带电粒子在电场中的运动教学案例及调查分析

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1、带电粒子在电场中的运动教学案例及调查分析赵虎 胡建栗（湖北省黄石市第三中学，湖北黄石435000）1 教学课题-带电粒子在匀强电场中的运动本节内容隶属高中物理新教材第十三章第九节，大纲要求学生理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。带电粒子在电场中的运动问题是物理电学中的重点、难点，它涉及到带电粒子在电场中的受力分析，能量转化，运动合成与分解等诸多知识点，要求学生具有运用电学知识和力学知识处理力电综合问题的分析、推理能力，以该问题为基础设计出的力电综合问题历来是高考中的热点。2 教学设计思想为了让学生掌握带电粒子在匀强电场中的运动规律，最好的方法是通过实验进行探索研究

2、，但由于高中实验条件所限，在课堂上无法进行带电粒子在电场中的加速和偏转的演示实验，特别是对单个带电粒子的受力分析和运动分析，更是一般实验手段难以解决的，为此，利用现有物理资源库中的相关课件对该问题进行模拟，让学生进行自主探究性学习，通过信息技术与物理学科整合的实现，以达到以学生为主，让学生学会自主学习，自主探究，体会成功的目的。基于以上设计思想，本节课在多媒体教室进行，要求学生一人一机，教师机通过控制平台可以将相关教学资源发送到学生机中，教师机或任一学生机上内容可通过投影仪展示在大屏幕上。对学生信息技术能力的要求：在指定区域下载学习内容（Word文档）和教学用课件（Flash格式）并能打开，研

3、究过程中要进行文本编辑和公式编辑器的使用，最后要将研究结果发送到教师指定目录下的共享文件夹下。3 教学过程1导入课题带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化，在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒子的运动。下面讨论两种最简单的情况：（1）利用电场使带电粒子加速，（2）利用电场使带电粒子偏转。我们以匀强电场为例。板书 带电粒子在匀强电场中的运动投影问题1：若带电粒子在电场中所受合外力为零时，粒子将保持何种状态？学生答：（静止状态或匀速直线运动状态）投影思考题1 如图，带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电？学生答：（带电粒子处于静止状态，

4、F=0，mg=Eq，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。）投影问题2：若带电粒子在电场中所受合外力不等于零且与初速度方向在同一直线上，带电粒子将何种运动？ 教师引导学生利用电脑中的多媒体课件进行自主研究。学生探究活动学生在各人电脑上打开“带电粒子在电场中的运动”多媒体课件2(见下图)进行自主研究并得出结论：打入正电荷，将做匀加速直线运动。打入负电荷，将做匀减速直线运动。 投影问题3：对在电场中做匀加速直线运动的正电荷，你能推导出其运动到负极板时速度的表达式吗？已知正负极板间的电势差为U，q和m为带电粒子的电量和质量，v0为粒子进入电场时的

5、初速度。 要求学生在电脑上用Word写出推导过程并通过教师机在大屏幕上展示出来。学生探究活动学生的第一种方法和基本思路如下：根据 F=qE ， F=ma ， U=Ed ， qE=ma得到a，结合运动学公式v2-v02=2ad 得到 v2=v02+2ad= v02 + 2qU/m 最终得到结果： v =学生的第二种方法和基本思路如下：根据 W=qU 结合动能定理 得到 最终得到结果：v =投影问题4：若带电粒子进入电场时的初速度为零，v的表达式又如何？学生回答：v =投影问题5：若不计带电粒子的重力，初速度v0E，带电粒子将在电场中做何种运动。 教师在屏幕上投影平抛运动的相关运动规律，引导学生复

6、习相关知识点。相关知识点复习：物体在只受重力的作用下，被水平抛出，在水平方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。学生探究活动学生继续利用多媒体课件(如下图)研究并得出结论：与平抛运动相似，不计mg，v0E时，带电粒子在磁场中将做类平抛运动。 投影问题6：若两板间距为d，板长为L，初速度v0，板间电压为U，带电粒子质量为m，带电量为+q。若粒子能穿过电场，而不打在极板上，试求：带电粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离y；学生探究活动粒子在与电场方向垂直的方向上做匀速直线运动，x=v0t；在沿电场方向做初速度为零的匀加速

