高中物理第一章第9节带电粒子在电场中的运动教案

PAGEPAGE89带电粒子在电场中的运动本节分析在前面学习静电场性质的基础上，本节学习处理带电粒子在电场中运动的问题．本节内容主要培育学生综合应用力学学问和电学学问的实力．内容由“带电粒子的加速”“带电粒子的偏转”“示波管的原理”三部分组成．这样支配学习内容梯度非常明显，也符合学生的认知规律．由于力学与电学的综合程度渐渐提高，学生学习出现一些困难也属正常现象．老师应当帮助学生铺设合理的台阶，逐步提高他们的综合分析实力．教材是通过例题的形式来探讨带电粒子的加速和偏转问题的．这样的处理可以避开出现“加速度公式、位移公式、速度公式、偏转角公式”等，因为记忆这些公式不仅加重学生负担，更会严峻冲击学生探讨问题时的物理意识．示波管原理部分不仅对力学、电学学问的综合实力的要求较高，而且要求有肯定的空间想象实力．为此，教材第36页“思索与探讨”栏目中设计了四个问题，事实上是设置了四个台阶．教学中要按部就班，给学生足够的思索空间．教材中带电粒子做匀加速运动，但没有用匀加速运动的公式来处理，而是用动能定理来处理．这是因为在电场中应用动能定理有特殊的优越性（静电力做功与路径无关）．学情分析1．学生处理带电粒子在电场中运动的问题时，经常因“重力是否可以忽视”这一问题感到迷茫．老师处理这个问题时，要给学生总结归纳．2．带电粒子的偏转教材给出了电子垂直电场线方向射入匀强电场的情景．由于静电力方向与电子的初速度方向垂直，且静电力是恒力，所以学生可以据此判定电子只能做匀变速曲线运动，进而思索，用什么样的方法分析处理此类曲线运动的问题．3．示波管的原理学生没有依据沙摆试验得到振动曲线的基础，且本节也不宜用三角函数引入，因而本部分内容的学习难度较大，所以应当依据限制变量的思想逐步推动．教学目标eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))学问与技能（1）学习运用静电力、电场强度等概念探讨带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的改变．（2）综合运用静电力做功、电势差、等势面等概念探讨带电粒子在电场中运动时的能量转化．（3）了解示波管原理，并会分析简洁现象．eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(●))过程与方法运用运动分解的方法，经验计算推导过程，培育学生的分析实力、抽象思维的实力和综合实力．情感、看法与价值观了解示波管的工作原理，体会静电场学问对科学技术的影响．教学重难点重点：带电粒子在电场中的偏转．难点：示波管原理．教学方法类比法、推导公式法、探讨法．教学打算多媒体协助教学设备．教学过程设计主要教学过程教学设计老师活动学生活动一、引入新课【学问回顾】1.牛顿其次定律的公式是F＝ma2.动能定理的表达式是ΔW＝ΔEk3.解决平抛这类曲线运动的方法是：将运动分解为一个水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动水平方向：x＝v0t竖直方向：h＝eq\f(1,2)at2速度偏转角度tanα＝eq\f(vy,v0)4.静电力做功的计算方法恒力（匀强电场）：W＝qEd随意状况：W＝qU（设计意图：回顾相关力学、电学学问，为综合计算打下基础．）【学问打算】电场中的带电粒子在什么状况下不考虑重力？自主学习，建议提前完成.二、自主学习带电粒子受力状况分析1.只有在带电粒子的重力远小于静电力时，粒子的重力才可以忽视；2.一般来说，微观带电粒子如电子、质子、离子等除有说明或有明示外，处理问题时均不计重力；而带电的液滴、小球等除有说明或其他明示外，处理问题时均应当考虑重力.阅读教材，得出结论.三、新课教学（一）带电粒子的加速【思索】带电粒子做加速或减速直线运动的条件是什么？【例1】如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U，两板的间距为d.两板间有一质量为m，带正电荷q的带电粒子．它在电场力的作用下，由静止起先从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？（不考虑粒子的重力）eq\x(\b\lc\(\a\vs4\al\co1(运用能量学问求解,Uq＝\f(1,2)mv2,v＝\r(\f(2Uq,m)))))eq\x(\b\lc\(\a\vs4\al\co1(运用运动学学问求解,U＝Ed,Eq＝mav＝\r(\f(2Uq,m)),2ad＝v2)))【思维拓展】假如进入电场的速度为v0，其最终射出电场的速度为多大？【思索探讨】上述问题中，假如在非匀强电场中该用何种方法求解？上面的方法是否仍旧适用？为什么？（设计意图：通过各种变式探讨，使学生知道公式与情景的对应关系，并且了解这类问题无非是新情景下的力学问题．）【尝试练习】炙热的金属丝可以放射电子如图所示．在金属丝和金属板间加以电压U＝2500V，放射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出．