專題一 帶電粒子在組合場中的運動 教學(xué)設(shè)計-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

專題一帶電粒子在組合場中的運動教學(xué)設(shè)計-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：專題一帶電粒子在組合場中的運動

2.教學(xué)年級和班級：高二（1）班

3.授課時間：2023年10月27日星期五第2節(jié)課

4.教學(xué)時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標1.科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生運用物理規(guī)律分析帶電粒子在組合場中的運動，提升邏輯推理和問題解決能力。

2.科學(xué)探究：通過實驗探究和計算分析，引導(dǎo)學(xué)生自主探索帶電粒子在不同電場和磁場中的運動規(guī)律，培養(yǎng)實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析能力。

3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：讓學(xué)生認識到物理學(xué)在科技發(fā)展中的重要作用，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)科學(xué)精神和責(zé)任感。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)知識：學(xué)生在進入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了電場、磁場和帶電粒子的基本概念，以及它們在單獨場中的運動規(guī)律。他們應(yīng)具備基本的微積分知識，能夠處理簡單的微分方程。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：高二學(xué)生對物理學(xué)科普遍保持較高興趣，尤其對實驗和探索性的學(xué)習(xí)內(nèi)容感興趣。他們的學(xué)習(xí)能力較強，能夠適應(yīng)較為抽象的物理概念。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生可能更傾向于通過實驗和直觀演示來理解物理現(xiàn)象，而另一部分學(xué)生可能更擅長通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和邏輯推理來掌握知識。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：本節(jié)課涉及較為復(fù)雜的物理模型和數(shù)學(xué)計算，部分學(xué)生可能對組合場中的運動規(guī)律理解困難，難以將電場和磁場的作用效果進行有效結(jié)合。此外，學(xué)生在解決實際問題時，可能面臨如何將理論應(yīng)用到具體情境中的挑戰(zhàn)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生進行有效的思考和討論。學(xué)具準備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學(xué)資源-硬件資源：示波器、粒子加速器模型、電磁場發(fā)生器、帶電粒子發(fā)射器、投影儀、白板或黑板

-課程平臺：學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

-信息化資源：電子教材、在線物理實驗?zāi)M軟件、相關(guān)教學(xué)視頻和動畫

-教學(xué)手段：多媒體教學(xué)課件、實物演示、小組討論、課堂練習(xí)教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課（用時5分鐘）

-教師通過展示一幅帶電粒子在組合場中運動的圖像，引導(dǎo)學(xué)生回顧單一電場和磁場中的粒子運動規(guī)律。

-提問：同學(xué)們，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了電場和磁場中帶電粒子的運動，那么當電場和磁場同時存在時，帶電粒子的運動會有什么特點呢？

-學(xué)生思考并回答，教師總結(jié)：今天我們將一起探究帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律。

2.新課講授（用時15分鐘）

-第一條：教師講解帶電粒子在電場和磁場中的受力分析，展示洛倫茲力的計算公式。

-舉例：帶電粒子在均勻電場和垂直磁場中的運動軌跡。

-第二條：教師通過動畫演示，展示帶電粒子在組合場中的運動軌跡，引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析運動規(guī)律。

