《帶電粒子在電場中運(yùn)動》教案

1、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動教學(xué)目標(biāo)知識與技能：(1)理解帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動規(guī)律，并能分析和解決加速和偏轉(zhuǎn)的問題。(2)讓學(xué)生動腦（思考）、動筆（推導(dǎo)）、動手（實(shí)驗(yàn)）、動口（討論）、動眼（觀察）、動耳（傾聽），培養(yǎng)學(xué)生的多元智能。過程與方法：(1)運(yùn)用類比、演繹、推理等方法對帶電粒子在電場中的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行理論探究。(2)運(yùn)用運(yùn)動學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)，體會帶電粒子在電場中運(yùn)動問題的一般分析方法。情感態(tài)度與價值觀：(1)通過理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，形成科學(xué)世界觀，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)科學(xué)知識為人類服務(wù)的能力。(2)利用帶電粒子在電場中運(yùn)動的神奇變換，激發(fā)學(xué)生對自然科學(xué)

2、的熱愛。教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中加速和偏轉(zhuǎn)的分析方法。難點(diǎn)：結(jié)合電學(xué)知識和力學(xué)知識處理偏轉(zhuǎn)問題。教學(xué)程序1復(fù)習(xí)知識(1) 自由落體運(yùn)動的定義？ ( 物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動)圖1(2) 平拋運(yùn)動的定義？(將物體用一定的初速度沿水平方向拋出，不考慮空氣阻力，物體只在重力作用下所做的運(yùn)動 )2新課導(dǎo)入【實(shí)驗(yàn)一】 接通示波管電源，演示帶電粒子在電場中運(yùn)動撞擊氣體而發(fā)出藍(lán)色輝光?！緦?shí)驗(yàn)二】 調(diào)節(jié)加速和偏轉(zhuǎn)電壓，軌跡發(fā)生改 變。藍(lán)色輝光不是電子，但可以顯示電子運(yùn)動軌跡，只有高速帶電的粒子（電子）轟擊管內(nèi)惰性氣體發(fā)光，才能看到電子的徑跡（如圖1所示） 3新課教學(xué) 帶電粒子在

3、電場中受到電場力的作用，產(chǎn)生加速度，速度的大小和方向都會發(fā)生變化，在現(xiàn)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中常常根據(jù)這個道理利用電場來改變和控制帶電粒子的運(yùn)動。下面來討論兩種最簡單的情況：一是利用電場使帶電粒子加速，一是利用電場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)。（1）帶電粒子的加速圖2 例1：在真空中有一對平行金屬板，兩極板加以電壓，板間距離為，兩極板間有一帶電量的粒子（不計重力），它在電場力作用下由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動（如圖2所示），求到達(dá)負(fù)極板時的速度？例題分析：物體的運(yùn)動由物體的受力情況和初始狀態(tài)共同決定，本例中帶電粒子只受到向右的電場力，產(chǎn)生向右的加速度，因此它將從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動，這與力學(xué)中學(xué)過的自由

4、落體相似。類比自由落體運(yùn)動，推導(dǎo)帶電粒子的運(yùn)動末速度。（邊提問邊用多媒體展示其運(yùn)動）圖3從力和運(yùn)動的觀點(diǎn)求解：粒子的加速度由電場力提供， 因此 由運(yùn)動學(xué)公式 ，得出 加速度是連接力與運(yùn)動的中間變量。從功和能的觀點(diǎn)求解：粒子的運(yùn)動過程由動能定理得： ， 所以 由此得： 只涉及了初末位置，而沒有考慮中間過程。（2）帶電粒子的偏轉(zhuǎn)當(dāng)和與在一條直線上時帶電粒子做的都是勻變速直線運(yùn)動，當(dāng)與不在一條直線上時，帶電粒子又將如何運(yùn)動？我們只研究與兩者垂直時帶電粒子的運(yùn)動，這就是帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（知道了這種運(yùn)動，與成一定角度的運(yùn)動也就容易解決了）圖4例2：真空中水平放置一對平行金屬板，板間距為，兩極板的長