电子穿出时的速度有多大？设电子刚离开金属丝时的速度为零．（m＝0.9×10－30kg，e＝1.6×10－19C）解：依据动能定理得：eU＝eq\f(1,2)mv2－0，将U＝2500V，m＝0.9×10－30kg，e＝1.6×10－19C代入方程得v≈3.0×107m/s学生用两种方法求解.探讨分析.训练数值运算.（二）带电粒子在匀强电场中的偏转【例2】如图所示，质量为m、带电量为q的正粒子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，穿出电场．匀强电场的两板间距为d，电势差为U，板长为l（粒子不计重力）.1.问题探讨（1）q的受力大小和方向怎样？（2）垂直电场和平行电场方向的运动性质怎样？（3）与学过的哪种运动形式类似？2.深化探究：设两极板间电荷带电荷量为q，质量为m，平行板长为l，两板间距为d，电势差为U，初速度为v0.试求：（1）平行电场方向的加速度；（2）平行电场方向的运动时间；（3）粒子射出时，平行于电场方向的速度；（4）粒子射出时的偏移距离和偏转方向.解析：（1）平行电场方向的加速度：a＝eq\f(qU,md)（2）垂直电场方向的运动时间：t＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,v0)))（3）平行于电场方向的速度：vy＝eq\f(qUl,mdv0)（4）偏移距离：y＝eq\f(qU,2md)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,v0)))eq\s\up12(2)偏转角：tanθ＝eq\f(vy,vx)＝eq\f(qUl,md)veq\o\al(2,0)（设计意图：假如让学生一下面对偏转整个问题，会因思维长度大而感到困难．现把它分解为几个小步骤，则便于自主学习，解决问题．）【尝试练习】如图所示，两个相同极板Y与Y′的长度l＝6.0cm，相距d＝2.0cm，极板间的电压U＝200V．一个电子沿平行于板面的方向射入电场中，射入的速度v0＝3.0×107m/s.把两板间的电场看作匀强电场，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ（m＝0.9×10－30kg，e＝1.6×10－19C）【拓展练习】质子（质量为m、电荷量为e）和二价氦离子（质量为4m、电荷量为2e）以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为____，侧移之比为____.【思维拓展】以相同的初速度进入同一偏转电场其结果如何？假如以相同的初速度进入同一偏转电场中，它们的偏转角正切之比为2∶1，侧移之比为2∶1.（设计意图：通对前边结论稍加改变进行训练，学习比值法解题类型，并且告知质子、氦核等微观粒子的相关参数．）回顾平抛学问，迁移解决问题.熟识解题思路，训练数值计算.答案：y＝3.56mmtanθ＝0.119训练巩固比值法解题.（三）示波管的原理1.亮斑的位置（1）假如在横向电极XX′之间不加电压，但在竖向YY′之间加不变的电压，使Y的电势比Y′高（有时说这种状况是“Y正，Y′负”），电子束运动过程中受哪个方向的力？电子将打在荧光屏的什么位置？试着在荧光屏上标出.（2）假如在YY′之间不加电压，而在XX′之间加不变的电压（X正，X′负），电子将打在荧光屏的什么位置？试着在荧光屏上标出.2.亮斑运动——亮线假如在电极XX′之间不加电压，而在电极YY′之间所加的电压按图所示的规律随时间改变，在荧光屏上会看到什么图形？试着在荧光屏上标出.3．亮线平移假如YY′之间的电压如图所示，而在电极XX′之间加不变的电压（X正，X′负），在荧光屏上会看到什么图形？若XX′之间的电压是“X负，X′正”呢？试着在荧光屏上标出.4.亮斑运动的合成假如YY′之间的电压如图甲所示，而在电极XX′之间所加的电压按图乙所示的规律改变，在荧光屏上会看到什么图形？建议按以下步骤画图.（1）在白纸上画出荧光屏的放大图；（2）在图上分别标出O、A、B、C、t1、D、E、F、t2几个时刻光点在荧光屏上的位置；（3）依据以上光点的位置，画出荧光屏上的图形.甲乙（设计意图：通过台阶小、步伐密的策略把这个难度较大的运动合成问题逐步解决．）1.学生分析说出电子枪的工作原理.2.回顾偏转位移y的表达式，关注y-U的关系.3.留意运用“限制变量”思想和“运动的合成”方法.四、课堂小结举例说明本节用到了哪些科学方法．列出困惑之处.总结反思.五、课后作业教材问题与练习1～5.板书设计9带电粒子在电场中的运动一、带电粒子的加速eq\x(\b\lc\(\a\vs4\al\co1(运用能量学问求解,Uq＝\f(1,2)mv2,v＝\r(\f(2Uq,m)))))eq\x(\b\lc\(\a\vs4\al\co1(运用运动学学问求解,U＝Ed,Eq＝mav＝\r(\f(2Uq,m)),2ad＝v2)))二、带电粒子在匀强电场中的偏转三、示波管的原理教学反思本节几乎没有新学问，全是已学学问的应用，但