高中物理选修《带电粒子在电场中的运动》教学设计3

第九节带电粒子在电场中的运动三维目标知识与技能1.让学生掌握带电粒子在电场中做匀变速直线运动一类问题的解题技巧；2.让学生掌握带电粒子在电场中发生偏转时的基本规律；3.让学生掌握带电粒子在电场中发生偏转一类问题的基本解题技巧；4.让学生掌握示波管的基本原理。过程与方法1.由一般的匀变速直线运动过渡到带电粒子在电场中的匀变速直线运动，让学生学会知识的迁移；2.由一般的平抛运动过渡到一般的类平抛运动，再过渡到带电粒子在偏转电场中的类平抛运动，让学生掌握知识迁移的方法。21·cn·jy·com情感、态度和价值观通过一般匀变速直线运动与带电粒子在电场中的匀变速直线运动的联系，以及一般平抛运动与一般类平抛运动、带电粒子在偏转电场中的类平抛运动的联系，揭示世界是普遍联系在一起的唯物主义哲学观点。【来源：21cnj*y.co*m】教学重点1.带电粒子在电场中的匀变速直线运动；2.带电粒子在电场中的偏转——类平抛运动。教学难点带电粒子在电场中的偏转——类平抛运动教学方法讲解、提问、类比、练习课时安排1课时教学过程【新课导入】师：高一时，我们学习了匀变速直线运动和平抛运动。匀变速直线运动是受到一个方向与速度方向在一条直线上的恒力，但不确定恒力是什么力；平抛运动是受到一个方向与速度方向垂直的重力，这个重力也是恒力。那么，今天，我想问一下大家，匀变速直线运动中的恒力，能不能是什么具体的力，比如说匀强电场的电场力；平抛运动中重力，能不能改成其他的力，比如说改成匀强电场的电场力？【出处：21教育名师】生：（思考）师：这就是我们今天要讲的《带电粒子在电场中的运动》。【板书】第九节带电粒子在电场中的运动【新课教学】师：首先，告诉大家一个常识，就是基本带电粒子在一般情况下所受的重力远远小于它所受的静电力，所以，对于基本带电粒子在电场中运动的问题，一般忽略其重力，只考虑它所受的电场力。下面大家看下面几个问题：【版权所有：21教育】例1、一个质量为m的小球，在光滑的水平桌面上，受一恒力F作用，从静止开始运动，前进距离d，求其末速度为多大？21教育名师原创作品例2、如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U，两板间距d，两板间有一个带正电荷q的带电粒子，质量为m，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？（不考虑带电粒子的重力）21*cnjy*com师：大家看这两个问题，首先分析一下，这两个问题中质点所受到的力是否具有相同的特征？如果具有相同的特征，他们相同的特征是什么？生甲：具有相同的特征，他们相同的特征是都受到大小方向都不变的恒力。师：再分析一下，这两个问题中质点的运动特征是否相同？如果相同，那么他们都属于哪一类型的运动？生乙：运动特征相同，他们都是初速度为零的匀加速直线运动。师：既然如此，那么，这两个问题能不能用同一种方法解决呢？生丙：可以用同一种方法解决。师：请用同一种方法——动能定理的方法解决。生丁：总功w=Fd，动能增量为ΔEk=QUOTE12mv2-0,依据动能定理，有w=ΔEk,所以Fd=QUOTE12mv2-0,所以v=2Fdm.对于第二个问题，F=Eq,且E=Ud,所以F=qUd,代入v的结果中，最终v=2qU师：所以这两个问题是相通的，同时可以看出，具有相同特征的问题可以用相同或相类似的方法解决。当然，第二个问题也有自己的特点，那就是这个问题中的功也可以直接求出为w=qU,再利用w=ΔEk和ΔEk=QUOTE12mv2-0可得qU=QUOTE12mv2,所以v=2qUm.师：所以，带电粒子在电场中的做匀变速直线运动的问题，完全可以用常规的匀变速直线运动问题的解决方法来解决，只要注意：（1）F=Eq；（2）E=Ud；(3)【板书】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，注意：（1）F=Eq；（2）E=Ud；2.v=2qUm师：下面，我们再看这三个问题：例3.一物块，质量为m，以初速v0平抛，落地时，水平射程为L,下落高度h为多少？落地时竖直分速度vy末速度方向与初速度方向间的速度偏转角的正切为什么？例4.一物块，质量为m，在光滑水平面上以初速v0向东前进，与此同时受一向南的恒力F,运动到桌边时，向东前进了L,求：向南前进的距离h为多少？到桌边时向南的分速度vy（3）末速度方向与初速度方向间的速度偏转角的正切为什么？例5.一质子，质量为m，电量为q以初速v0从平行板电容器中央水平射入，平行板长为L,两板间电压为U,板间距为d.