高三物理:應(yīng)用力學(xué)規(guī)律解決電場相關(guān)的運(yùn)動與能量說課稿
時間:2013-11-21 10:17:00 來源:無憂考網(wǎng) [字體:小 中 大]以下是©無憂考網(wǎng)為大家整理的關(guān)于《高三物理:應(yīng)用力學(xué)規(guī)律解決電場相關(guān)的運(yùn)動與能量說課稿》,供大家學(xué)習(xí)參考!
1. 教材的地位和作用
這是一節(jié)高三第一輪復(fù)習(xí)課。本節(jié)內(nèi)容在教材上沒有單獨(dú)一節(jié),而是滲透于電場整章的所有知識的學(xué)習(xí)中。把它專門列出來,是出于理清力電聯(lián)系、明確電場問題的處理方法、終構(gòu)建完整的物理結(jié)構(gòu)和提高物理思維能力的考慮。本節(jié)內(nèi)容既是力學(xué)的延伸,也是電場的總結(jié);既是知識的融合,更是方法的提升。
2. 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
重點(diǎn):一是電學(xué)知識的基本概念、基本性質(zhì);二是正確應(yīng)用力學(xué)的基本規(guī)律;難點(diǎn):力學(xué)知識中靈活多變的方法在電場問題中遷移。
3. 教學(xué)目標(biāo)知識與技能:力、能兩角度電場中的基本概念、基本性質(zhì);力的三種作用所對應(yīng)的力學(xué)規(guī)律和不同運(yùn)動形式的特點(diǎn)。過程與方法:正確完整的受力分析;運(yùn)動的三條處理途徑情感態(tài)度與價值觀:物理知識結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn);方法技巧的統(tǒng)一。二. 學(xué)生現(xiàn)狀分析:經(jīng)過高一、二學(xué)習(xí)和高三第一輪力學(xué)、電場復(fù)習(xí),知識已經(jīng)到位,力學(xué)三途徑已經(jīng)初步掌握,存在主要問題是:一不能靈活恰當(dāng)選用三途徑,二是沒有充分認(rèn)識到力、電處理方法的統(tǒng)一性。三. 教學(xué)方法:現(xiàn)代教育目標(biāo)對中學(xué)物理教學(xué)提出了明確要求:中學(xué)物理教學(xué)必須以學(xué)生發(fā)展為本,以物理學(xué)知識體系為載體,以學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)為重點(diǎn),以提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo),逐步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和研究能力,終達(dá)到全面提高素質(zhì),發(fā)展個性,形成特長的目的。
作為復(fù)習(xí)習(xí)題課,一要體現(xiàn)“教為主導(dǎo),學(xué)為主體”的思想,引導(dǎo)學(xué)生主動探究;二要以題講法,“題”“法”為用,知識、思維為體。四. 教學(xué)過程:
(一)新課引入(10分鐘):
在物理學(xué)科內(nèi),電學(xué)與力學(xué)結(jié)合緊密,電學(xué)知識又是與實(shí)際問題及現(xiàn)代科技聯(lián)系多的內(nèi)容。在高考中,復(fù)雜的題目往往是力電綜合題。今天我們研究以帶電粒子在電場中為模型的電學(xué)與力學(xué)的綜合問題,運(yùn)用的基本規(guī)律主要是力學(xué)部分的。解決好力電綜合題目的關(guān)鍵:一是明確電學(xué)知識的基本概念、基本性質(zhì);二是正確應(yīng)用力學(xué)的基本規(guī)律;三是遷移力學(xué)知識中靈活多變的方法。一. 電場中的基本概念、基本性質(zhì) 1. 力的角度:電場力:F= Eq F= kQ1Q2 / r2 電場強(qiáng)度:E= F/q E= kQ/ r2 E=U/d 2. 能的角度:電勢差:UAB= WAB /q U=Ed
電場力做功:WAB = qUAB W= Fscosθ 電勢能: 功能關(guān)系: 二. 應(yīng)用的主要力學(xué)規(guī)律 1. 力的瞬時作用:對物體(質(zhì)點(diǎn)),牛頓第二定律F合=ma
2. 力的空間積累作用:對物體(質(zhì)點(diǎn)),動能定理W總=ΔEk =E k2 –E k1;只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功時,機(jī)械能守恒定律E2=E1即Ek2+Ep2=Ek1+Ep1 3. 力的時間積累作用:對物體(質(zhì)點(diǎn)),動量定理I合=Δp= p′-p;對系統(tǒng)所受外力的合力為零時,動量守恒定律m1v1′+m2v2′=m1v1+m2v2
(二)新課教學(xué):
