带电粒子在匀强电场中的运动

带电粒子在匀强电场中的运动教案安徽省庐江二中束义福一、 教学目的A、知识方面：知道利用匀强电场可能使带电粒子加速和偏转；了解本节知识在实际中的应用。8、学科思想方面1、 渗透物理原方法的教育，运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不计粒子重力。2、 掌握分析和解决带电粒子在电场中运动问题的思想和方法。C、能力方面：1、 培养综合运用力学和电学知识分析和解决问题的能力。2、 通过知识的发散培养创新能力。二、 教学重、难点带电粒子在电场中加速、偏转时的受力和运动情况分析是重点。带电粒子偏转运动情况分析是难点。三、 教学设想与方法学生活动——掌握解决带电粒子加速、偏转问题的方法实验——引课，认识在偏转电场中带电粒子运动的情况学生自学——课本例题，加深理解四、 教学内容和过程（一）引入新课［演示］利用示波器产生动态的正弦图形，指出这是电子经电场加速后又在两个相互垂直的电场作用下偏转的结果激发兴趣。［指出］ 带电粒子：一般重力可忽略不计的微观粒子。如：电子、质子、原子核、离子等。用电场使带电粒子加速和偏转在电子技术（示波器）和高能物理中有重要作用（北京正负电子对撞机）。（二）进行新课［板书］九、带电粒子在匀强电场中的运动1、带电粒子的加速（1）匀强电场中的加速问题［问题］在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压u，两板间有一个带正电荷q的带电粒子，它在电场力的作用下，由静止开始从正极向负极运动，到达负极时的速度多大？（学生活动后总结）运用运动学和动力学方法求解：FqUTOC\o"1-5"\h\z-电场力恒定F=qE=qu/d,a=—=击, 口hu|2ad=V2 厂^V=J2qU/— + .q -运用能量的观点求解： —.:W电=AEk，qu=lmv2••V=.、：2qU/m学生比较两种方法哪种简便。如果带电粒子在非匀强电场中加速时，能用哪种方法？学生自学P113例1后总结。［板书］（2）非匀强电场中的加速问题：qU=^EK=jmv2~2mv（2［问题］①当U一定时，v由什么决定：（q--比荷或荷质比）m②对带电粒子加速要获得较大速度怎么办：（学生讨论提出解决办法之 多级加速器）（3）多级加速器［投影］如图金属筒内无电场，带电粒子每经过相邻两金属筒的缝隙便被加速。

以上带电粒子在电场受到电场力与V0在同一直线上（或原来静止），若V与电场力不在同一直线上呢？00［板书］2、电粒子在匀强电场中的偏转［投影］带电量为一q的粒子，质量为m，重力不计，以V0速度垂直进入匀强电场，二级板间电压为U,板长L二极板间距离为d。［问题］带电粒子运动轨迹怎样？（学生猜想）—十W［启发］启发引导学生类比联想，ZF=0,V±E,£_寸 I类似平抛运动） ：— J［演示］以证实学生的猜想［分析］受力情况：水平方向：不受力作用（忽略粒子重力这一次要因素）竖直方向：只受电场力作用且F电LV0运动情况：水平方向——匀速运动（V0）竖直方向——初速度为0的匀加速运动①飞出电场时间t,速度V时间①飞出电场时间t,速度V时间：速度：L叫户'=立V丁ata=^q=皿nV=xiqL V="2+v2②穿过电场而不打在极板上，侧移②穿过电场而不打在极板上，侧移y/位移广L=V0广L=V0tny=uqL2mdV2位移：1S=山2+y2taQ=y/3、末速度V与初速度V0的夹角偏向角①偏向角严①JVy=atL=Vt<_Uqa=~mdUqLLntg々=mdv0+arctan UqL中= -2十 mdv20侧移：<y=2at2Eq=UqLa=mmd［总结与讨论］用运动的合成与分解观点解决问题一一类似平抛运动若某一确定的粒子在初速度V。一定时，打在屏上的位置与什么有关？