-舉例：帶電粒子在非均勻電場和磁場中的運動。

-第三條：教師講解帶電粒子在組合場中的運動方程，引導(dǎo)學(xué)生掌握求解運動軌跡的方法。

-舉例：帶電粒子在復(fù)合電場和磁場中的運動軌跡計算。

3.實踐活動（用時15分鐘）

-第一條：學(xué)生分組進行實驗，觀察帶電粒子在組合場中的運動軌跡，并與理論計算結(jié)果進行對比。

-舉例：學(xué)生使用示波器觀察帶電粒子在復(fù)合電場和磁場中的運動軌跡。

-第二條：學(xué)生利用在線物理實驗?zāi)M軟件，模擬不同組合場中帶電粒子的運動，加深對運動規(guī)律的理解。

-舉例：學(xué)生通過軟件調(diào)整電場和磁場的強度，觀察帶電粒子的運動軌跡變化。

-第三條：學(xué)生獨立完成一道關(guān)于帶電粒子在組合場中運動的計算題，鞏固所學(xué)知識。

-舉例：計算帶電粒子在復(fù)合電場和磁場中的運動軌跡。

4.學(xué)生小組討論（用時10分鐘）

-第一方面：討論帶電粒子在組合場中的運動軌跡與單一場中的運動軌跡有何不同。

-舉例回答：在單一電場中，帶電粒子沿電場線運動；在單一磁場中，帶電粒子做圓周運動；在組合場中，帶電粒子的運動軌跡為螺旋線。

-第二方面：討論如何通過實驗和計算驗證帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律。

-舉例回答：通過改變電場和磁場的強度，觀察帶電粒子的運動軌跡變化；利用示波器記錄運動軌跡；通過計算帶電粒子的運動方程，求解運動軌跡。

-第三方面：討論帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律在實際應(yīng)用中的意義。

-舉例回答：在粒子加速器中，通過組合電場和磁場，實現(xiàn)帶電粒子的加速和聚焦；在航天器發(fā)射過程中，利用組合場調(diào)整飛行軌跡。

5.總結(jié)回顧（用時5分鐘）

-教師總結(jié)本節(jié)課的重點內(nèi)容，包括帶電粒子在組合場中的受力分析、運動方程以及實驗驗證方法。

-舉例：本節(jié)課重點學(xué)習(xí)了帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律，包括受力分析、運動方程和實驗驗證方法。

-教師提醒學(xué)生在課后復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，鞏固所學(xué)知識。

-舉例：請同學(xué)們課后復(fù)習(xí)帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律，特別是運動方程的求解方法。教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

-帶電粒子在非均勻電場中的運動：介紹非均勻電場中帶電粒子的運動軌跡和速度變化，包括電場強度梯度對粒子運動的影響。

-磁場中的回旋運動：探討帶電粒子在磁場中的回旋運動，包括回旋半徑、回旋頻率等概念。

-帶電粒子在復(fù)合場中的聚焦和散焦：分析帶電粒子在復(fù)合電場和磁場中的聚焦和散焦現(xiàn)象，以及其在粒子加速器中的應(yīng)用。

-粒子加速器的基本原理：介紹粒子加速器的基本工作原理，包括加速器中的電場和磁場如何協(xié)同工作。

2.拓展建議：

-學(xué)生可以通過閱讀物理教材中的相關(guān)章節(jié)，深入了解帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律。

-鼓勵學(xué)生觀看在線教育平臺上的科普視頻，如粒子加速器的介紹和實驗演示，以增強直觀理解。

-建議學(xué)生參與物理實驗課程，親自操作實驗設(shè)備，觀察帶電粒子在組合場中的運動現(xiàn)象。

-學(xué)生可以嘗試解決一些更復(fù)雜的物理問題，如帶電粒子在非均勻電場和磁場中的復(fù)雜運動軌跡計算。

-鼓勵學(xué)生查閱相關(guān)學(xué)術(shù)論文，了解帶電粒子在組合場中運動的研究進展和應(yīng)用領(lǐng)域。

-組織學(xué)生進行小組討論，探討帶電粒子在組合場中運動的理論和實際應(yīng)用，促進知識的交流與分享。

-建議學(xué)生利用課外時間，通過模擬軟件進行虛擬實驗，加深對帶電粒子運動規(guī)律的理解。

-學(xué)生可以嘗試將所學(xué)知識應(yīng)用于實際問題，如設(shè)計一個簡單的粒子加速器模型，分析其性能和優(yōu)化方案。板書設(shè)計①重點知識點：

-帶電粒子在電場中的運動方程

-洛倫茲力公式

-粒子在磁場中的回旋運動

-帶電粒子在組合場中的運動軌跡

②關(guān)鍵詞句：

-qE=ma，描述電場對帶電粒子的作用力

-F=q(v×B)，洛倫茲力方向與速度和磁場垂直

-回旋半徑r=mv/qB，回旋頻率ω=qB/m

-軌跡方程：x(t)=(v0cosθ+at/2)cos(ωt-θ)-(v0sinθ+at/2)sin(ωt-θ)

③邏輯結(jié)構(gòu)：

-電場與磁場對帶電粒子的作用

-洛倫茲力與帶電粒子運動的關(guān)系

-粒子在磁場中的回旋運動規(guī)律

-帶電粒子在組合場中的運動軌跡分析反思改進措施反思改進措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.案例教學(xué)法的應(yīng)用：在講解帶電粒子在組合場中的運動時，可以結(jié)合實際案例，如粒子加速器的工作原理，讓學(xué)生更直觀地理解理論知識的應(yīng)用。

2.多媒體教學(xué)手段的融合：利用動畫和模擬軟件，將抽象的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可視化的圖像，幫助學(xué)生更好地理解帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律。

反思改進措施（二）存在主要問題

1.學(xué)生對理論知識的理解不夠深入：部分學(xué)生在學(xué)習(xí)帶電粒子在組合場中的運動時，對公式和概念的理解停留在表面，缺乏深入思考。

2.實驗操作技能不足：在實驗環(huán)節(jié)，部分學(xué)生由于缺乏實際操作經(jīng)驗，導(dǎo)致實驗結(jié)果與預(yù)期不符，影響了實驗效果。

