吴琼英
（云南省曲靖市第二中学，云南 曲靖 655000）
摘要：以学科核心素养为目标，从期望学生“学会什么”出发，创设问题情境，将任务按层次分解，通过思维引导学生在合作探究中建构物理模型，将“带电粒子在电场中的运动”的素养目标落实在学生“何以学会”的过程中.
关键词：核心素养学历案带电粒子加速偏转示波管
1引言
传统教案注重教师立场，以“教了”为设计主线，忽视了学生有没有“学会”.普通高中教育的培养目标从三维目标转向发展核心素养，核心素养体系的建立引导教学模式变革，教学方案有必要向学生主体、关注“如何学会”的学之案转变，我们需要建立与学生学科核心素养的发展和培育相适配的教学模式.
华东师大课程与教学设计研究所所长崔允漷教授及其团队建构“学历案”.学历案是指教师在班级教学的背景下，基于学生立场，围绕某一相对独立的学习单元，对学生学习过程进行专业化预设的方案.这样的设计以学生为主体，教师为主导，师生共同完成教学任务，优化了教师的“教”，促进了学生的“学”，实现学生在课堂情境中最大化地“在学习”、“真学习”.
2学历案的呈现与评估
2.1学习主题
带电粒子在电场中的运动.新人教版高中《物理》(必修第三册)第十章第5节44-49页.2课时.
2.2课标要求
能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象.
2.3学习目标
(1)会从运动和力的关系、功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题，总结加速问题的解决方法.
(2)知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行定性分析和定量计算，体会自然规律的多样性和统一性.
(3)解决带电粒子在电场中加速和偏转的问题，加深对从牛顿运动定律和功能关系两个角度分析物体运动的认识，学会应用“化曲为直”的思想.
(4)通过教师的演示实验，能从物理思维方法的角度了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响.
2.4评估任务
(1)说出带电粒子在电场中的受力情况、运动情况和能量关系，分享带电粒子在电场中加速问题的解决方法.(检测目标1)
(2)小组合作，运用猜想、类比、分析和综合等方法对带电粒子在电场中的运动规律进行理论探究，得出带电粒子在电场中偏转的偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量的表达式，并能解决实际问题.(检测目标2、3)
(3)通过教师演示实验和引导，分析示波管的工作原理和粒子加速器，感受物理就在身边.(检测目标4)
2.5学法建议
(1)“带电粒子在电场中的运动”汇集了带电粒子运动与静电力的制约关系、系统电势能与机械能的转化问题，教学内容的梯度明显，对力学和电学的综合应用逐渐提高.
(2)围绕不同核心概念分析带电粒子的加速与偏转问题是本节的重点和难点，从运动和力的关系的角度、功和能量变化的关系的角度分析问题的方法是解决问题的基础.掌握分析此类问题的方法，而不是死记硬背公式.类比平抛运动的研究方法和规律构建类平抛模型.
(3)本节内容与现代科技联系较多，课后尝试分析与内容相关的高科技仪器的基本原理，达到学以致用.
2.6学习过程
2.6.1课前准备
1.复习思考问题：
(1)动能定理的表达式是什么？
(2)曲线运动的研究方法是什么？
(3)平抛运动的结论和推论是什么？
(4)静电力做功的计算方法有哪些？
(5)根据教材36页本章第3节例题，由于带电粒子在电场中受到的静电力远大于重力，处理粒子的力与运动关系时重力可忽略不计.请同学们思考：电场中的带电粒子在什么情况下可以不考虑重力？
师生活动：学生结合自己实际回顾问题(1)—(5)，教师总结(5)的结论：①带电的基本粒子：如电子、质子、α粒子、正负离子等.这些粒子所受重力和电场力相比小得多，重力可忽略不计（但并不能忽略质量）。②带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等.除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力.使学生知道在分析物理问题时，学会抓住问题的主要因素，忽略次要因素，培养严谨的分析态度.
环节评估：复习旧知，检查学生对本节所需知识的储备情况，及时调整教学思路。问题(5)的提出，使学生知道在分析物理问题时，学会抓住问题的主要因素，忽略次要因素，培养严谨的分析态度.
2.问题引入：
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。
图1展示了一台医用电子直线加速器.
电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？
图1
带电粒子在电场中受到静电力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化.利用电场使带电粒子加速的具体应用有哪些呢？本节课我们就以匀强电场为例来研究这个问题.
2.6.2课中学习
一、带电粒子在电场中的加速
问题：图2所示为直线加速器的示意图.平行金属板加上恒定电压U，质量为m、电荷量为+q的带电粒子从A板由静止释放.求粒子到达B板的速度大小.
图2
(1)带电粒子在电场中受力情况如何？做什么运动？
(2)设两极板间的距离为d，加速度为多大？
(3)粒子到达B板的速度为多大？
(4)静电力对带电粒子做的功为多大？
(5)粒子到达B板的动能为多大？速度为多大？
方法渗透：理解运动规律，学会求解方法，不去死记结论.
(6)解决带电粒子做匀加速运动问题的思路有哪些？
答：解决带电粒子做匀加速运动问题的思路有两种：一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析；另一种是利用静电力做功结合动能定理来分析.
(7)如果加速电场是非匀强电场，如图3所示，U、d不变，带电粒子是电子，带电量为e，质量为m，电子到达B板的动能为多大？速度为多大？
图3
(8)结合牛顿第二定律及动能定理中的做功条件(适用于恒定电场做的功，适用于任何电场做的功),讨论应用动能定理解决带电粒子在电场中的加速问题有什么优越性？
答：当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用牛顿第二定律结合运动学来分析；当问题只涉及位移、速率等动能定理中的物理量或非匀强电场情景时，适合应用动能定理来分析.综上，利用静电力做功结合动能定理来分析的方法可行性更高，应用范围更广.