7、直线运动，y=at2/2，为侧移。投影作业 (1)上网查找并了解北京正负电子对撞机的相关背景材料。 (2)上网查找示波器原理的相关材料。4 学生调查问卷分析针对本节课内容，教师设计了一份学生调查问卷，目的是了解这节整合课的教学效果和学生的反映。共发放60份，有效54份。相关统计见附表，现对调查结果分析如下。4.1 对教学内容的调查调查说明，87%以上的学生对教材中本节内容在课前进行了比较仔细的阅读，90%以上的学生对教材中内容概念、原理、公式的推导和过程分析能够较容易的接受。95%以上的学生对教师在课堂上补充的内容持欢迎态度，并能较容易的接受。总体分析说明大部分学生在课前已做了相关的预习工作。

8、4.2 对教学手段和方法的调查学生对信息技术的兴趣使得他们对信息技术用于物理课堂中非常支持，70%的学生对本节内容采用信息技术教学手段予以肯定，认为采用多媒体教学手段可以节省学时，提高教学效益；加深对内容和概念的理解，提高学习效率。67%的学生认为本节课的教学效果好于传统讲授方式的教学效果，当然也有11%的学生认为采用多媒体教学手段不利于发挥教师的引导作用及教学特点。87%的学生认为在以后的教学中应继续应用信息技术。如何将学生对物理教学中运用信息技术手段的兴趣，从对声音和动画的注意上转移到对物理过程的展现上来，是我们要在今后上整合课上时要注意的。本节课采取学生自主学习的方式，55.56%的学生

9、觉得效果很好，85%的学生认为以后的教学中应继续应用这种学习方式。64.81%的学生认为自主学习方式在适当时可以使用，说明我们的学生在改变学习观念方面还需教师进一步引导。4.3 对实验教学的调查绝大多数同学对本节课中的计算机模拟带电粒子在电场中的运动过程效果表示满意，承认计算机演示实验在简洁，可重复性，可视性方面优于传统的演示实验。但72%的学生认为计算机模拟实验不能代替课堂演示实验。这说明学生更愿意接受眼见为实的演示实验结果，计算机模拟演示实验不能做为整合课中教师的得意之作，要清楚整合课不是让学生看一两个课件或动画就算是信息技术与物理教学整合了。4.4 对学生能力培养的调查有50%的学生愿意

10、在学习过程中参与自由讨论并发言，但还有37%的学生有点害怕自由发言。说明教师在鼓励学生勇于展现自己方面还要加强。77%的学生已能熟练的应用信息技术手段进行学习，24%的学生承认自已通过本节课的学习信息技术能力有了一定的提高，说明经过一年半的整合课，大部分学生已适应在物理学习中应用信息技术手段。50%的学生认为在本节课的多媒体教学中，受益最大的是带电粒子在电场中的运动直观形象，容易接受，只有7.41%的学生认为是模拟课堂演示实验。说明信息技术与学科整合中对物理过程的直观再现，可重复性对学生理解物理重点内容并记忆更有帮助。5教学反思本节课在设计过程中，较好的突出了学生学习的主体地位，而教师只是一个

11、帮助者，通过学生的主动探求，培养并提高学生的分析、归纳、综合的能力，同时也提高学生应用信息技术的技巧和能力，达到了整合的要求。新颁发的普通高中物理课程标准指出：物理课程的总目标不仅仅是让学生学习物理基础知识和技能，更要让学生学习科学探究方法，发展自主学习能力，并能将物理知识应用于生活和生产实践中。在45分钟内，在一间教室内为学生提供的知识从广度和深度上必竟有限，应该突破传统观念的束缚，不再以追求完成一节课的教学任务作为教学目标，而是以在45分钟内培养学生对科学探究的兴趣和物理实验能力作为教学的目标，积极开展基于信息技术环境下的物理探究活动将是今后物理课堂教学的一种主要形式，也是实现整合的一种重

12、要途径和方法。赵虎通讯地址：湖北省黄石市第三中学邮政编码：435000联系电话：07146313584Email: zhaocheng7473参考文献：1 教学案例：带电粒子在匀强电场中的运动 赵虎 中国多媒体学报 2005(4)2多媒体课件引用自北京金洪恩电脑有限公司作品。附表：整合课程学生调查问卷汇总表课题：带电粒子在匀强电场中的运动班级：高211班人数：60人时间： 2004年10月14日题目选择人数占总人数%备注一对教学内容的调查1、您认为教材中对本节内容的叙述和推导： A、比较详细 B、一般 C、欠详细（其具体表现举例：A3055.56%B2342.59%C11.85%2、您对教材的

