2022年《帶電粒子在電場中的運動》示范教案

1、第九節(jié) 帶電粒子在電場中的運動（一）學(xué)問與技能1、懂得帶電粒子在電場中的運動規(guī)律,并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問題2、知道示波管的構(gòu)造和基本原理（二）過程與方法 通過帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)過程分析,培育同學(xué)的分析、推理才能（三）情感、態(tài)度與價值觀 通過學(xué)問的應(yīng)用,培育同學(xué)喜愛科學(xué)的精神 重點 帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律 難點 運用電學(xué)學(xué)問和力學(xué)學(xué)問綜合處理偏轉(zhuǎn)問題 教學(xué)方法 講授法、歸納法、互動探究法 教具 多媒體課件教學(xué)過程（一）引入新課帶電粒子在電場中受到電場力的作用會產(chǎn)生加速度,使其原有速度發(fā)生變化在現(xiàn)代科學(xué)試驗和技術(shù)設(shè)備中,經(jīng)常利用電場來掌握或轉(zhuǎn)變帶電粒子的運動；詳細(xì)應(yīng)用有哪些

2、呢 .本節(jié)課我們來爭論這個問題以勻強電場為例；（二）進(jìn)行新課 老師活動：引導(dǎo)同學(xué)復(fù)習(xí)回憶相關(guān)學(xué)問點（1）牛頓其次定律的內(nèi)容是什么. . （2）動能定理的表達(dá)式是什么（3）平拋運動的相關(guān)學(xué)問點；（4）靜電力做功的運算方法；同學(xué)活動：結(jié)合自己的實際情形回憶復(fù)習(xí)；師生互動強化熟悉：（1）a=F 合/m（留意是 F 合）（2）W 合= Ek= E k 2 E k 1（留意是合力做的功）（3）平拋運動的相關(guān)學(xué)問（4）W=F scos （恒力勻強電場）W=qU （任何電場）1、帶電粒子的加速 老師活動：提出問題 要使帶電粒子在電場中只被加速而不轉(zhuǎn)變運動方向該怎么辦 . 合外力與初速度在一條直線上,轉(zhuǎn)變速度

3、的大??；合外力與初速度成（相關(guān)學(xué)問鏈接：90 , 僅轉(zhuǎn)變速度的方向；合外力與初速度成肯定角度 ,既轉(zhuǎn)變速度的大小又轉(zhuǎn)變速度的 方向）同學(xué)探究活動：結(jié)合相關(guān)學(xué)問提出設(shè)計方案并相互爭論其可行性；同學(xué)介紹自己的設(shè)計方案；師生互動歸納：（老師要對同學(xué)進(jìn)行鼓勵評判）方案 1：v0=0,僅受電場力就會做加速運動,可達(dá)到目的；方案 2：v0 0,僅受電場力,電場力的方向應(yīng)同 老師投影：加速示意圖v0 同向才能達(dá)到加速的目的；同學(xué)探究活動：上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達(dá)到加速的目的 . （提示：從實際角度考慮,留意兩邊是金屬板）同學(xué)匯報探究結(jié)果：不行行,直接打在板上；同學(xué)活動：結(jié)合圖示動手推導(dǎo),當(dāng)v0=0

4、 時,帶電粒子到達(dá)另一板的速度大??；（老師抽查同學(xué)的結(jié)果展現(xiàn)、鼓勵評判）老師點撥拓展：方法一：先求出帶電粒子的加速度：a=qU md再依據(jù)vt2-v02=2ad可求得當(dāng)帶電粒子從靜止開頭被加速時獲得的速度為：方法二：由vt=2qU mdd2 qUmW=qU 及動能定理：W= Ek=1mv 2-0 2得：qU=12 mv2到達(dá)另一板時的速度為：v=2qU. m深化探究：（1）結(jié)合牛頓其次定律及動能定理中做功條件（W=Fs cos 恒力W=Uq 任何電場）爭論各方法的有用性；（2）如初速度為 v0（不等于零）,推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式；同學(xué)活動：摸索爭論,列式推導(dǎo)（老師抽查同學(xué)探究結(jié)果并展現(xiàn)）老師點撥

5、拓展：（1）推導(dǎo)：設(shè)初速為所以v0,末速為 v,就據(jù)動能定理得qU=1mv 2-12 mv022v=2 v 02 qUm（v0=0 時, v=2 Uqm）方法滲透：懂得運動規(guī)律,學(xué)會求解方法,不去死記結(jié)論；（2）方法一：必需在勻強電場中使用（F=qE , F 為恒力, E 恒定）方法二：由于非勻強電場中,公式 W=qU 同樣適用,故后一種可行性更高,應(yīng)用程度更高；實例探究：課本例題 1 第一步：同學(xué)獨立推導(dǎo)；其次步：對比課本解析歸納方法；第三步：老師強調(diào)留意事項；（運算先推導(dǎo)最終表達(dá)式,再統(tǒng)一代入數(shù)值運算,統(tǒng)一單位后不用每個量都寫,只在最終結(jié)果標(biāo)出即可）過渡：假如帶電粒子在電場中的加速度方向不

