牛静
【摘 要】将“问题式”教学模式与2019年人教版新教材相结合,以《带点粒子在电场中的运动》说课稿为例,突出物理核心素养。
【关键词】“问题式”教学模式;高中物理新教材;物理核心素养
一、说教材
(一)教材简析
本节学习带电粒子在电场中的运动,即带电粒子在电场中的直线加速及垂直电场进入做类平抛运动的研究。通过研究物体运动方法的再次实际运用,加强匀加速直线运动和曲线运动的研究方法,从中培养学生的应变能力和解决实际问题能力。
本节内容在2019年新教材中物理必修第三册第十章《静电场中的能量》第五节,相比老教材,主要有如下变化:1.加入了更多的生活实例,比如医用电子直线加速器,“质子疗法”。2.示波器内容变为“拓展学习”,要求适当降低。3.例题1难度变大,知识点为交变电压对带电粒子的加速。
本节课运用问题教学模式进行教学,引导学生层层深入,解决实际问题。
(二)物理核心素养
1.物理观念:利用物质观和运动观,知道带电粒子在电场中会受到电场力的作用,由于初速度与电场力的会出现不同的运动情况。
2.科学思维:通过实际生活需求建构物理模型,对带电粒子的受力和运动进行科学推理,列式进行科学论证,实验进行质疑创新,运用所学知识分析实际问题,培养学生解决实际问题的能力。
3.科学探究:通过实际需要引导学生提出问题,然后对解决方案进行探究,寻找方案是否可行的证据,最后进行讨论、交流和成果分享。
4.科学态度与责任:培养学生发现问题、解决实际问题的能力。
(三)教学重点
1.了解带电粒子在匀强电场中的运动——只受电场力,带电粒子做匀变速运动。
2.重点掌握初速度与匀强电场方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。
3.知道示波管的主要构造和工作原理。
(四)教学难点
初速度与匀强电场方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。
(五)教学用具
示波器、示波器模拟装置,实物投影仪、一体机、课件、录播教室。
(六)课时安排:2课时
二、说教法
(一)学情
学生在高二阶段已经学习静电场的力的知识、能的知识,高一学习了力与运动,直线运动、类平抛运动的知识,本节内容综合性较强,需要学生对这些内容掌握较好才能进一步提升。
(二)教学方法
“问题式”教学、讲授教学法、演示教学法、物理建模法、学生自主探究法
三、说过程
(一)新课引入
问题1.1:平时我们教室使用的电源电压是多少? 将其加在电容器两极板上可以形成匀强电场吗?
问题1.2:这个电压一直是220V吗?会不会变化?可以用什么办法测量?
用示波管现场展示教室交流电波形,通过以上几个问题提出示波管的简单模型。
(二)新课教学
1.探究带电粒子在匀强电场中的运动
(1)带电粒子电荷量为q,质量为m,经过电压U1加速,如图一所示。
问题2:如何求带电粒子获得的速度v0?
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。
(2)带电粒子以初速度v0垂直匀强电场方向进入偏转电场,带电粒子电荷量为q,质量为m,偏转电场两极板间电压为U2,间距为d,从另一端穿出。如图二所示。
问题3.1:粒子在电场中做何运动?
问题3.2:偏转距离y和偏转角的正切值tanθ如何计算?与U2有何关系?
老师带领学生作图推导,让学生分析推导结果。
(3)带电粒子以v速度离开偏转电场,打在荧光屏上。如图三所示。
问题4.1:带电粒子在到达荧光屏之前作何运动?
问题4.2:在荧光屏上的偏转距离y2如何计算?y2与U2有何关 系?
老师带领学生作图推导,让学生分析推导结果。
2.示波管的原理
(1)示波器:用来观察电信号随时间变化的电子仪器,其核心部分是示波管。
(2)示波管的构造:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成(如图四)。
(3)原理:利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等,灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。
让学生运用所学知识确定带电粒子在荧光屏的大致位置,检验所学知识,并再次现场用示波器让学生亲自体会示波器显示生活用电的波形。
3.实际运用
问题5:医用电子直线加速器能把X射线(氦核,带电量为2e)能量加到4-16Mev,220V生活用电能可以满足需求吗?
例:如图四甲,某装置中,多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连,序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图四乙所示。在t=0时,奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值,此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板(序号为0)中央的一个电子,在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速,沿中心轴线冲进圆筒1。
为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速,圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u,周期为T,电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不計。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系?第n个金属圆筒的长度应该是多少?
问题6.1:电子在0和1之间做什么运动?
问题6.2:电子在1里面做什么运动?
问题6.3:电子在来到第n个金属筒之前,经过了几次加速?
学生思考回答完问题进行推演,展示较好的学生推演过程。
(三)课堂小结
结合板书进行小结。
(四)板书设计
(五)课后作业
1.完成课本课后《练习与应用》第1、2题。
2.阅读教材内容【科学漫步】。
四、说反思
(一)教学预设中的成功之处
新课教学中把对带电粒子在匀强电场的运动研究,与示波管相结合,通过示波管演示模型,让学生学会先把复杂的问题定性分析的方法,再结合定量计算的结果进行验证和反思。
(二)教学预设中尚存在的不足或难以把握之处
本节内容公式较多、计算量较大,学生听老师讲一遍很难达到马上运用的效果,需要课后反复训练进一步加强效果才会更佳。实际运用的例子和学生生活联系不紧密,理解模型需要比较长的时间。