（U越大，偏转y越大）、 、 、、 mv2d2当U=?，粒子飞不出电场？（U，艾厂）当U一定时，对不同速度的粒子，y不同一当虬较小时»d/2,则不能飞出电场——对不同速度的粒子有筛选性（分束）。偏转角中很重要，tan々=-qB，OB=lOM— 。这说明什么？（粒子好象是从入射线中点O直接射出一样）。带电粒子飞出电场后怎样运动？——匀速直线运动。♦⑤若U在一U0WUWU0范围内变化，在荧光屏会看到什么？（亮斑在光屏上沿竖直线匀速扫过）（三）巩固提高（1） 学生自学课本P114例2。提醒：不要死记公式，要掌握方法各量单位要统一。 ——一二—（2） 例题：如图，质量为m的带电粒子，以 I想，’初速度v0进入电场后沿直线运动到上极。 二凫 （1）物体做什么运动？（2）电场力做功多少？（3）带电体的电性？解析：物体做直线运动，ZF应与v。在同一直线上。对物体进行受力分析，若忽略mg,则物体只受qE,方向不可能与vo在同一直线上，所以不能忽略mg。同理电场力qE应等于mg,否则合外力也不可能与v。在同一直线上。所以物体所受合外力为零，应做匀速直线运动。电场力做功等于重力功，即W^=mgd.电场力与重力方向相反，应竖直向上。又因为电场强度方向向下，所以物体应带负电。♦思考：能不能求出电场强度？（•.•qEd=mgd，可得E=mg/q）（四）布置作业▲作业：预习《示波管原理》P116练习八（1）、（2）、（3）、（4）。▲思考讨论：1、下列粒子从初速为零的状态经加速电压为u的电场后，哪种粒子速度最大？（）A、质子B、氘核C、a粒子（氦核）D、钠离子Na+2、初速度为0,质量为m,电量为q的正'j[| ||离由静止被电压为U的加速电场加速后，垂fqI直电场方向射入电压为U2的偏转电场并射出，||ZZZZ2^求其射出电场时偏离入射方向的偏转距离y和偏转角度？，并说明这两个公式的物理含义（y二冷,tan中=牛均与q、m无关）。4du 2du五、板书设计： 1 1九、带电粒子在匀强电场中的运动1、 带电粒子的加速⑴匀速电场中的加速问题V*2qU/m（2） 非匀强电场中的加速问题：qU=AEK=2mv2~志mv2。（3） 多级加速器。2、 带电粒子在匀强电场中的偏转飞出时间：ULV0 “ 速度：七=竺折，件\咋+匕2位移：S=：x2+y2,tanQ=y/L=UqL侧移：广2at22mdV2偏向角：tg①=台=勾V0 mV02d课后记几点说明：带电粒子在电场中加速、偏转是电学中的一个在现代科学实验设备、技术设备中很广泛应用的知识，关于加速、偏转的不少问题，实际上就是某种设备部件的工作原理，如加速器、偏转电极等，同时，在以后处理带电粒子在磁场中的运动问题，方法上有很多相同之处。所以，本节内容是很重要的知识点。这一点要开宗明义地向学生讲清，使学生认识到位，重视到位。本节内容是力学和电学的综合知识，有一定的综合性，教学中启发学生有意联想、类比，回顾平抛运动规律，这样就可以顺畅地、自然进行知识的对接和迁移，寓培养学生的类比思维和知识迁移能力于具体问题教学中。教学中设计了几个实验，其目的是让学生加深了解，避免只抽象的讲解理论，同时也提高学生的学习兴趣。两次安排适当的时间给学生自学、自解例题，一方面培养学生自学能力，另一方面教师可通过反馈及时进行教学调整。不管是对加速还是偏转过程的分析，都是应用已熟悉的知识和方法，一般地过程的本身计算并不复杂，而由这些过程组合成的问题，则可以组成不同层次的题目，既可以是基础性的，也可以是综合性的，而且可以很好地训练学生分析解决问题的能力，在教学中重点是讲清讲透速度、侧移、偏向角后设计了总结与讨论，旨在巩固理解新知识和开拓学生的思维空间，一方面为后继课程准备，另一方面是对学生创新能力的一种培养，但要循序渐进，避免难度过大。教学中突出了过程分析和基本量的推导，又设计了适度的总结与