3.課堂互動不足：在課堂教學(xué)中，學(xué)生參與度不高，教師講解過多，未能充分調(diào)動學(xué)生的積極性。

反思改進措施（三）

1.加強理論知識的講解與引導(dǎo)：在講解理論知識時，注重引導(dǎo)學(xué)生思考，結(jié)合實際案例，幫助學(xué)生深入理解帶電粒子在組合場中的運動規(guī)律。

2.提高實驗操作技能：加強實驗前的指導(dǎo)，讓學(xué)生了解實驗原理和操作步驟，提高實驗操作技能。同時，鼓勵學(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

3.豐富課堂互動形式：通過提問、小組討論等方式，增加課堂互動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，及時調(diào)整教學(xué)策略。

4.利用翻轉(zhuǎn)課堂模式：將課堂上的講解內(nèi)容提前通過視頻或課件形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生在課前預(yù)習(xí)，課堂上進行討論和實驗，提高課堂效率。

5.加強與學(xué)生的溝通：關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和困難，及時給予指導(dǎo)和幫助，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

6.定期進行教學(xué)反思：在教學(xué)過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，針對存在的問題，及時調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)質(zhì)量。課后作業(yè)1.作業(yè)題目：已知一質(zhì)子（質(zhì)量為m，電荷量為e）在垂直于磁場方向的電場中運動，電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B。求質(zhì)子在電場和磁場共同作用下的運動軌跡方程。

解答過程：

-質(zhì)子在電場中的受力為F_e=eE。

-質(zhì)子在磁場中的受力為F_B=qvB，由于速度方向與磁場垂直，所以F_B的方向始終與速度方向垂直。

-質(zhì)子的加速度為a=F_e/m=eE/m。

-在電場方向上，質(zhì)子做勻加速直線運動，位移x=(1/2)a*t^2=(1/2)*(eE/m)*t^2。

-在垂直電場方向上，質(zhì)子做勻速圓周運動，半徑r=mv/qB=mE/(eB)。

-質(zhì)子的運動軌跡為螺旋線，軌跡方程為x=(mE/(eB))*cos(ωt)，y=(mE/(eB))*sin(ωt)，其中ω=eB/m。

2.作業(yè)題目：一電子（質(zhì)量為m_e，電荷量為-e）在復(fù)合場中運動，已知電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，電子的速度為v。求電子的運動軌跡方程。

解答過程：

-電子在電場中的受力為F_e=-eE。

-電子在磁場中的受力為F_B=evB。

-電子的加速度為a=F_e/m_e=-eE/m_e。

-由于電子的加速度與速度方向相反，電子在電場方向上做勻減速直線運動。

-在磁場方向上，電子做勻速圓周運動，半徑r=m_e/(eB)。

-電子的運動軌跡為螺旋線，軌跡方程為x=(m_e/(eB))*cos(ωt)，y=(m_e/(eB))*sin(ωt)，其中ω=eB/m_e。

3.作業(yè)題目：一質(zhì)子在垂直于磁場方向的電場中運動，已知電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，質(zhì)子的速度為v0。求質(zhì)子在電場和磁場共同作用下的運動軌跡方程。

解答過程：

-質(zhì)子在電場中的受力為F_e=qE。

-質(zhì)子在磁場中的受力為F_B=qvB。

-質(zhì)子的加速度為a=F_e/m=qE/m。

-在電場方向上，質(zhì)子做勻加速直線運動，位移x=(1/2)a*t^2=(1/2)*(qE/m)*t^2。

-在垂直電場方向上，質(zhì)子做勻速圓周運動，半徑r=mv/qB。

-質(zhì)子的運動軌跡為螺旋線，軌跡方程為x=(mv/qB)*cos(ωt)，y=(mv/qB)*sin(ωt)，其中ω=qB/m。

4.作業(yè)題目：一電子在復(fù)合電場和磁場中運動，已知電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，電子的速度為v。求電子的運動軌跡方程。

解答過程：

-電子在電場中的受力為F_e=-eE。

-電子在磁場中的受力為F_B=evB。

-電子的加速度為a=F_e/m_e=-eE/m_e。

-在電場方向上，電子做勻減速直線運動，位移x=(1/2)a*t^2=(1/2)*(-eE/m_e)*t^2。

-在磁場方向上，電子做勻速圓周運動，半徑r=m_e/(eB)。

-電子的運動軌跡為螺旋線，軌跡方程為x=(m_e/(eB))*cos(ωt)，y=(m_e/(eB))*sin(ωt)，其中ω=eB/m_e。

5.作業(yè)題目：一質(zhì)子在復(fù)合電場和磁場中運動，已知電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，質(zhì)子的速度為v0。求質(zhì)子在電