13、阅读情况：A、认真仔细 B、比较仔细 C、一般性阅读 D、基本不读A59.26%B2750.00%C2037.04%D23.70%3、您认为教材中对本节内容概念、原理、公式的推导和过程分析等：A、容易接受 B、较容易接受 C、不太容易接受 D、基本不能接受A2240.74%B2750.00%C59.26%D00.00%4、您认为教材中例题的难度：A、偏大 B、适中 C、偏小A00.00%B3768.52%C1731.48%5、您认为教材中的例题与实际问题的衔接：A、紧 B、较紧 C、不够紧A712.96%B3259.26%C1527.78%6、您对布置的作业： A、能自己完成B、能和别人讨论后

14、完成 C、能在别人辅导下完成 D、基本不能完成A3768.52%B1018.52%C611.11%D11.85%7、您对教师在课堂上补充的教材以外内容： A、非常欢迎 B、比较欢迎 C、无所谓A3666.67%B1731.48%C11.85%8、您认为教师在课堂上补充的教材以外内容：A、容易接受 B、比较容易接受 C、不太容易接受 D、完全不能接受A2546.30%B2750.00%C23.70%D00.00%9、您认为教师在课堂上补充的教材以外知识与本节内容知识的衔接： A、很紧 B、较紧 C、不够紧A2342.59%B3055.56%C11.85%二对教学手段和方法的调查10、您认为本节内

15、容是否一定要使用多媒体教学：A、一定要用B、不一定要用A3870.37%B1629.63%11、您对本节内容使用多媒体教学的效果评价是：A、 效果很好B、与传统讲授教学相比差不多C、不如传统讲授教学效果好A3666.67%B1222.22%C611.11%12、您对教师采用让学生自主学习的教学方法：A、支持并积极配合 B、适当时可以使用C、不支持，希望还是由教师来讲授A1935.19%B3564.81%C00.00%13、您对本节内容采用学生自主学习的效果评价是：A、效果很好 B、与传统讲授教学相比差不多C、不如传统讲授教学效果好A3055.56%B1629.63%C814.81%14、您认为

16、本节课中采用多媒体教学后，课堂上师生之间的交流：A、完全正常 B、基本正常 C、收到一定的影响A2240.74%B2444.44%C814.81%15、您认为多媒体课件中的图形、图表、实验装置等与黑板板书比，其优势在：A、更形象直观 B、更清晰C、更易懂 D、基本一样A3768.52%B1120.37%C611.11%D00.00%16、您认为多媒体课件中公式的推导、原理的讲解较传统教学：A、更容易接受 B、比较容易接受C、比较不容易接受A2444.44%B3055.56%C00.00%17、您是否提倡在以后的教学中继续应用信息技术？A、是 B、否A4787.04%B712.96%18、您是否

17、提倡在以后的教学中继续应用学生自主学习方式？A、是 B、否A4685.19%B814.81%三对实验教学的调查19、您对本节课中计算机模拟课堂演示实验效果：A、较满意 B、基本满意C、不太满意A3361.11%B2138.89%C00.00%20、您认为用多媒体技术处理的实验过程展示与传统的实验教学比优势在：A、更简洁、高效 B、有可重复性的优点C、可视性加强A2037.04%B2037.04%C1425.93%21、您认为计算机模拟是否可代替课堂演示实验：A、 完全可以B、适当时还是要做课堂演示实验C、不能代替A1018.52%B3972.22%C59.26%22、计算机模拟演示实验的结果和

18、课堂演示实验的结果，哪一个更能让您信服？A、都一样 B、计算机模拟C、课堂演示实验（即便不易操作、观察）A1425.93%B2037.04%C2037.04%四对学生能力的培养的调查23、您对于本节课中的自由讨论：A、渴望发言 B、愿意发言 C、有点害怕发言 D、不愿意发言A59.26%B2750.00%C2037.04%D23.70%24、您能熟练的应用信息技术手段进行学习吗？ A、能 B、不能A4277.78%B1222.22%25、您认为本节课的学习对于您应用信息技术手段进行学习的能力： A、有一定的提高 B、有一点点的提高 C、提高了认识 D、无所谓A1324.07%B2546.30%

