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1、 高三物理专题复习课的教学设计 电场 专题复习课的设计思路 高中物理总复习阶段 要紧扣教学大纲 抓住课本双基 突出重点 集中解决有代 表性的问题 真正达到一个专题 让学生学 会一种方法 解决一类问题的目的 下面以 电场 专题为例谈谈专题复 习课的设计思路 一 重视基础性 v专题设计 最好能以教材原型题为素材 这样更能揭示出大纲 教材和考试说 明要求之间的内在联系 让学生明确 抓 纲务本 的重要性 这样更有利于学生围 绕教材 注重基础 克服脱离课本 一 头钻进复习资料里的弊端 v针对电场一章基础知识可设计四个典型例题进行精 细分析 v1 首先是建立理想化模型 点电荷 检验电荷 掌 握电荷守恒定律
2、 真空中的库仑定律 代表性问题 是电荷及电荷间的相互作用 v以课本 人教版 P95练习一第4题为原型设计 v 例1 全国高考题 如图所示 q1 q2 q3分别表示在一条直线上的三个 点电荷 已知q1与q2之间的距离为l1 q2与q3之间的距离为l2 且每个电荷 都处于平衡状态 v 1 如q2为正电荷 则q1为 电荷 q3为 电荷 v 2 q1 q2 q3三者电量大小之比是 v v l1l2 q2q3q1 v 析与解 1 每个电荷均处于平衡状态 即要求每个电荷所受 合力应为零 因此q2为正电荷 显然q1 q3应为负电荷 v 2 由库仑定律 建立平衡方程式 点评 v 利用库仑定律求解三个自由电荷的
3、平衡问题时 可总结得出 必须满足 同一直线 大夹小 同夹 异 近小远大 即三个电荷必须在同一直线 且 中间的电量小 与旁边两个为异种电荷 两边电荷 靠近中间近的电量较小 远的电量较大 v 真空中点电荷相互作用力遵守库仑定律 是库 仑用扭秤实验研究所发现的 v 点电荷是带电体的大小对研究的问题所产生的影 响可以忽略不计时的理想模型 v 任何带电体的电量都应是 e的整数倍 密立根基 于这种设想测定了它的值 称它为基本电荷 电荷可以在物体间转移或中和 但总电量守恒 2 再如从电场所具有的力和能的性质理解电场 存在的客观性 掌握电场强度 电场线 电势 差 等势面等基本概念 代表性问题是电场强 度和电势
4、 以课本 人教版 P98练习二第6题为原型设计 v 例2 上海高考题 A B两点各放有电量为 Q和 2Q的点 电荷 A B C D四点在同一直线上 且AC CD DB 如图所示 将一正电荷从C点沿直线移到D点 则 vA 电场力一直做正功 B 电场力先做正功再做负功 vC 电场力一直做负功 D 电场力先做负功再做正功 Q 2Q ACDB v 析与解 由点电荷场强公式可知 vA点电荷在C点场强 向右 vB点电荷在C点场强 向左 v 故C点合场强向右 v在CD连线中点以及D点右侧各点 A B点电荷的合 场强显然向左 综上可知 正电荷从C点移至D点电 场力先做正功 再做负功 故应选B v 点评 v 要
5、理解三个电场强度公式的适用条件 此外还要 掌握课本中所画的几种典型电场的电场线分布特点 并能依此分析问题 v 场强叠加时遵循矢量运算法则 3 再以课本 人教版 P99练习三第2题为 原型设计 v 例3 如图所示是电场中一条电场线 一电子 从a点由静止释放 在电场力作用下沿直线向 b运动 下列有关该电场情况判断正确的是 vA 该电场一定是匀强电场 vB 场强Ea一定小于Eb vC 电子具有的电势能 一定大于 vD 电势 一定低于 ab 析与解 因电子从a点静止释放后向b点运动 说明电子所受电场力指向b 电场强度 方向指向a 沿电场强度方向是电势降落 方向 有D正确 负电荷在电 势越高处电势能越小
