高三物理备课组主题式公开课教案

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课题：应用力学规律解决电场相关的运动与能量问题

授课：马驰 日期：2005.11.29

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。 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。

教学过程

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 UAB A B U=Ed

电场力做功：WAB = qUAB W= Fscosθ

电势能：E q

功能关系：WAB E E A E B

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

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统所受外力的合力为零时，动量守恒定律m1v1′+m2v2′=m1v1+m2v2

三. 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）

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）

四. 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）WG EPG，WN EPN，WE E ，

（2）WGN外 E机，一对滑动摩擦力对系统的总功为负 Ffs相，除重力或弹力以外只有滑动摩擦力做功时，绝对值Ffs相 E机损 Q

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。

例3. 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,

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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：

mv0 (M m)v，v mv0 M m

力与运动观点：设电场力为F

v0 mv0FF t t v，v mMM m

11d）＝mv２－mv0２ 222（2）能量观点： 对m：－Eq·（ｓ＋

对M：Eqs＝1２Mv－0 2

1d1－Eq＝（m＋M）v２－mv0２ 222

md所以ｓ＝· M m2

运动学观点：

对M：vt s 2

对m:v v0md t s 解得：s 2(M m)2

d 2s s

带电环与电容器的速度图象如图所示.由三角形面积可得：

d11 v0t0, s

vt0, 222

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解得：s md 2(M m)

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 …… 此处隐藏：8036字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……