《带电粒子在匀强电场中的运动》教案

1、带电粒子在匀强电场中的运动教案【教材分析】1 . 教学内容带电粒子在电场中的运动是高二学习了基础教材电场、电势差、电场力做功与电势能等内容之后再学习的拓展内容。2 通过本章节的学习，进一步理解力与运动、功与能的关系。把电场概念与运动学、力学联系起来，学习运用运动的合成与分解、牛顿定律、动能定理解题，提高分析问题的能力、综合能力、用数学方法解决物理问题的能力。【学情分析】带电粒子在场中的运动（重力场、电场）问题，由于涉及的知识点众多，要求的综合能力较高，因而是历年来高考的热点内容，这里需要将几个基本的运动，即直线运动中的加速、减速、往返运动，曲线运动中的平抛运动、圆周运动、匀速圆周运动进行综合巩

2、固和加深，同时需要将力学基本定律，即牛顿第二定律、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律等进行综合运用。【教学目标】（ 1）知识与技能1 理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理。2 能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中加速和偏转。（ 2）过程与方法1 分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。2 分析如何利用电场使带电粒子速度方向改变而发生偏转。3 体验类比平抛运动，运用分解的方法处理曲线运动。4 归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。（ 3）情感、态度和价值观1 感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点。2 进一步养成科学思维的方法。【重点、难点】1. 教学

3、重点初速度为零时，粒子沿场强方向做匀加速直线运动；垂直于场强方向入射时，粒子的运动为类平抛运动。2. 教学难点带电粒子在电场中加速偏转综合问题的计算，具体应用相关物理量的大小关系。【教学准备】多媒体课件.【教学方法】讲授法、归纳法、互动探究法【课时安排】二课时【教学过程】（一）情景导入、展示目标带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度，使其原有速度发生 变化.在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒子的 运动。具体应用有哪些呢？本节课我们来研究这个问题.以匀强电场为例。（二）新课教学1 .带电粒子在电场中的平衡若带电粒子在电场中所受合力为零时， 粒子将保持静止状态或匀速直

4、线运动状。+ + + + +萩T mg如图所示，带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负 电？根据不同的已知条件，你能求出哪些物理量？分析：带电粒子处于静止状态，则有：qE mg= 0因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。根据不同的已知条件，可求出电荷量 q,电场强度E,极板间距d,电势差U2 .带电粒子的加速如图所示，在真空中有一对平行金属板，极板间的距离为 d,两板间加以电 压U。两板间有一个质量为m带正电荷q的带电粒子，它在电场力的作用下，由 静止开始从正极板向负极板运动，求到达负极板时的速度。方法一：根据动力学和运动学方法求

5、解平行金属板间的场强：E=Ud带电粒子受到的电场力：F=qE=叫d带电粒子的加速度：a= F= qUm md带电粒子从正极板运动到负极板做初速度为零的匀加速直线运动，设到达负极板的速度为v,根据运动学公式有：v2= 2ad（点评：动力学和运动学方法只适用于匀强电场） 方法二：根据动能定理求解带电粒子在运动过程中，电场力所做的是W= qU设带电粒子到达负极板时的速率为 v,其动能为L 12Ek= mv22由动能定理可知qU= m mv2于是求出2qU（点评：根据动能定理求解，过程简捷。不仅适用于匀强电场，同样适用于 两金属板是其它形状，中间的电场不是匀强电场的情况 ）【例题11炽热的金属丝可以发

6、射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压 U= 2500V（如图），发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电 子穿出时的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。电子质量m =0.91 x 10 30kg,电子的电荷量 e= 1.6X 10 19CO解析：电荷量为e的电子从金属丝移到到金属板，两处的电势差为U,电势能的减少量是eUo减少的电势能全部转化为电子的动能，所以qU= mv2 2解出速率v并把数值代入，得v=qU =3.0X 107m/s。三、带电粒子的偏转问题：如何利用电场使带电粒子偏转呢？结论：要使带电粒子偏转，即速度方向发生变化，必须使粒子的加速度方向 与速度方向之

7、间有一夹角。其中最简单的就是加速度方向与速度方向垂直的情 况。下面就讨论这种情况。如图所示，在真空中水平放置一对金属板 Y和Y',板间距离为d,在两板间加以电压U。现有一质量为 m电荷量为q的带电粒子以水平速度 v。射入电yat1 22qUl222mdv0Vx= V0Vy= V，=at=型色mdv0V= vx + v；=vh(ML)2 mdv0 V口V0场中，问题讨论：(1)分析带电粒子的受力情况。(2)你认为这种情况同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么？(3)你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗 ？深入探究：设电荷带电荷量为q,平行板长为L,两板间距为d,电势差为U,初速

8、为v0. 试求：(1)粒子受力情况分析。(2)带电粒子在电场中运动的时间(3)粒子运动的加速度。(4)粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。(5)粒子在离开电场时竖直方向的分速度。(6)粒子在离开电场时的速度大小。(7)粒子在开电场时的偏转角度8。粒子受电场力，力的方向和初速度的方向垂直带电粒子飞过电场的时间t= LV0l = V0tc f qua=m md5.带电粒子离开电场时的偏角tanVyqUl一I 2Vo mdv0(j)= arctan 哈 tmdvo讨论：位移和水平方向的夹角？ tany quir t -2l 2mdv0所以 tan 2tan可以证明：将带电粒子的速度方向反向延长后交

9、于极板中线上的中点三、示波管的原理1 .示波器用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管。2 .示波管的构造及作用刚才我们讨论了带电粒子在电场中的加速和偏转，那么，有什么实际意义 呢？示波管就是利用带电粒子在电场中的加速和偏转规律制成的。示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成如图所示(1)电子枪发射并加速电子。(2)偏转电极YY0使电子束竖直偏转(加信号电压)；XX 0使电子束水平偏转(加扫描电压)。(3)荧光屏3.原理利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等， 灵敏、直观 地显示出电信号随时间变化的图线。YY钠作用：被电子枪加速的电子在 YY配场中做匀变速曲线运动，出

10、电场 后做匀速直线运动，最后打到荧光屏上。由 Y = -qLy(x+ L)U , Y与 U 成正比。 mdv02XX箱作用：加扫描电压后，将不同时刻电子的水平位置错开。如果在偏转电极XX。YY吃问都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直 线传播，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。示波管的YY%转电极上加的是待显示的信号电压，这个电压是周期性的。XX编转电极通常接入仪器自身产生的锯齿开电压， 叫做扫描电压。如果信号电 压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同， 就可以在荧光屏上得到待 测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象了。加正弦交变电压，显示正弦曲线。当扫描电压和信号电压的周期相同时， 荧 光屏上将出现稳定的波形。【板书设计】、带电粒子在电厂中的平衡 qE m驴0、带电粒子在电场中做匀变速直线运动1 .用常规的匀变速直线运动问题的解决方法来解决 （适用于匀强电场）2 .能量观点：（适用于任何电厂）二、带电粒子在电场中的偏转1 .带电粒子以垂直与匀强电场的初速度 均射入匀强电场中的偏转运动是类平抛运动，可以用与平抛运动相似的规律和方法解题产生的加速度a= F= qUm md22 .在电场力方向的偏移量为y 1at2 -qUL22mdv23 .末速度在电场力方向的分量为 vy = v± = at= qU