6、 所以电子在a处电 势能大于b处电势能 有C正确 此电场线可能是匀强电场中的一条 电场线 也可能是正 负电荷形成电场 中的一条电场线 故无法判断a b 两点 场强大小 A B皆错 v 点评 v 场强方向是电势降落最快的方向 匀强电场中电势差U Ed d为两点间距离在场强方向上的投影 v 电场力做功的过程是电荷具有的电势能变化的过程 其关系为 v 求电场力做功的方法有三种 v 1 由公式 计算 此公式是适用于匀强电场中 可变形为 式中s为电荷初末位置在电场强度方向 上的位移 v 2 电场力做功与电势能改变关系计算 对任何电场 都适用 当U 0 q 0或U 0 q0 否则 W 0 v 3 由动能定
7、理计算 3 另外还要理解电容概念和影响平行板电容器 电容的因素 其代表性问题是 在自动控制中的电容式 传感器问题 v以课本 人教版 P113练习七第4题为原型设计 v 例4 传感器是把非电学里 如速度 温度 压力等 的变 化转换成电学里变化的一种测定液面高度的电容式传感器 的示意图 金属芯线与导电液体形成一个电容器 从电容C 大小的变化就能反映液面的升降情况 两者的关系是 vA C增大表示h增大 vB C增大表示h减小 vC C减小表示h减小 vD C减小表示h增大 导电液体 金属芯线 电介质 v 析与解 v 金属芯线和导电液体构成电容器的两板 极板间距未变 而正对面积随液面升高而增大 降低而
8、减小 又由 知 h增大 S增 大 C增大 故应选A C v 点评 v 实际应用中 一般是将电容器处理成一个 平行板电容器模型来分析 二 突出专题性 v专题复习的设计思路应是集问题 方法和 规律于一体 展现知识系统的整体结构与 联系 集中解决一两个问题 才能突出其 专题性 v例如 带电粒子在电场中运动问题 是专 题的核心 该问题可分为三类 1 带电粒子在点电荷电场中的运动 讨论电子绕核做匀速圆周运动和 粒子 散射现象两个典型实例 例5 氢原子核外电子绕核运动的半径 已知氢核质量 电子质量 试求 电子绕核运动的动能和所形成环形电 流的大小 v 点评 v 1 氢原子从外界吸收能量被激发时 从基态 向
9、激发态跃迁 轨道半径变大 其动能 将变小 而电子因克服电场力作功而电势能增大 由能量转化和守恒定律知 由势能的增加要比电子 动能的减小要大 v 2 电子绕核运动可形成环形电流而形成磁场 电 子运动 含自旋 形成磁场是物质产生磁性的起源 v 3 假如核与电子质量关系不满足 运 动情况又会如何呢 天体中双星体的运动模型可 提供参考 将有 及 v 例6 物理学史上 由 粒子散射实验估测 出了原子核半径 已知 粒子的质量 速度约为光速的0 1倍 即 与静止的金原子核发生正碰 金核的质量 电量 求 粒子离开金原子核的最近距离r 此值 可近似认为是金核半径 计算时所要用 到的点电荷电场的电势计算公式为 v
10、 点评 v 粒子散射现象 可视为一般原子核碰 撞过程模型 应遵循系统动量守恒和能 量守恒规律 它类似一个弹性碰撞过程 其他粒子间的相互作用过程也是如此 2 带电粒子在匀强电场中的加速和偏转问题 例7 2004年北京理综能力测试25 22分 下图是某种静电分选器的原理示意图 两个竖直放置的平行 金属板带有等量异号电荷 形成匀强电场 分选器漏斗的出口与 两板上端处于同一高度 到两板距离相等 混合在一起的a b两 种颗粒从漏斗出口下落时 a种颗粒带上正电 b种颗粒带上负电 经分选电场后 a b两种颗粒分别落到水平传送带A B上 已知两板间距 板的长度 电场仅局限在平行板之间 各颗粒所 带电量大小与其
11、质量之比均为 设颗粒进入电场时的初速度为零 分选过程中颗粒大小及颗粒间的相互作用力不计 要求两种颗 粒离开电场区域时 不接触到极板但有最大偏转量 重力加速度 g取10m s2 1 左右两板各带何种电荷 两极板间的电压多大 2 若两带电平行板的下端距传送带A B的高度 颗粒落至传送 带时的速度大小是多少 3 设颗粒每次与传送带碰撞反弹时 沿竖直方向的速度大小为 碰撞前竖直方向速度大小的一半 写出颗粒第n次碰撞反弹高度 的表达式 并求出经过多少次碰撞 颗粒反弹的高度小于0 01m v 析与解 1 左板带负电荷 右板带正电荷 v 依题意 颗粒在平行板间的竖直方向上满足 v 在水平方向上满足 v两式联
