应用力学规律解决电场相关的运动与能量问题说课

作者:佚名 资料来源:网络 点击数:

应用力学规律解决电场相关的运动与能量问题说课

文 章来源 莲
山 课 件 w w w.
5Y k J. c oM 一. 教材分析

1. 教材的地位和作用

这是一节高三第一轮复习课。本节内容在教材上没有单独一节,而是渗透于电场整章的所有知识的学习中。把它专门列出来,是出于理清力电联系、明确电场问题的处理方法、最终构建完整的物理结构和提高物理思维能力的考虑。本节内容既是力学的延伸,也是电场的总结;既是知识的融合,更是方法的提升。

2. 教学重点与难点

重点:一是电学知识的基本概念、基本性质;二是正确应用力学的基本规律;难点:力学知识中灵活多变的方法在电场问题中迁移。

3. 教学目标知识与技能:力、能两角度电场中的基本概念、基本性质;力的三种作用所对应的力学规律和不同运动形式的特点。过程与方法:正确完整的受力分析;运动的三条处理途径情感态度与价值观:物理知识结构的严谨;方法技巧的统一。二. 学生现状分析:经过高一、二学习和高三第一轮力学、电场复习,知识已经到位,力学三途径已经初步掌握,存在主要问题是:一不能灵活恰当选用三途径,二是没有充分认识到力、电处理方法的统一性。三. 教学方法:现代教育目标对中学物理教学提出了明确要求:中学物理教学必须以学生发展为本,以物理学知识体系为载体,以学生创新精神和实践能力的培养为重点,以提高学生的科学素质为目标,逐步培养学生的学习能力和研究能力,最终达到全面提高素质,发展个性,形成特长的目的。

作为复习习题课,一要体现“教为主导,学为主体”的思想,引导学生主动探究;二要以题讲法,“题”“法”为用,知识、思维为体。四. 教学过程:

(一)新课引入(10分钟):

在物理学科内,电学与力学结合最紧密,电学知识又是与实际问题及现代科技联系最多的内容。在高考中,最复杂的题目往往是力电综合题。今天我们研究以带电粒子在电场中为模型的电学与力学的综合问题,运用的基本规律主要是力学部分的。解决好力电综合题目的关键:一是明确电学知识的基本概念、基本性质;二是正确应用力学的基本规律;三是迁移力学知识中灵活多变的方法。一. 电场中的基本概念、基本性质 1. 力的角度:电场力:F= Eq  F= kQ1Q2 / r2 电场强度:E= F/q  E= kQ/ r2  E=U/d 2. 能的角度:电势差:UAB= WAB /q    U=Ed

电场力做功:WAB = qUAB  W= Fscosθ 电势能: 功能关系: 二. 应用的主要力学规律 1. 力的瞬时作用:对物体(质点),牛顿第二定律F合=ma

2. 力的空间积累作用:对物体(质点),动能定理W总=ΔEk =E k2 –E k1;只有重力或系统内弹力做功时,机械能守恒定律E2=E1即Ek2+Ep2=Ek1+Ep1 3. 力的时间积累作用:对物体(质点),动量定理I合=Δp= p′-p;对系统所受外力的合力为零时,动量守恒定律m1v1′+m2v2′=m1v1+m2v2

(二)新课教学:

一. 基本解题思路 1. 认真审题,弄清题意。(前提) 2. 确定研究对象,受力分析、运动分析、做功分析、过程分析(不变量、变量、关联量)。(关键)
受力分析
运动分析
做功分析
过程分析

3. 明确解题途径,正确运用规律。(核心) 4. 回顾解题过程,分析解题结果。(保证)二. 解题的三条基本途径和优选策略(30分钟) 1. 力与运动的观点:受力分析、牛顿运动定律与运动学规律运动学规律:静止,匀速直线规律,匀变速直线运动规律,匀变速曲线运动规律(运动的合成与分解、平抛运动),圆周运动规律(以点电荷为圆心运动或受装置约束运动),带电粒子在交变电场中周期性运动及往复运动。 2. 能量的观点:动能定理、功能关系、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律

功能关系:(1) ,(2) ,一对滑动摩擦力对系统的总功为负 ,除重力或弹力以外只有滑动摩擦力做功时,绝对值 能量(机械能、电势能、内能)守恒的表达式:①初态和末态的总能量相等,即E初=E末;②某些形式的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量,即ΔE减=ΔE增;③各种形式的能量的增量的代数和为零,即ΔE1+ΔE2+…ΔEn=0。 3. 动量的观点:动量定理,动量守恒定律。注意矢量性,解题时先选取正方向。 4. 选用的一般策略 ①对多个物体组成的系统讨论,在具备守恒条件时优先考虑二个守恒定律;出现相对距离(或相对路程)时优先考虑功能关系。 ②对单个物体的讨论,宜用两个定理,涉及时间优先考虑动量定理,涉及位移优先考虑动能定理。 ③研究所受力的瞬时作用与物体运动状态的关系,涉及过程的细节(加速度),且受恒力作用时,考虑用牛顿运动定律和运动规律。非匀强电场一般不适用力与运动的观点这一途径,除了以点电荷为圆心的圆周运动。 ④两个定律和两个定理,只考查一个物理过程的始末两个状态,对中间过程不予以细究,这是它们的方便之处,特别是变力问题,充分显示出其优越性。有些题目可以用不同方法各自解决,有些题目得同时运用上述几种方法才能,三种观点不要绝对化。 5. 典型例题:

