《带电粒子在匀强电场中的运动》教学设计_匀强电场中的圆周运动
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《带电粒子在匀强电场中的运动》教学设计
湖北省武汉市青山区武钢十六中 朱广林
【课题】
《带电粒子在匀强电场中的运动》──人民教育出版社新课标教材《选修3－1》，2004年5月第一版，第一章第8节。
【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＝8×10m/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/（2×10）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。
862、〖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
【教学策略】
一、提出先行组织者，逐步分化，综合贯通
从3个方面执行知识的先行组织：
1、通过示波管辉光和示波器正弦波型演示，激发学生强烈兴趣，然后在大屏幕投影出学习目标，形成学习动机。
2、复习相关已有知识，如自由落体运动规律、电场知识。
3、在知识的组织结构功能方面，表现出形式图式的性质和特征：设计理解示波管工作原理的表格，目标任务一目了然。
二、知识建构
通过复习旧知识，构建新知识，着眼于学生的最近发展区，为学生提供带有难度的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到其困难发展区的水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展。
三、支架式教学
采用“剥壳”方式，将示波管原理的难度层层分解，使学生从最低一级“支架”逐渐往上“爬”，“爬”不上去还可以从目标表格退回学习，理解后继续前进，让学生一步步取得成功。
四、探究式学习
1、让学生自己根据已有知识推导出带电粒子在匀强电场中的加速和偏转规律，获得合理知识结构。
2、设计表格，让学生自己探究出示波管的工作原理。
3、学生分组探究，培养学生的协作、沟通、表达能力和团队精神。
【教学评价与反思】
一、成功之处
1、运用国内外先进教学理念，采用探究式教学，支架式设计，让学生自己获得规律，理解原理，学生的学习效果和知识的牢固程度要远远优于传统教学模式。事实证明，学生在以后做示波器实验时已相当熟练；即使经过一年后，高三复习时也有大部分学生对该部分知识记忆犹新。
2、采用“理论—猜想—实验—理论”模式，有效调动学生多种感官，发展学生多元智能，面向全体学生，让具有不同特点的学生都能得到发展，注重因材施教。
3、以学生为课堂主体，老师起着引领方向和监控全局的作用。老师的主体作用表现在课前：如何引入？如何设问？如何设计探究的层次和难度？设计合理的教学设计，永远是一项极具挑战性和创造性的工作。
4、这节课的重点是推导、理解规律而非计算。为了避免在计算上花费太多时间，两个例题中都不要求算出结果，因为粒子速度、偏转距离和偏向角对示波管的原理影响都不大。但有一个数据是很重要的──粒子穿过偏转电场的时间极短。把此细节放大，是为了让学生理解偏转距离随偏转电压同步变化，这是理解示波管原理的关键所在。
5、采用多媒体技术，免去板书时间，大大提高课堂执行效率。采用幻灯片投影，方便学生交流学习成果。
二、问题反思
1、学生能力因人而异，在推导规律过程中，少数学生不能按时完成，影响对后续知识的理解。但探究模式为大势所趋，老师最好不要代替学生进行推导。要让学生逐渐适应探究学习，提高独立研究能力，有困难的学生可课后单独指导。
2、课堂容量较大，既有理论推导，又有猜想讨论，还有实验验证。老师要宏观调控，合理分配时间。重点在弄清基本原理，不能增加其它例题，留待后续解决。
3、学生对示波管的原理还处在探究中，加之示波器的面板又十分复杂，因此不可能由学生自己完成探究实验。学生的主体作用表现在理论推导、猜想分析等一系列思维活动中，实验均为老师演示。以后有专门的学生实验来练习使用示波器。
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