1、带电粒子在电场中的运动教学设计带电粒子在电场中的运动教学设计 山东省平度第一中学山东省平度第一中学 宋宏亮宋宏亮 【教学目标教学目标】： （一）知识与技能（一）知识与技能 1 1理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理。理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理。 2 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。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。 （二）过程与方法（二）过程与方法 1 1分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。 2 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。分析如何利用电场使
2、带电粒子速度方向改变而发生偏转。 3 3体验类比平抛运动，运用分解的方法处理曲线运动。体验类比平抛运动，运用分解的方法处理曲线运动。 4 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。归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。 （三）情感、态度和价值观（三）情感、态度和价值观 1 1感受从能的角度，感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点。用动能定理分析解答问题的优点。 2 2进一步养成科学思维的方法。进一步养成科学思维的方法。 【教学重点教学重点】： 通过类比，学生小组合作探究，推导带电粒子的加速和偏转的问题；通过类比，学生小组合作探究，推导带电粒子的加速和偏转的问题； 【
3、教学难点教学难点】：】： 带电粒子的偏转带电粒子的偏转 【教学方法】 ：【教学方法】 ： 启发式、探究式、习题教学法、类比法启发式、探究式、习题教学法、类比法 【教学过程】 ：【教学过程】 ： 一、新课导入：一、新课导入： 带电粒子在电场中受到电场力的作用， 速度的大小或方向都可能发生变化。带电粒子在电场中受到电场力的作用， 速度的大小或方向都可能发生变化。 我们我们常常常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动。利用电场来改变或控制带电粒子的运动。具体的应用有哪些呢？相信具体的应用有哪些呢？相信 通过本节课的学习，大家一定能找到答案。今天通过本节课的学习，大家一定能找到答案。今天我们一起学习：
4、带电粒子在电我们一起学习： 带电粒子在电 场中的的运动场中的的运动 过渡：过渡：请大家请大家小组合小组合作，作，完成导学案问题完成导学案问题 1 1。 二、新课教学：二、新课教学： （一）探究（一）探究带电粒子带电粒子加速加速： 问题问题 1 1：在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，两板间的电势在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，两板间的电势 差为差为 U U。若一个电子，由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，速度是。若一个电子，由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，速度是 多大？多大？（温馨提示：（温馨提示：请同学们用两种方法求解。比较请同学们用两种方
5、法求解。比较哪哪种方法种方法更更简单？简单？） 教学策略：教学策略： 学生完成后，学生完成后，小组展示。小组展示。老师做出点评。老师做出点评。 展示标准答案。让学生回顾刚才的解题过程。并讨论以下两个问题：展示标准答案。让学生回顾刚才的解题过程。并讨论以下两个问题： （1 1） 如果电子以初速度） 如果电子以初速度 V V0 0射入该电场， 到达另一个极板时， 速度射入该电场， 到达另一个极板时， 速度多大？多大？ （2 2）如果两板间的电场是非匀强电场，上述两种方法还适用吗？）如果两板间的电场是非匀强电场，上述两种方法还适用吗？ 对于问题（对于问题（1 1）的处理方法：让学生心算出初速度不为）
6、的处理方法：让学生心算出初速度不为 0 0 时，末速度时，末速度 V V 的大小。的大小。 让学生让学生进一步思考：如果射入该电场的是一个质子，接下来质子会如何运动？进一步思考：如果射入该电场的是一个质子，接下来质子会如何运动？ 对于问题（对于问题（2 2）的处理方法：请学生心算导学案）的处理方法：请学生心算导学案 问题问题 2 2 ： 问题问题 22：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压 U U0 0，发，发 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？射出的电子在真空中加速后， 从金属板的
7、小孔穿出。 电子穿出时的速度有多大？ 设电子刚刚离开金属丝时的速度为设电子刚刚离开金属丝时的速度为 0.0. 得到答案后，让学生对比导学案问题得到答案后，让学生对比导学案问题 1 1 总结心得：两种方法的实总结心得：两种方法的实 用性。用性。 最后让学生通过课件上的问题体会： 电场是如何改变速度大小的。最后让学生通过课件上的问题体会： 电场是如何改变速度大小的。 V0 v U U d -e U0 过渡：过渡： 通过刚才的探究过程通过刚才的探究过程我们我们看到：看到： 利用电场利用电场我们就可以我们就可以改变带电粒子速改变带电粒子速 度的大小。度的大小。那我们能不能利用电场改变带电粒子速度的方向