学生活动：思考讨论、列式推导，完成问题(1)——(8)，与其他组分享成果.
环节评估：设置问题，由易到难，教师引导、补充学生所答，让学生经历分析过程，逐步掌握带电粒子在电场中的加速问题的两种分析方法，体会运用动能定理分析问题的优越性，建构知识体系.
学习测评
1.教材第44页[例题1]
环节评估：学习测评展示的是多级加速器，教师引导学生分析多级加速器的原理，让学生知道获得高能粒子的方法，进一步体会带电粒子在电场中的运动在科技中的应用.
二、带电粒子在电场中的偏转
1.问题情境：演示实验——带电液滴在电场中偏转
打开输液开关，盐水竖直下落.利用手摇发电机使流动的盐水和平行金属板带电后，在水平方向形成匀强电场，如图4所示，分析液滴在电场中的运动.实验中改变液滴的带电性质重复实验.
图4演示实验装置
(1)带电粒子(液滴)在电场中的运动轨迹如何？粒子做什么运动？
(2)选择粒子的一种带电性质，画出带电粒子进入电场时的初速度与受力示意图，分析这个运动与我们学过的哪种运动相似？分析处理这类运动的方法是什么？(不考虑粒子的重力)
环节评估：实验室里可以利用阴极射线管演示电子射线在电场作用下的偏转，但电子在电场中的偏转运动极快不易观察体验.通过自制演示实验，让学生直接观察到不同电性的带电粒子在电场中的偏转运动，将运动与学过的平抛运动类比，掌握分析运动的处理方法.
2.深入探究：
如图5所示，质量为m、电荷量为+q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两平行金属板间，两极板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知两板间的电压为U，距离为d，板长为l，粒子重力不计.
图5
(1)求粒子射出电场时沿电场方向偏移的距离y.
引导分析：回答下列问题
①粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性质的运动？
②粒子在电场中运动的时间t是多少？
③粒子射出电场时沿电场方向偏移的距离y是多少？
(2)求粒子射出电场时的速度大小.
引导分析：回答下列问题
①怎样求粒子射出电场时的速度大小？
②组织交流：有几种方法求粒子飞出电场时的速度大小？
③用动能定理求粒子射出电场时的速度大小时，怎样求静电力做的功？
④分别用牛顿运动定律和功能关系求出粒子飞出电场时的速度大小.
⑤比较利用牛顿运动定律和功能关系解决问题的不同点.
⑥请你谈谈粒子偏转过程中能量的转化情况.
(3)求粒子射出电场时速度相对入射方向偏转的角度θ的正切值tanθ.
(4)粒子射出电场时速度偏转角和位移偏向角有什么关系？
(5)粒子离开电场后做什么运动？
师生活动：学生结合所学知识，自主分析推导，逐层分析带电粒子在电场中的偏转问题.教师随机参与小组讨论，并将学生成果进行展示，让其他学生参与点评，给予鼓励和赞扬.学生分组完成后教师用多媒体课件展示示范：带电粒子在电场中的偏转的性质和规律.
(1)运动性质：合运动类似于平抛运动.
①沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动.
②垂直v0方向：初速度为0，加速度的匀加速直线运动.
(2)运动规律：
①偏移距离y：因，
得
②出电场时速度v的大小：
法一：运用牛顿运动定律
由平抛运动规律得：，
，
法二：运用功能关系
由动能定理得
(求静电力做的功是易错点)
(3)出电场时速度偏转角的正切值tanθ：
(4)粒子出电场时速度偏转角θ和位移偏向角α的关系：
得tanθ=2tanα
(5)粒子离开电场后，不受力，做匀速直线运动.
环节评估：学生在问题引导下分析粒子在电场中的偏转问题，逐步掌握解决问题的两种分析方法，突出用能量观点解决问题的优越性，强化运动与相互作用观、能量观，建构类平抛运动模型.
学习测评
2.教材第46页[例题2]
环节评估：通过例题让学生强化对知识的理解，体验此类问题的分析过程，掌握解决问题的方法，建构物理模型，而不是死记硬背结论.
三、示波管的原理
带电粒子的加速和偏转是生活中一些仪器的基本原理，比如示波器，一种可以用来观察电信号随时间变化情况的仪器，其核心部件是示波管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空.教师向学生展示示波器实物，演示操作.结合图6，师生初步分析示波管的原理.如何得到荧光屏上对应电信号的图像将在下一课时进行分析.
图6示波管原理图
2.6.3课后检测
教材第49页“练习与应用”第1~6题.
2.7学后反思
(1)通过本节课学习，请你回顾本课中3个探究课题：带电粒子在电场中的加速、带电粒子在电场中的偏转、示波管的原理.你根据这样逐步深入学习物理的安排对于今后的学习有什么启发，写下你的感受.
(2)学习测评中，你是否出错，为什么错，哪里没有学会？
(3)关于本课学习的带电粒子在电场中的运动，你有什么心得和疑惑要与老师、同学交流？
(4)对于教师自制演示实验，带电粒子在电场中的偏转，考虑粒子重力的情况，你会用本节课学过的方法分析粒子的运动吗？
[参考文献]
［1］尤小平，崔允漷.学历案与深度学习[M].上海：华东师范大学出版社，2017