5、度為，兩板間加以電壓，現(xiàn)以帶電量為的粒子（不計重力）以水平速度射入勻強(qiáng)電場，并從另一側(cè)射出(如圖4所示),求粒子射出電場時末速度。例題分析：粒子在水平方向上作勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上受到恒定電場力作用作初速為零的勻加速直線運(yùn)動，因此帶電粒子的偏轉(zhuǎn)可以看成是水平方向上的勻速直線運(yùn)動和豎直方向上的勻加速直線運(yùn)動的合成，這類似于平拋運(yùn)動。帶電粒子飛出電場時（如圖5）力和運(yùn)動觀點(diǎn) 圖5 水平方向： 垂直方向： 由 得 運(yùn)動學(xué)公式 ： 因此： 動能定理觀點(diǎn)由動能定理公式 帶入已知 得到 小結(jié)：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)類似于平拋運(yùn)動，是由垂直于場強(qiáng)方向的勻速運(yùn)動和沿場強(qiáng)方向的勻加速運(yùn)動的合成，是一種勻變速

6、曲線運(yùn)動。4應(yīng)用舉例北京正負(fù)電子對撞機(jī)注入器圖6 【說明】北京正負(fù)電子對撞機(jī)以其高性能的加速器和探測器以及一大批高水平的物理研究成果成為世界八大高能實(shí)驗(yàn)物理基地之一。北京正負(fù)電子對撞機(jī)注入器(如圖6所示)是一臺200米長的直線加速器，正是利用基板電壓將電子加速的一種裝置。 電視機(jī)顯像管的成像原理（視頻）5鞏固練習(xí)，升華知識 【習(xí)題一】下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場加速后，哪種粒子動能最大 （ ）；哪種粒子速度最大 （ ）。A、氫核 B、氘核 C、氚核 D、氦核 （動能與電量成正比） （速度與比荷平方根成正比）氫核 氘核 氚核 氦核 （很容易得出答案）圖7【習(xí)題二】 試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入

7、偏轉(zhuǎn)電場，離開電場時就好像是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開電場的。（如圖7所示） 本題的目的是證明；從圖中找到有關(guān)的關(guān)系式 ；則 ； 而和與聯(lián)系起來： ； 因此證得： 6課堂總結(jié) 本節(jié)研究了帶電粒子在勻強(qiáng)電場中加速和偏轉(zhuǎn)，帶電粒子的加速類似于自由落體運(yùn)動，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)類似于平拋運(yùn)動。(1)關(guān)于帶電粒子的是否考慮重力的兩點(diǎn)說明：對于電子、氫核、氘核、氚核、粒子及離子等，一般不考慮重力；對帶電的液滴、油滴、小球、塵埃等，除題目中明確說明或暗示外，一般應(yīng)考慮重力。(2)處理帶電粒子在電場中運(yùn)動問題的一般步驟： 分析帶電粒子受力情況，尤其要注意是否應(yīng)該考慮重力，電場力是否恒定等。 分析帶電粒子的初始狀態(tài)及條件，確定帶電粒子作直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動。 建立正確的物理模型，確定解題方法：動力學(xué)方法或者是動能定理的方法。7布置作業(yè) 課后作業(yè) 課后練習(xí)八 P141 (2)題 (3)題課外拓展 學(xué)生課下上網(wǎng)學(xué)習(xí)：示波器原理、電視顯像管的成像原理；也可到圖書館翻閱關(guān)于這方面的圖書。板書設(shè)計第九節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動一、復(fù)習(xí)回顧:二、研究過程：1粒子加速問題 力和運(yùn)動 再選用運(yùn)動學(xué)公式 求 動能定理 求 2粒子偏轉(zhuǎn)問題力和運(yùn)動如學(xué)