一. 基本解題思路 1. 認(rèn)真審題,弄清題意。(前提) 2. 確定研究對象,受力分析、運(yùn)動分析、做功分析、過程分析(不變量、變量、關(guān)聯(lián)量)。(關(guān)鍵) 受力分析
運(yùn)動分析
做功分析
過程分析
3. 明確解題途徑,正確運(yùn)用規(guī)律。(核心) 4. 回顧解題過程,分析解題結(jié)果。(保證)二. 解題的三條基本途徑和優(yōu)選策略(30分鐘) 1. 力與運(yùn)動的觀點(diǎn):受力分析、牛頓運(yùn)動定律與運(yùn)動學(xué)規(guī)律運(yùn)動學(xué)規(guī)律:靜止,勻速直線規(guī)律,勻變速直線運(yùn)動規(guī)律,勻變速曲線運(yùn)動規(guī)律(運(yùn)動的合成與分解、平拋運(yùn)動),圓周運(yùn)動規(guī)律(以點(diǎn)電荷為圓心運(yùn)動或受裝置約束運(yùn)動),帶電粒子在交變電場中周期性運(yùn)動及往復(fù)運(yùn)動。 2. 能量的觀點(diǎn):動能定理、功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律
功能關(guān)系:(1) , , ,(2) ,一對滑動摩擦力對系統(tǒng)的總功為負(fù) ,除重力或彈力以外只有滑動摩擦力做功時,絕對值 能量(機(jī)械能、電勢能、內(nèi)能)守恒的表達(dá)式:①初態(tài)和末態(tài)的總能量相等,即E初=E末;②某些形式的能量的減少量等于其他形式的能量的增加量,即ΔE減=ΔE增;③各種形式的能量的增量的代數(shù)和為零,即ΔE1+ΔE2+…ΔEn=0。 3. 動量的觀點(diǎn):動量定理,動量守恒定律。注意矢量性,解題時先選取正方向。 4. 選用的一般策略 ①對多個物體組成的系統(tǒng)討論,在具備守恒條件時優(yōu)先考慮二個守恒定律;出現(xiàn)相對距離(或相對路程)時優(yōu)先考慮功能關(guān)系。 ②對單個物體的討論,宜用兩個定理,涉及時間優(yōu)先考慮動量定理,涉及位移優(yōu)先考慮動能定理。 ③研究所受力的瞬時作用與物體運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系,涉及過程的細(xì)節(jié)(加速度),且受恒力作用時,考慮用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動規(guī)律。非勻強(qiáng)電場一般不適用力與運(yùn)動的觀點(diǎn)這一途徑,除了以點(diǎn)電荷為圓心的圓周運(yùn)動。 ④兩個定律和兩個定理,只考查一個物理過程的始末兩個狀態(tài),對中間過程不予以細(xì)究,這是它們的方便之處,特別是變力問題,充分顯示出其優(yōu)越性。有些題目可以用不同方法各自解決,有些題目得同時運(yùn)用上述幾種方法才能,三種觀點(diǎn)不要絕對化。 5. 典型例題:
例1. 如圖所示,電容器固定在一個絕緣座上,絕緣座放在光滑水平面上,平行板電容器板間的距離為d,右極板上有一小孔,通過孔有一左端固定在電容器左極板上的水平絕緣光滑細(xì)桿,電容器極板以及底座、絕緣桿總質(zhì)量為M.給電容器充電后,有一質(zhì)量為m的帶正電小環(huán)恰套在桿上以某一初速度v0對準(zhǔn)小孔向左運(yùn)動,并從小孔進(jìn)入電容器,設(shè)帶電環(huán)不影響電容器板間電場分布.帶電環(huán)進(jìn)入電容器后距左板的小距離為0.5d,試求:(1)帶電環(huán)與左極板相距近時的速度v;(2)此過程中電容器移動的距離s. (3)此過程中能量如何變化? 解析:(1)帶電環(huán)進(jìn)入電容器后在電場力的作用下做初速度為v0的勻減速直線運(yùn)動,而電容器則在電場力的作用下做勻加速直線運(yùn)動,當(dāng)它們的速度相等時,帶電環(huán)與電容器的左極板相距近,由系統(tǒng)動量守恒定律可得:動量觀點(diǎn): , 力與運(yùn)動觀點(diǎn):設(shè)電場力為F , (2)能量觀點(diǎn):對m:-Eq·(s+ )= mv2- mv02
對M:Eqs= Mv2-0 -Eq = (m+M)v2- mv02 所以s= ·
運(yùn)動學(xué)觀點(diǎn):對M: 對m: 解得: 帶電環(huán)與電容器的速度圖象如圖所示.由三角形面積可得: , , 解得:
-q
q
O
A
B
E
例2.(02全國理綜)如圖所示有三根長度皆為l=1.00 m的不可伸長的絕緣輕線,其中兩根的一端固定在天花板上的 O點(diǎn),另一端分別掛有質(zhì)量皆為m=1.00× kg的帶電小球A和B,它們的電量分別為一q和+q,q=1.00× C.A、B之間用第三根線連接起來.空間中存在大小為E=1.00×106N/C的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)方向沿水平向右,平衡時 A、B球的位置如圖所示.現(xiàn)將O、B之間的線燒斷,由于有空氣阻力,A、B球后會達(dá)到新的平衡位置.求后兩球的機(jī)械能與電勢能的總和與燒斷前相比改變了多少.(不計(jì)兩帶電小球間相互作用的靜電力)
