《帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)》教案

1、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：(1)理解帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析和解決加速和偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題。(2)讓學(xué)生動(dòng)腦（思考）、動(dòng)筆（推導(dǎo)）、動(dòng)手（實(shí)驗(yàn)）、動(dòng)口（討論）、動(dòng)眼（觀察）、動(dòng)耳（傾聽(tīng)），培養(yǎng)學(xué)生的多元智能。過(guò)程與方法：(1)運(yùn)用類(lèi)比、演繹、推理等方法對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行理論探究。(2)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)，體會(huì)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般分析方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀：(1)通過(guò)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(shí)為人類(lèi)服務(wù)的能力。(2)利用帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的神奇變換，激發(fā)學(xué)生對(duì)自然科學(xué)

2、的熱愛(ài)。教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)的分析方法。難點(diǎn)：結(jié)合電學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)處理偏轉(zhuǎn)問(wèn)題。教學(xué)程序1復(fù)習(xí)知識(shí)(1) 自由落體運(yùn)動(dòng)的定義？ ( 物體只在重力作用下從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng))圖1(2) 平拋運(yùn)動(dòng)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(dòng) )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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用，產(chǎn)生加速度，速度的大小和方向都會(huì)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(gè)道理利用電場(chǎng)來(lái)改變和控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。下面來(lái)討論兩種最簡(jiǎn)單的情況：一是利用電場(chǎng)使帶電粒子加速，一是利用電場(chǎng)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(duì)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(jì)重力），它在電場(chǎng)力作用下由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)（如圖2所示），求到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度？例題分析：物體的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)力，產(chǎn)生向右的加速度，因此它將從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，這與力學(xué)中學(xué)過(guò)的自由

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

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

6、曲線運(yùn)動(dòng)。4應(yīng)用舉例北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)注入器圖6 【說(shuō)明】北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)以其高性能的加速器和探測(cè)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(duì)撞機(jī)注入器(如圖6所示)是一臺(tái)200米長(zhǎng)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(shí) 【習(xí)題一】下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓為U的電場(chǎng)加速后，哪種粒子動(dòng)能最大 （ ）；哪種粒子速度最大 （ ）。A、氫核 B、氘核 C、氚核 D、氦核 （動(dòng)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(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)就好像是從初速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開(kāi)電場(chǎng)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(lái)： ； 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(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)，帶電粒子的加速類(lèi)似于自由落體運(yùn)動(dòng)，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)類(lèi)似于平拋運(yùn)動(dòng)。(1)關(guān)于帶電粒子的是否考慮重力的兩點(diǎn)說(shuō)明：對(duì)于電子、氫核、氘核、氚核、粒子及離子等，一般不考慮重力；對(duì)帶電的液滴、油滴、小球、塵埃等，除題目中明確說(shuō)明或暗示外，一般應(yīng)考慮重力。(2)處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)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(chǎng)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(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng)。 建立正確的物理模型，確定解題方法：動(dòng)力學(xué)方法或者是動(dòng)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(shū)館翻閱關(guān)于這方面的圖書(shū)。板書(shū)設(shè)計(jì)第九節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一、復(fù)習(xí)回顧:二、研究過(guò)程：1粒子加速問(wèn)題 力和運(yùn)動(dòng) 再選用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 求 動(dòng)能定理 求 2粒子偏轉(zhuǎn)問(wèn)題力和運(yùn)動(dòng)如學(xué)