8、呢？那我们能不能利用电场改变带电粒子速度的方向呢？我们一起想这我们一起想这 样一种情景：样一种情景：如果带电粒子加速后，紧接着垂直电场线方向射入一个匀强电场，如果带电粒子加速后，紧接着垂直电场线方向射入一个匀强电场， 接下来会怎样运动呢？请同学们小组交流完成问题接下来会怎样运动呢？请同学们小组交流完成问题 2 2。 （二）探究（二）探究带电粒子的带电粒子的偏转偏转 问题问题 3 3 如图所示，一个电子（质量为如图所示，一个电子（质量为 m m，电量为，电量为- -e e）垂直于电场线方向射入电场）垂直于电场线方向射入电场 中，两板间的电场看做匀强电中，两板间的电场看做匀强电场，假定电子最终能从
9、极板中飞出。请思考讨论场，假定电子最终能从极板中飞出。请思考讨论 以下问题：以下问题： （1 1）请分析该电子的受力情况，大致做出该电子在极板间的运动轨迹。）请分析该电子的受力情况，大致做出该电子在极板间的运动轨迹。 （2 2）你认为该电子的运动与那种运动相似？这种运动的研究方法是什么？）你认为该电子的运动与那种运动相似？这种运动的研究方法是什么？ （3 3）你能类比得到电子在该电场中运动的研究方法吗？）你能类比得到电子在该电场中运动的研究方法吗？ 教学策略：教学策略： 找一个找一个小组展示。小组展示。教师教师和学生一起和学生一起总结解决这类运动总结解决这类运动 问题的方法：问题的方法： 把电
10、子的运动分解成把电子的运动分解成初速度初速度方向的匀速直线运动和方向的匀速直线运动和电场电场 力力方向的匀加速直线运动。方向的匀加速直线运动。 过渡：过渡：通过对问题通过对问题 3 3 的研究的研究，我们确定了研究这类问题的方法，我们确定了研究这类问题的方法，趁热打铁，趁热打铁， 请同学们请同学们一起来解决几个具体的问题。一起来解决几个具体的问题。请同学们小组合作完成导学案请同学们小组合作完成导学案问题问题 四四： 如果已知：金属板的长度为如果已知：金属板的长度为 L L，间距为，间距为 d,d,极板间电压的大小为极板间电压的大小为 U U。电子射入。电子射入 电场时的速度为电场时的速度为 V
11、 V0 0。请同学们。请同学们类比平抛运动的研究方法，类比平抛运动的研究方法，小组合作完成以下问小组合作完成以下问 题题并讨论偏转位移并讨论偏转位移 y y 及偏转角的正切值及偏转角的正切值 tantan与哪些因素有关？与哪些因素有关？ （1 1）电子运动的加速度）电子运动的加速度 a a； （2 2）电子在偏转电场中运动的时间）电子在偏转电场中运动的时间 t t； （3 3）电子射出极板时的速度）电子射出极板时的速度 V V; ; 教学策略：教学策略： 学生完成后展示学生完成后展示。然后组织学生根据已知条件编题并解然后组织学生根据已知条件编题并解 答。 引导学生得到偏转位移及偏转角的正切，
12、并组织学生讨论偏转位答。 引导学生得到偏转位移及偏转角的正切， 并组织学生讨论偏转位 移及偏转角的正切与哪移及偏转角的正切与哪些因素有关？些因素有关？在此基础上让学生完成在此基础上让学生完成导学导学 案案问题五问题五： 质子质子( (质量为质量为 m m、电量为、电量为 e)e)和二价氦离子和二价氦离子( (质量为质量为 4m4m、电量为、电量为 2e)2e)以相同的初动以相同的初动 + + + + + + + + - - - - - - - - Y Y/ 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 为为 ，偏转
13、距离之比为，偏转距离之比为 。 学生完成后，找学生完成后，找一个一个小组展示，教师和学生一起总结方法。小组展示，教师和学生一起总结方法。然后然后 让学生进一步思考： 当质子和二价氦粒子以相同的初速度垂直射入同让学生进一步思考： 当质子和二价氦粒子以相同的初速度垂直射入同 一个偏转电场时偏转角正切之比和偏转距离之比。一个偏转电场时偏转角正切之比和偏转距离之比。 学生展示，找另外一名同学点评。学生展示，找另外一名同学点评。 （2 2）创设情境创设情境：如果带电粒子的速度如果带电粒子的速度 V V0 0是在电势差为是在电势差为 U U0 0的加的加速电场中从静止开速电场中从静止开 始加速获得的。偏转
14、位移始加速获得的。偏转位移 y y 及偏转角的正切值及偏转角的正切值 tatan n的表达式怎样？的表达式怎样？ 教学策略： 教学策略： 引导学生引导学生总结得出：总结得出：并并根据根据 这两个表达式总结这两个表达式总结在这种情况下，在这种情况下， 偏转位移偏转位移 y y 及偏转角的正切值及偏转角的正切值 tantan 与哪些因素有关。得到结论，让学生讨论思考与哪些因素有关。得到结论，让学生讨论思考题（课后习题第题（课后习题第 4 4 题） ：题） ：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加 速电场由静止开始加速， 然后在同一偏转电场里偏转， 它们是否会分速电场由静止开始加速， 然后在同一偏转电场里偏转， 它们是否会分 为三股？为什么？为三股？为什么？ 小组讨论并展示，点评并小组讨论并展示，点评并确定答案。确定答案。 三、三、课代表课代表总结本节课所学内容：总结本节课所学内容： 四、布置作业四、布置作业：见导学案见导学案 dU lU y 0 2 4 tan dU lU 0 2 V0 U0 + + + + + - - - - - - - V0 Vy V y 带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 教学设计教学设计 山东省平度第一中学山东省平度第一中学 宋宏亮宋宏亮