19、C1324.07%D35.56%26、在物理教学中融合信息技术手段对您学习物理的学习兴趣： A、有较大的提高 B、有一定的提高 C、没有提高A1527.78%B3564.81%C47.41%27、您认为在本节课的多媒体教学过程中，您的最大受益在哪？ A、直观形象 B、内容丰富 C、动画演示 D、模拟课堂演示实验A2750.00%B1120.37%C1222.22%D47.41%28、您认为多媒体课件中动画演示对您空间想象能力的培养和开发有无帮助？A、有很大的帮助B、有一定的帮助C、没有太大的帮助A1629.63%B3564.81%C35.56%29、通过多媒体教学，您在应用、开发、传播信息能力

20、方面是否有所提高？A、是 B、否A4685.19%B814.81%30、您对今后的物理课教学中继续融合信息技术手段有什么好的建议？1提前让学生熟悉相关操作，让学生自主学习，动画演示与课堂实验相结合。2信息技术手段中理想化模型与现实情况结合，进行对比学习。3较难理解的知识以教师讲为主，较简单的利用信息技术手段自学。4涉及到物体运动过程分析的问题多用信息技术手段。5增加信息技术课的课时。6每个实验都用动画演示一遍，加强记忆，提高复习效率。附：学生作业成果北京正负电子对撞机（高二（11）班段旭辰等同学整理）1北京正负电子对撞机概况： （北京正负电子对撞机概况 北京正负电子对撞机（BEPC）于1988

21、年10月在中国科学院高能物理所建成。它坐落于北京西郊八宝山东側，占地50000平方米。下图为BEPC的总体简图。它由注入器（BEL）、输运线、储存环、北京谱仪（BES）和同步辐射装置（BSRF）等几部分组成。注入器是一台200米长的直线加速器，用于为储存环提供能量为1.11.55GeV的正负电子束。输运线连接注入器和储存环，将注入器输出的正负电子分别传送到储存环里。储存环是一台周长为240.4米的环型加速器，它将正负电子加速到需要的能量，并加以储存。用于高能物理研究的大型探测器北京谱仪位于储存环南侧对撞点。同步辐射装置则位于储存环第三和第四区，在这里，负电子经过弯转磁铁和扭摆器时发出的同步辐射

22、光经前端区和光束线引至各个同步辐射实验站。BEPC的主要科学目标是开展轻子与粲物理和同步辐射研究。为此，BEPC有两种运行模式：兼用模式优化于高能物理对撞实验，同时也提供同步辐射光；专用模式专用于同步辐射研究。2北京正负电子对撞机装置(BEPC)相关图片：（3北京正负电子对撞机工程大事记：详见（声明：以上图片，文字资料均来自中国科学院高能物理研究所网站，示波器原理高二（11）班程浩等同学整理自1931年研制出第一台示波器以来，示波器已有多种型号和规格，得到了广泛的应用。 示波器不仅可以用来定性观察电压的动态变化过程，而且可以定量测定电压的大小、周期和相位等。只要能通过适当的传感器把其他的电学量

23、和非电学量的变化转化为电压的变化，示波器就能用来研究这些量的变化规律, 是一种非常有用的测量工具。示波管是示波器中显示波形的部件，其结构如图（2）所示，由发射、加速和聚焦电子束的电子枪，控制电子束偏转的X轴和Y轴偏转板，以及电子打在上面会发光的荧光屏三个部分组成，管内抽成高度真空（mm汞柱以下），以避免电子与气体分子碰撞而引起电子束散射。 电子枪由灯丝、阴极、控制栅极和阳极组成。表面上涂有脱出功较低的钡和锶氧化物的阴极受到灯丝加热而发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属圆筒，其电势低于阴极，对阴极发出的电子起阻碍作用，只有少量电子通过栅极。调节栅极电压可控制通过栅极的电子束的强弱从而实现亮度调节。阳极的电势比较高而且形状特殊，产生的电场形成电子透镜，一方面可使电子加速，另一方面可使电子束在荧光屏上聚焦。示波器学习网站：以上资料来自：大学物理教学网站特此声明