6、在同一條直線上,帶電粒子的運動情形又如何呢 .下面我們通過一種較特別的情形來爭論；2、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)老師投影：如下列圖,電子以初速度 問題爭論：v0 垂直于電場線射入勻強電場中（1）分析帶電粒子的受力情形；（2）你認(rèn)為這種情形同哪種運動類似,這種運動的爭論方法是什么 . （3）你能類比得到帶電粒子在電場中運動的爭論方法嗎 . 同學(xué)活動：爭論并回答上述問題：（1）關(guān)于帶電粒子的受力,同學(xué)的爭辯焦點可能在是否考慮重力上；老師應(yīng)準(zhǔn)時引導(dǎo)：對于基本粒子,如電子、質(zhì)子、 粒子等,由于質(zhì)量m 很小,所以重力比電場力小得多,重力可忽視不計；對于帶電的塵埃、液滴、小球等,m 較大,重力一般不能忽視；（2）帶電

7、粒子以初速度 v0 垂直于電場線方向飛入勻強電場時,受到恒定的與初速度方 向成 90 角的作用而做勻變速曲線運動,類似于力學(xué)中的平拋運動,平拋運動的爭論方法 是運動的合成和分解；（3）帶電粒子垂直進(jìn)入電場中的運動也可采納運動的合成和分解的方法進(jìn)行；CAI 課件分解展現(xiàn)：（1）帶電粒子在垂直于電場線方向上不受任何力,做勻速直線運動；（2）在平行于電場線方向上,受到電場力的作用做初速為零的勻加速直線運動；深化探究：如右圖所示,設(shè)電荷帶電荷量為q,平行板長為L,兩板間距為d,電勢差為 U,初速為 v0試求：（1）帶電粒子在電場中運動的時問 t；（2）粒子運動的加速度；（3）粒子受力情形分析；（4）粒

8、子在射出電場時豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離；（5）粒子在離開電場時豎直方向的分速度；（6）粒子在離開電場時的速度大??；（7）粒子在離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度 ；同學(xué)活動：結(jié)合所學(xué)學(xué)問,自主分析推導(dǎo)；（老師抽查同學(xué)活動結(jié)果并展現(xiàn),老師鼓勵評判）投影示范解析：解：由于帶電粒子在電場中運動受力僅有電場力（與初速度垂直且恒定）,不考慮重力,故帶電粒子做類平拋運動；粒子在電場中的運動時間a=t=L0v加速度Eq=qU/mdm豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離：1 y= 2at2=1UqL22 qLdU.2mdv02 2 mv 0粒子離開電場時豎直方向的速度為v1=at =Uq mdLv0速度為：v=2 v 12 v 0UqL22 v

9、 0mdv0粒子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度 為：arctanqLdU.tan =v1qLdUv0mv2 02 mv 0拓展：如帶電粒子的初速v0 是在電場的電勢差U1 下加速而來的（從零開頭）,那么上面的結(jié)果又如何呢.（y, ）同學(xué)探究活動：動手推導(dǎo)、互動檢查；（老師抽查同學(xué)推導(dǎo)結(jié)果并展現(xiàn)：結(jié)論：y=2 ULd4 U1d =arctanUL2 U1與 q、m 無關(guān)；3、示波管的原理 出示示波器,老師演示操作 光屏上的亮斑及變化；掃描及變化；豎直方向的偏移并調(diào)劑使之變化；機內(nèi)供應(yīng)的正弦電壓觀看及變化的觀看；同學(xué)活動：觀看示波器的現(xiàn)象；閱讀課本相關(guān)內(nèi)容探究緣由；老師點撥拓展,師生互動探究：多媒體展現(xiàn)：示

10、波器的核心部分是示波管,由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成；投影：示波管原理圖：電子槍中的燈絲 K 發(fā)射電子,經(jīng)加速電場加速后,得到的速度為：v0=2qU 1m 假如在偏轉(zhuǎn)電極 y y 上加電壓電子在偏轉(zhuǎn)電極y y 的電場中發(fā)生偏轉(zhuǎn) 離開偏轉(zhuǎn)電極 y y 后沿直線前進(jìn),打在熒光屏上的亮斑在豎直方向發(fā)生偏移其偏移量由于 y=qL2dUtanqLqLdU2 2 mv 0mv2 0所以 y =qL2dU+LdU2 2 mv 0mv2 0y 為 y =y+Ltan=qLdLLU=（L+L ） tan 2mv2 02假如 U=Umaxsin t 就 y = ymaxsin t同學(xué)活動：結(jié)合推導(dǎo)分析老師演示現(xiàn)象；（三）課堂總結(jié)、點評1帶電粒子的加速1動力學(xué)分析：帶電粒子沿與電場線平行方向進(jìn)入電場,受到的電場力與運動方向在同始終線上,做加減速直線運動,假如是勻強電場,就做勻加減 速運動2功能關(guān)系分析：粒子只受電場力作用,動能變化量等于電勢能的變化量qU12 mv 初速度為零 ；qU12 mv12 mv 0此式適用于一切電場2222帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1動力學(xué)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強電場中,受到恒定的