1、带电粒子在匀强电场中的运动教案【教材分析】1. 教学内容 带电粒子在电场中的运动是高二学习了基础教材电场、电势差、电场力做功与电势能等内容之后再学习的拓展内容。2通过本章节的学习，进一步理解力与运动、功与能的关系。把电场概念与运动学、力学联系起来，学习运用运动的合成与分解、牛顿定律、动能定理解题，提高分析问题的能力、综合能力、用数学方法解决物理问题的能力。【学情分析】带电粒子在场中的运动（重力场、电场）问题，由于涉及的知识点众多，要求的综合能力较高，因而是历年来高考的热点内容，这里需要将几个基本的运动，即直线运动中的加速、减速、往返运动，曲线运动中的平抛运动、圆周运动、匀速圆周运动进行综合巩固
2、和加深，同时需要将力学基本定律，即牛顿第二定律、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律等进行综合运用。【教学目标】（1）知识与技能 1理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理。 2能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中加速和偏转。 （2）过程与方法 1分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。 2分析如何利用电场使带电粒子速度方向改变而发生偏转。 3体验类比平抛运动，运用分解的方法处理曲线运动。 4归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。 （3）情感、态度和价值观 1感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点。 2进一步养成科学思维的方法。【重点、难点】1.教学重点
3、初速度为零时，粒子沿场强方向做匀加速直线运动；垂直于场强方向 入射时，粒子的运动为类平抛运动。2.教学难点 带电粒子在电场中加速偏转综合问题的计算，具体应用相关物理量的大小关系。【教学准备】多媒体课件.【教学方法】 讲授法、归纳法、互动探究法【课时安排】二课时【教学过程】（一）情景导入、展示目标 带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度，使其原有速度发生变化在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来控制或改变带电粒子的运动。具体应用有哪些呢? 本节课我们来研究这个问题以匀强电场为例。（二）新课教学1带电粒子在电场中的平衡若带电粒子在电场中所受合力为零时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态
4、。mgqE 如图所示，带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电?根据不同的已知条件，你能求出哪些物理量？分析：带电粒子处于静止状态，则有：qEmg0因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。根据不同的已知条件，可求出电荷量q，电场强度E，极板间距d，电势差U等。2带电粒子的加速如图所示，在真空中有一对平行金属板，极板间的距离为d，两板间加以电压U。两板间有一个质量为m带正电荷q的带电粒子，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，求到达负极板时的速度。Uq方法一：根据动力学和运动学方法求解平行金属板间的场强：E带电粒子受到的
5、电场力：FqE带电粒子的加速度：a带电粒子从正极板运动到负极板做初速度为零的匀加速直线运动，设到达负极板的速度为v，根据运动学公式有：v22ad解得：v(点评：动力学和运动学方法只适用于匀强电场)方法二：根据动能定理求解带电粒子在运动过程中，电场力所做的是WqU设带电粒子到达负极板时的速率为v，其动能为Ekmv2由动能定理可知qUmv2于是求出v (点评：根据动能定理求解，过程简捷。不仅适用于匀强电场，同样适用于两金属板是其它形状，中间的电场不是匀强电场的情况)【例题1】炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U2500V（如图），发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿
6、出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。电子质量m0.911030kg，电子的电荷量e1.61019C。解析：电荷量为e的电子从金属丝移到到金属板，两处的电势差为U，电势能的减少量是eU。减少的电势能全部转化为电子的动能，所以金属丝金属板vUqUmv2解出速率v并把数值代入，得v3.0107m/s。三、带电粒子的偏转问题：如何利用电场使带电粒子偏转呢？结论：要使带电粒子偏转，即速度方向发生变化，必须使粒子的加速度方向与速度方向之间有一夹角。其中最简单的就是加速度方向与速度方向垂直的情况。下面就讨论这种情况。如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y，板间距离为d，在两板间
7、加以电压U。现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子以水平速度v0射入电场中，问题讨论：（1）分析带电粒子的受力情况。（2）你认为这种情况同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么?（3）你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗?深入探究：设电荷带电荷量为q，平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，初速为v0试求：（1）粒子受力情况分析。（2）带电粒子在电场中运动的时间（3）粒子运动的加速度。（4）粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。（5）粒子在离开电场时竖直方向的分速度。（6）粒子在离开电场时的速度大小。（7）粒子在开电场时的偏转角度。粒子受电场力，力的方向和初速度的方向垂直带电粒子飞过电场
8、的时间tlv0t ay3带电粒子离开电场时偏转的侧位移4带电粒子离开电场时的速度大小v0vvvxv0vyvatv5带电粒子离开电场时的偏角arctan讨论：位移和水平方向的夹角？所以可以证明：将带电粒子的速度方向反向延长后交于极板中线上的中点。三、示波管的原理1示波器用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管。2示波管的构造及作用刚才我们讨论了带电粒子在电场中的加速和偏转，那么，有什么实际意义呢？示波管就是利用带电粒子在电场中的加速和偏转规律制成的。示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成如图所示。（1）电子枪发射并加速电子。（2）偏转电极：使电子束竖直偏转（加信号电压）；：使电子束水
9、平偏转（加扫描电压）。（3）荧光屏3原理利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。的作用：被电子枪加速的电子在电场中做匀变速曲线运动，出电场后做匀速直线运动，最后打到荧光屏上。由，Y与U成正比。的作用：加扫描电压后，将不同时刻电子的水平位置错开。如果在偏转电极、之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。示波管的偏转电极上加的是待显示的信号电压，这个电压是周期性的。偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿开电压，叫做扫描电压。如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到
10、待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象了。加正弦交变电压，显示正弦曲线。当扫描电压和信号电压的周期相同时，荧光屏上将出现稳定的波形。【板书设计】一、带电粒子在电厂中的平衡qEmg0二、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（适用于匀强电场）2.能量观点：（适用于任何电厂）三、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产生的加速度a2.在电场力方向的偏移量为3.末速度在电场力方向的分量为vyvat4.末速度与初速度方向的夹角的正切为.四、示波管的原理【作业布置】第一课时：四十分钟课时作业：1、3、4、5、6、7第二课时：四十分钟课时作业：8、9、10、11自我检测：4【教学反思】 6 / 6
