電勢差的定義：兩點(diǎn)間電勢之差。

-電勢差公式：\(\DeltaV=V_B-V_A\)，其中\(zhòng)(\DeltaV\)為電勢差，\(V_B\)和\(V_A\)分別為兩點(diǎn)的電勢。

9.帶電粒子在復(fù)合電場中的運(yùn)動(dòng)：

-粒子在復(fù)合電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡：結(jié)合電場力和電勢能的分析，得出粒子在復(fù)合電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

10.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

-通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如測量電場強(qiáng)度、計(jì)算電勢能等。教學(xué)反思今天上了帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)這一節(jié)課，我覺得整體上還算是順利，但也有些地方讓我覺得需要改進(jìn)。

首先，我覺得導(dǎo)入新課的部分做得還可以。我通過生活中的靜電現(xiàn)象來吸引學(xué)生的注意力，讓他們感受到物理就在我們身邊。但是，我發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)于靜電現(xiàn)象的理解還不夠深入，他們對(duì)靜電的來源和原理還是有些模糊。這可能是因?yàn)樗麄冊(cè)谌粘Ｉ钪薪佑|到的靜電現(xiàn)象有限，所以我在接下來的教學(xué)中會(huì)盡量結(jié)合實(shí)際，讓學(xué)生更直觀地理解靜電場的概念。

在新課講授環(huán)節(jié)，我按照電場力、電場強(qiáng)度、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡、電勢能、能量守恒定律等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了講解。我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們對(duì)于電場力和電場強(qiáng)度的理解相對(duì)較好，但是對(duì)于電勢能和能量守恒定律的應(yīng)用卻顯得有些吃力。我覺得這可能是因?yàn)樗麄冊(cè)谥暗奈锢韺W(xué)習(xí)中，對(duì)于能量轉(zhuǎn)換和守恒的概念還不夠熟悉。因此，我會(huì)在接下來的教學(xué)中，加強(qiáng)對(duì)能量守恒定律的講解，并結(jié)合實(shí)例讓學(xué)生更好地理解。

在實(shí)踐活動(dòng)環(huán)節(jié)，我安排了學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察帶電粒子在不同電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。這個(gè)環(huán)節(jié)我覺得做得不錯(cuò)，學(xué)生們都很積極地參與進(jìn)來，實(shí)驗(yàn)過程中也提出了很多問題。但是，我也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析不夠熟練，他們?cè)谟?jì)算過程中出現(xiàn)了不少錯(cuò)誤。這讓我意識(shí)到，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們需要更加注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，讓他們掌握正確的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理技巧。

在學(xué)生小組討論環(huán)節(jié)，我提出了幾個(gè)問題，如如何判斷帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡、電勢能在帶電粒子運(yùn)動(dòng)中起什么作用、如何理解電場中的能量守恒定律等。學(xué)生們討論得很熱烈，也給出了不少有創(chuàng)意的答案。但是，我也發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)于問題的理解不夠深入，他們的回答只是停留在表面，沒有觸及到問題的本質(zhì)。這說明我在課堂上需要更加注重引導(dǎo)學(xué)生深入思考，提高他們的分析問題和解決問題的能力。

總的來說，這節(jié)課讓我收獲頗豐，但也讓我看到了自己的不足。在今后的教學(xué)中，我會(huì)更加注重以下幾點(diǎn)：

1.加強(qiáng)與學(xué)生之間的互動(dòng)，了解他們的學(xué)習(xí)需求和困難，針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)。

2.注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和數(shù)據(jù)處理能力，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中真正學(xué)到東西。

3.引導(dǎo)學(xué)生深入思考，提高他們的分析問題和解決問題的能力。

4.反復(fù)強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)知識(shí)，讓學(xué)生真正掌握。

我相信，通過不斷地反思和改進(jìn)，我能夠在教學(xué)中取得更好的效果。板書設(shè)計(jì)①電場力

-公式：\(F=qE\)

-定義：電荷在電場中受到的力

-方向：與電場強(qiáng)度方向一致（正電荷），相反（負(fù)電荷）

②電場強(qiáng)度

-公式：\(E=\frac{F}{q}\)

-定義：電場中某點(diǎn)的電場力與該點(diǎn)所放置電荷量的比值

-單位：牛頓每庫侖（N/C）

③帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)

-運(yùn)動(dòng)軌跡：勻變速直線運(yùn)動(dòng)（勻強(qiáng)電場）

-運(yùn)動(dòng)方程：\(\vec{v}=\vec{v}_0+\vec{a}t\)

-位移方程：\(\vec{s}=\vec{s}_0+\vec{v}t+\frac{1}{2}\vec{a}t^2\)

④電勢能

-定義：電荷在電場中具有的勢能

-變化：\(\DeltaU=-W\)，其中\(zhòng)(W\)為電場力做的功

⑤能量守恒定律

-原理：在電場中，帶電粒子的電勢能和動(dòng)能之和保持不變

-公式：\(\DeltaK+\DeltaU=0\)

⑥電勢

-定義：單位正電荷在電場中的電勢能

-公式：\(V=\frac{U}{q}\)

⑦電勢差

-定義：兩點(diǎn)間電勢之差

-公式：\(\DeltaV=V_B-V_A\)

⑧帶電粒子在復(fù)合電場中的運(yùn)動(dòng)