求：（1）质子射出两板间时，沿电场方向的偏移量h为多少？（2）射出时质子沿电场方向的分速度vy（3）射出时末速度方向与初速度方向间的速度偏转角的正切为什么？师：大家看这三个问题，首先分析一下，这三个问题中质点所受到的力是否具有相同的特征？如果具有相同的特征，他们相同的特征是什么？生甲：具有相同的特征，他们相同的特征是都受到大小方向都不变的恒力，且恒力方向都与初速度方向相垂直。师：再分析一下，这三个问题中质点的运动特征是否相同？如果相同，那么他们都属于哪一类型的运动？生乙：运动特征相同，他们都是平抛运动或与平抛运动具有相同特征的运动。师：这种运动特征与平抛运动相同的运动我们一般称为类平抛运动，所以，带电粒子在电场中的偏转运动的一种是类平抛运动。2·1·c·n·j·y师：那么，根据前面的结论，这三题的解法应是相同的或相似的。师：根据平抛运动的知识，他们相同或相似的解法是什么？生甲：在第一题中，t=Lv0，h=QUOTE12gt2，所以h=gL22v02；vy=gt，所以vy=gLv0；tanθ=gtv0，所以，；对于第二题，加速度不再是特殊的g，而是普通的a，且a=Fm，所以只需要将上一题中的g全部换成Fm就行了。即：h=FL22mv02，vy=FLmv0，tanθ=FLmv02；第三题中，与第二题不同的是力F为电场力师：下面我们总结一下这里可以得出的结论：带电粒子以垂直与匀强电场的初速度v0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。注意，相当于平抛运动中重力的是匀强电场的电场力，相当于重力加速度g的加速度是由匀强电场的电场力产生的加速度a=Fm=Eqm=在电场力方向的偏移量为h=末速度在电场力方向的分量为vy=qUL末速度与初速度方向的夹角的正切为tanθ=qUL【板书】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v0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，注意，相当于平抛运动中重力的是匀强电场的电场力，相当于重力加速度g的加速度是由匀强电场的电场力产生的加速度a=Fm=Eqm2.在电场力方向的偏移量为h=3.末速度在电场力方向的分量为vy=qUL4.末速度与初速度方向的夹角的正切为tanθ=qUL师：从前面这两大类问题的解题规律和技巧的得到过程，可以看出：这个世界有很多东西是普遍联系在一起的。那么刚才这些规律有什么运用呢？21·世纪*教育网师：建立在带电粒子在电场中的匀变速直线运动和带电粒子在电场中的偏转这两类问题为基础的原理上的一种实验仪器是示波管或称示波器。这是这些规律的一种运用。下面我们来看看它。www-2-1-cnjy-com师：如图甲，是示波器的原理图。师：在电子枪中，是一个加速电场，即让电子以为零的初速做匀加速直线运动，从而进入偏转电极之间时有一个初速v0.而X-和Y-两个偏转电极中，实际上是水平方向和竖直方向两个偏转电场，可以让电子在其中发生水平方向和竖直方向的偏转，也就是做水平方向和竖直方向的类平抛运动。如果，没有两个偏转电场，则电子将沿直线打到荧光屏上的中心O点。当有X-方向的偏转电场时，且X-电极接正向电压，由于X高电势，电子将向X方向偏移，打在荧光屏上的位置就会向X方向偏移；如果X-电极接负向电压，由于高电势，电子将向方向偏移，打在荧光屏上的位置就会向方向偏移。当有Y-方向的偏转电场时，且Y-电极接正向电压，由于Y高电势，电子将向Y方向偏移，打在荧光屏上的位置就会向Y方向偏移；如果Y-电极接负向电压，由于高电势，电子将向方向偏移，打在荧光屏上的位置就会向方向偏移。电子打在哪个地方，那个地方就会出现一个亮斑。所以电子打在荧光屏上的位置发生移动，亮斑就会相应的移动，从而形成相应的图像。2-1-c-n-j-y师：示波器上一般有两个信号输入端口，一个X-输入，一般接仪器自身锯齿状扫描电压，如上图中的丙所示；另一个是Y-输入，一般外接要显示波形的信号源电压，比如要显示正弦交流电的波形，就接正弦交流电压，如上图中的乙所示。21*cnjy*com师：下面我们用描点作图法解说一下正弦交流电压波形是如何显示出来的。师：（用描点作图法，在黑板上描点作图，解释示波器如何显示正弦交流电压波形。）【板书】示波器的原理师：（带领学生回顾本节重点）布置作业课本问题与练习第1、2、3、4题板书设计第九节带电粒子在电场中的运动一．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，注意：（1）F=Eq；（2）E=Ud；2.v=2qUm二