點(diǎn)撥解疑:圖(1)中虛線表示A、B球原來的平衡位置,實(shí)線表示燒斷后重新達(dá)到平衡的位置,其中 、 分別表示OA、AB與豎直方向的夾角。A球受力如圖(2)所示:重力mg,豎直向下;電場力qE,水平向左;細(xì)線OA對A的拉力T1,方向如圖;細(xì)線AB對A的拉力T2,方向如圖。由平衡條件得 ① ②
-q
q
O
A
B
E
圖(4)
圖 4
B球受力如圖(3)所示:重力mg,豎直向下;電場力qE,水平向右;細(xì)線AB對B的拉力T2,方向如圖。由平衡條件得
③ ④
聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù),得 ⑤ ⑥
如圖甲所示,a、b兩帶電小球電荷量分別為q和-q,質(zhì)量均為m.兩球用絲線相連,a球又用絲線掛在O點(diǎn).加一個向左的勻強(qiáng)電場,平衡后兩線都拉緊,則兩球所處位置可能是圖乙中的
由此可知,A、B球重新達(dá)到平衡的位置如圖(4)所示。與原來位置相比,A球的重力勢能減少了 ⑦
B球的重力勢能減少了 ⑧
A球的電勢能增加了 WA=qElcos60°⑨
B球的電勢能減少了 ⑩
兩種勢能總和減少了 代入數(shù)據(jù)解得
(三)小結(jié)(5分鐘)
畫草圖,想情景,選對象,建模型,分析狀態(tài)和過程;找規(guī)律、列方程;檢驗(yàn)結(jié)果行不行。
(四)布置作業(yè)。 1. 質(zhì)量為m,電量為+q的小球以初速度v0以與水平方向成θ角射出,如圖所示,如果在某方向加上一定大小的勻強(qiáng)電場后,能保證小球仍沿v0方向做直線運(yùn)動,試求所加勻強(qiáng)電場的小值,加了這個電場后,經(jīng)多長時間速度變?yōu)榱? 答案:t= -
+
O
C
2. 已知如圖,水平放置的平行金屬板間有勻強(qiáng)電場。一根長l的絕緣細(xì)繩一端固定在O點(diǎn),另一端系有質(zhì)量為m并帶有一定電荷的小球。小球原來靜止在C點(diǎn)。當(dāng)給小球一個水平?jīng)_量后,它可以在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動。若將兩板間的電壓增大為原來的3倍,求:要使小球從C點(diǎn)開始在豎直面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動,至少要給小球多大的水平?jīng)_量?在這種情況下,在小球運(yùn)動過程中細(xì)繩所受的大拉力是多大?
答案:I= m ;F=12mg
五. 板書板圖設(shè)計(jì):
一. 電場中的基本概念、基本性質(zhì) 1. 力的角度:電場力:F= Eq F= kQ1Q2 / r2 電場強(qiáng)度:E= F/q E= kQ/ r2 E=U/d 2. 能的角度:電勢差:UAB= WAB /q U=Ed
電場力做功:WAB = qUAB W= Fscosθ 電勢能: 功能關(guān)系:
二. 解題的三條基本途徑和優(yōu)選策略 1. 力與運(yùn)動的觀點(diǎn):受力分析、牛頓運(yùn)動定律與運(yùn)動學(xué)規(guī)律運(yùn)動學(xué)規(guī)律:靜止,勻速直線規(guī)律,勻變速直線運(yùn)動規(guī)律,勻變速曲線運(yùn)動規(guī)律(運(yùn)動的合成與分解、平拋運(yùn)動),圓周運(yùn)動規(guī)律(以點(diǎn)電荷為圓心運(yùn)動或受裝置約束運(yùn)動),帶電粒子在交變電場中周期性運(yùn)動及往復(fù)運(yùn)動。 2. 能量的觀點(diǎn):動能定理、功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律
功能關(guān)系:(1) , , ,(2) ,一對滑動摩擦力對系統(tǒng)的總功為負(fù) ,除重力或彈力以外只有滑動摩擦力做功時,絕對值 能量(機(jī)械能、電勢能、內(nèi)能)守恒的表達(dá)式:①初態(tài)和末態(tài)的總能量相等,即E初=E末;②某些形式的能量的減少量等于其他形式的能量的增加量,即ΔE減=ΔE增;③各種形式的能量的增量的代數(shù)和為零,即ΔE1+ΔE2+…ΔEn=0。 3. 動量的觀點(diǎn):動量定理,動量守恒定律。注意矢量性,解題時先選取正方向。
六. 總結(jié)在物理學(xué)科內(nèi),電學(xué)與力學(xué)結(jié)合緊密,電學(xué)知識又是與實(shí)際問題及現(xiàn)代科技聯(lián)系多的內(nèi)容。在高考中,復(fù)雜的題目往往是力電綜合題。今天我們研究以帶電粒子在電場中為模型的電學(xué)與力學(xué)的綜合問題,運(yùn)用的基本規(guī)律主要是力學(xué)部分的。本節(jié)課關(guān)鍵:一是正確應(yīng)用力學(xué)的基本規(guī)律;二是遷移力學(xué)知識中靈活多變的方法。