-軌跡分析：結(jié)合電場力和電勢能分析，得出運(yùn)動(dòng)軌跡

板書應(yīng)簡潔明了，重點(diǎn)突出，便于學(xué)生理解和記憶。典型例題講解例題1：

帶電粒子在垂直于電場方向的初速度為\(v_0\)，進(jìn)入勻強(qiáng)電場后，電場強(qiáng)度為\(E\)，帶電粒子的電荷量為\(q\)，質(zhì)量為\(m\)。求帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

解答：

帶電粒子在電場中受到的電場力為\(F=qE\)，根據(jù)牛頓第二定律，粒子的加速度為\(a=\frac{F}{m}=\frac{qE}{m}\)。由于電場力與初速度方向垂直，粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)分解為垂直方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[y=\frac{1}{2}at^2=\frac{1}{2}\left(\frac{qE}{m}\right)t^2\]

水平方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[x=v_0t\]

聯(lián)立兩個(gè)方程，得到帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡方程：

\[y=\frac{qE}{2m}x^2\]

例題2：

一個(gè)電荷量為\(q\)的帶電粒子以速度\(v_0\)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為\(E\)，求粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間\(t\)。

解答：

帶電粒子在電場中受到的電場力為\(F=qE\)，根據(jù)牛頓第二定律，粒子的加速度為\(a=\frac{F}{m}=\frac{qE}{m}\)。由于電場力與速度方向垂直，粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)。

因此，粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間\(t\)等于粒子在電場中運(yùn)動(dòng)距離\(d\)除以速度\(v_0\)：

\[t=\fracnlxxnfx{v_0}\]

由于粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)距離\(d\)等于電場強(qiáng)度\(E\)乘以時(shí)間\(t\)：

\[d=Et\]

將\(d\)代入\(t\)的表達(dá)式中，得到：

\[t=\frac{Et}{v_0}\]

\[t=\frac{q}{m}\cdot\frac{v_0}{E}\]

例題3：

一個(gè)帶電粒子在垂直于電場方向的初速度為\(v_0\)，進(jìn)入勻強(qiáng)電場后，電場強(qiáng)度為\(E\)，求粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的最大位移\(s\)。

解答：

帶電粒子在電場中受到的電場力為\(F=qE\)，根據(jù)牛頓第二定律，粒子的加速度為\(a=\frac{F}{m}=\frac{qE}{m}\)。由于電場力與初速度方向垂直，粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)分解為垂直方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[y=\frac{1}{2}at^2=\frac{1}{2}\left(\frac{qE}{m}\right)t^2\]

水平方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[x=v_0t\]

當(dāng)粒子速度減為零時(shí)，其位移達(dá)到最大值。因此，我們可以通過垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程求解最大位移\(s\)：

\[0=v_0^2-2as\]

\[s=\frac{v_0^2}{2a}\]

\[s=\frac{mv_0^2}{2qE}\]

例題4：

一個(gè)電荷量為\(q\)的帶電粒子以速度\(v_0\)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為\(E\)，求粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的最小位移\(s_{\text{min}}\)。

解答：

帶電粒子在電場中受到的電場力為\(F=qE\)，根據(jù)牛頓第二定律，粒子的加速度為\(a=\frac{F}{m}=\frac{qE}{m}\)。由于電場力與速度方向垂直，粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)分解為垂直方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[y=\frac{1}{2}at^2=\frac{1}{2}\left(\frac{qE}{m}\right)t^2\]

水平方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[x=v_0t\]

當(dāng)粒子速度減為零時(shí)，其位移達(dá)到最小值。因此，我們可以通過垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程求解最小位移\(s_{\text{min}}\)：

\[0=v_0^2-2as_{\text{min}}\]

\[s_{\text{min}}=\frac{v_0^2}{2a}\]

\[s_{\text{min}}=\frac{mv_0^2}{2qE}\]

例題5：

一個(gè)帶電粒子在垂直于電場方向的初速度為\(v_0\)，進(jìn)入勻強(qiáng)電場后，電場強(qiáng)度為\(E\)，求粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的最終速度\(v\)。

解答：

帶電粒子在電場中受到的電場力為\(F=qE\)，根據(jù)牛頓第二定律，粒子的加速度為\(a=\frac{F}{m}=\frac{qE}{m}\)。由于電場力與初速度方向垂直，粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)分解為垂直方向的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[y=\frac{1}{2}at^2=\frac{1}{2}\left(\frac{qE}{m}\right)t^2\]

水平方向的運(yùn)動(dòng)方程為：

\[x=v_0t\]

當(dāng)粒子速度減為零時(shí)，其位移達(dá)到最大值。此時(shí)，我們可以通過垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程求解時(shí)間\(t\)：

\[0=v_0^2-2as\]

\[s=\frac{v_0^2}{2a}\]

\[s=\frac{mv_0^2}{2qE}\]

將\(s\)代入水平方向的運(yùn)動(dòng)方程中，得到時(shí)間\(t\)：

\[t=\frac{v_0}{a}\]

\[t=\frac{mv_0}{qE}\]

最終速度\(v\)等于水平方向的速度\(v_0\)加上垂直方向的速度\(v_y\)：

\[v=v_0+v_y\]

\[v_y=at=\frac{qE}{m}\cdot\