12、立得 v 2 根据动能定理 颗粒落到水平传送带上满足 v v 3 在竖直方向颗粒作自由落体运动 它第一次落到 水平传送带上沿竖直方向的速度 v反弹高度 v 根据题设条件 颗粒第n次反弹后上升的高度 v当 时 v 点评 要能顺利解决此类联系实际的问题 v 首先要在平时多注意培养基本的物理建模 能力 以便能够迅速地从有关实际问题中抽象 出恰当的物理模型 v 其次 要善于寻找和挖掘题中的关键信息 和隐含条件 例如在本例中 能找出所有微粒 在平行板间的竖直方向上和在平行板间的水平 方向上都做匀加速运动等关键信息 是解决本 题的关键 v 此外 必须具备必要的运用数学工具处理 物理问题的能力 还有带n的通
13、式的讨论 3 带电粒子在交变电场中的运动问题 v例8 2002广东卷 如图所示 A B为水平放置的平行金属板 板间距离为 d d远小于板的长和宽 在两板之间有一带负电的质点P 已知若在A B间 加电压U0 则质点P可以静止平衡 v现在A B间加上如图所示的随时间t变化的电压u 在t 0时质点P位于A B 间的中点处且初速为o 已知质点P能在A B之间以最大的幅度上下运动而 又不与两板相碰 求图中u改变的各时刻t1 t2 t3 及tn的表达式 质点开始从中点或从最低点上升到最高点 及以后每次从最高 点到最低点或从最低点到最高点的过程中 电压只改变一次 解 v 析与解 这是一道有相当难度的高考题
14、抽样统 计该题难度系数为0 066 v解题的关键是分析清楚质点P在两极板间做最大 振幅的上下运动 即质点上下到达A B极板时的 速度为零 另外必须要搞清图中t1 t2 t3的含义 特别是t2是2U0电压的起始时刻 t2是2U0电压终了 为零的时刻 再根据等效和对称规律 即不难得到 解题的思路和方法 v以m q表示质点P的质量和电荷量 则由题意知 v当电压为2U0时 此时质点受电场力为2mg 质点受重力为 mg 两力的合力为mg 方向向上 显然在此复合场中 质 点向上做匀加速运动 其加速度大小为g 质点在不受电场力 作用时 质点则做初速为零或不为零的匀加速运动 加速度 大小也为g 显然 这里有一
15、定的对称规律 因质点起始时从 极板中点向上运动 到达极板A时速度为零由于其对称规律 可以想到 电场力作用时间应为质点运动到 的时间 这 一设想可由动能定理得到验证 设质点P上行距离x时撤去 电场 则有 解得 设质点运动到 时所用时间为t1 则 质点P以初速为零从A板向B板运动 要求质点到B板时速度仍 为零 由上面的分析可知 当质点从A板运动到极板中点时应 加上2U0的电压 即电压2U0的起始时刻 v质点运动到极板中点时加上2U0电压 质 点P做匀减速运动到极板B 到达极板B时 速度为零 再在复合场的作用下运动到极 板中点时再撤去电场 显然撤去电场时刻 为 v 以后的运动规律依次类推 即质点每到
16、极板中点时加上电场 经 时间 再撤去电场 即得 n 2 3 4 v 三 总结规律性 专题复习课都集重 难点为一 体 解决的都是学科中具有代表性 的问题 因此 在解题后要注意总 结 要明确该类专题的解题思路 解题规律和方法 例如带电粒子在电场中运动专题总结 首先应指出本专题是 电场 一 章的综合运用 本章知识与力学相比 增加了一个电场力和一个电势能 在 分析和解决问题时 要善于将电学问 题转化为力学问题 其次 本专题的解题规律有下列三条途径 v 用动力学观点解题 涉及到动力学 曲 线运动 圆周运动内容 运用电场性质 牛顿运动定律 运动学公式 运动的合成 和分解知识相结合解题 如例5 v 用功能观点解题 涉及到带电粒子在运 动中能的转化和守恒内容 运用电场性质 动能定理相结合解题 如例8 v 用动量观点解题 运用电场性质 动量 定理 动量守恒定律相结合解题 如例6 再者 本专题涉及的高考题型有两类 v 带电粒子的运动轨道与受力特点 v 用运动和合成思想处理带电粒子在电场中 的偏转 v 总结规律性当然以师生共同总结为好 有时让学生自己总结 教师适时给予必要的 点拨和矫正也是可行的