例1. 如图所示,电容器固定在一个绝缘座上,绝缘座放在光滑水平面上,平行板电容器板间的距离为d,右极板上有一小孔,通过孔有一左端固定在电容器左极板上的水平绝缘光滑细杆,电容器极板以及底座、绝缘杆总质量为M.给电容器充电后,有一质量为m的带正电小环恰套在杆上以某一初速度v0对准小孔向左运动,并从小孔进入电容器,设带电环不影响电容器板间电场分布.带电环进入电容器后距左板的最小距离为0.5d,试求:(1)带电环与左极板相距最近时的速度v;(2)此过程中电容器移动的距离s. (3)此过程中能量如何变化? 解析:(1)带电环进入电容器后在电场力的作用下做初速度为v0的匀减速直线运动,而电容器则在电场力的作用下做匀加速直线运动,当它们的速度相等时,带电环与电容器的左极板相距最近,由系统动量守恒定律可得:动量观点: 力与运动观点:设电场力为F (2)能量观点:对m:-Eq·(s+ )= mv2- mv02

对M:Eqs= Mv2-0 -Eq (m+M)v2- mv02 所以s= ·

运动学观点:对M: 对m:                  解得: 带电环与电容器的速度图象如图所示.由三角形面积可得: , , 解得:

-q

q

O

A

B

E

例2.(02全国理综)如图所示有三根长度皆为l=1.00 m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定在天花板上的 O点,另一端分别挂有质量皆为m=1.00× kg的带电小球A和B,它们的电量分别为一q和+q,q=1.00× C.A、B之间用第三根线连接起来.空间中存在大小为E=1.00×106N/C的匀强电场,场强方向沿水平向右,平衡时 A、B球的位置如图所示.现将O、B之间的线烧断,由于有空气阻力,A、B球最后会达到新的平衡位置.求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少.(不计两带电小球间相互作用的静电力)

点拨解疑:图(1)中虚线表示A、B球原来的平衡位置,实线表示烧断后重新达到平衡的位置,其中 分别表示OA、AB与竖直方向的夹角。A球受力如图(2)所示:重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向左;细线OA对A的拉力T1,方向如图;细线AB对A的拉力T2,方向如图。由平衡条件得 ①    

-q

q

O

A

B

E

图(4)
图 4
B球受力如图(3)所示:重力mg,竖直向下;电场力qE,水平向右;细线AB对B的拉力T2,方向如图。由平衡条件得

③    

联立以上各式并代入数据,得     ⑤    

如图甲所示,a、b两带电小球电荷量分别为q和-q,质量均为m.两球用丝线相连,a球又用丝线挂在O点.加一个向左的匀强电场,平衡后两线都拉紧,则两球所处位置可能是图乙中的

 

由此可知,A、B球重新达到平衡的位置如图(4)所示。与原来位置相比,A球的重力势能减少了  

B球的重力势能减少了      

A球的电势能增加了   WA=qElcos60°⑨

B球的电势能减少了    ⑩

两种势能总和减少了  代入数据解得       

(三)小结(5分钟)

画草图,想情景,选对象,建模型,分析状态和过程;找规律、列方程;检验结果行不行。

(四)布置作业。 1. 质量为m,电量为+q的小球以初速度v0以与水平方向成θ角射出,如图所示,如果在某方向加上一定大小的匀强电场后,能保证小球仍沿v0方向做直线运动,试求所加匀强电场的最小值,加了这个电场后,经多长时间速度变为零? 答案:t=
-

+

O

C

2. 已知如图,水平放置的平行金属板间有匀强电场。一根长l的绝缘细绳一端固定在O点,另一端系有质量为m并带有一定电荷的小球。小球原来静止在C点。当给小球一个水平冲量后,它可以在竖直面内绕O点做匀速圆周运动。若将两板间的电压增大为原来的3倍,求:要使小球从C点开始在竖直面内绕O点做圆周运动,至少要给小球多大的水平冲量?在这种情况下,在小球运动过程中细绳所受的最大拉力是多大?

答案:I= m ;F=12mg

五. 板书板图设计:

一. 电场中的基本概念、基本性质 1. 力的角度:电场力:F= Eq  F= kQ1Q2 / r2 电场强度:E= F/q  E= kQ/ r2  E=U/d 2. 能的角度:电势差:UAB= WAB /q    U=Ed

电场力做功:WAB = qUAB  W= Fscosθ 电势能: 功能关系:

二. 解题的三条基本途径和优选策略 1. 力与运动的观点:受力分析、牛顿运动定律与运动学规律运动学规律:静止,匀速直线规律,匀变速直线运动规律,匀变速曲线运动规律(运动的合成与分解、平抛运动),圆周运动规律(以点电荷为圆心运动或受装置约束运动),带电粒子在交变电场中周期性运动及往复运动。 2. 能量的观点:动能定理、功能关系、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律

功能关系:(1) ,(2) ,一对滑动摩擦力对系统的总功为负 ,除重力或弹力以外只有滑动摩擦力做功时,绝对值 能量(机械能、电势能、内能)守恒的表达式:①初态和末态的总能量相等,即E初=E末;②某些形式的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量,即ΔE减=ΔE增;③各种形式的能量的增量的代数和为零,即ΔE1+ΔE2+…ΔEn=0。 3. 动量的观点:动量定理,动量守恒定律。注意矢量性,解题时先选取正方向。

六. 总结在物理学科内,电学与力学结合最紧密,电学知识又是与实际问题及现代科技联系最多的内容。在高考中,最复杂的题目往往是力电综合题。今天我们研究以带电粒子在电场中为模型的电学与力学的综合问题,运用的基本规律主要是力学部分的。本节课关键:一是正确应用力学的基本规律;二是迁移力学知识中灵活多变的方法。

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