《带电粒子在电场中运动》教案.docx

带电粒子在电场中运动教案带电粒子在匀强电场中的运动 教学目标 知识与技能： (1)理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，并能分析和解决加速和偏转的问题。 (2)让学生动脑、动笔、动手、动口、动眼、动耳，培养学生的多元智能。 过程与方法： (1)运用类比、演绎、推理等方法对带电粒子在电场中的运动规律进行理论探究。 (2)运用运动学观点和能量观点，体会带电粒子在电场中运动问题的一般分析方法。 情感态度与价值观： (1)通过理论分析与实验验证相结合的教学方法，激发学生的探索兴趣，形成科学世界观，培养学生利用所学科学知识为人类服务的能力。 (2)利用带电粒子在电场中运动的神奇变换，激发学生对自然科学的热爱。 教学的重点和难点 重点：带电粒子在匀强电场中加速和偏转的分析方法。 难点：结合电学知识和力学知识处理偏转问题。 教学程序 1复习知识 (1) 自由落体运动的定义？ ( 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动) (2) 平抛运动的定义？(将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，不考虑空气阻力，物体只在重力作用下所做的运动 ) 2新课导入 接通示波管电源，演示带电粒子在电场中运动撞击气体而发出蓝色辉光。 调节加速和偏转电压，轨迹发生改 变。 蓝色辉光不是电子，但可以显示电子运动轨迹，只有高速带电的粒子轰击管内惰性气体发光，图1 才能看到电子的径迹 3新课教学 带电粒子在电场中受到电场力的作用，产生加速度，速度的大小和方向都会发生变化，在现在科学实验和技术设备中常常根据这个道理利用电场来改变和控制带电粒子的运动。下面来讨论两种最简单的情况：一是利用电场使带电粒子加速，一是利用电场使带电粒子偏转。 带电粒子的加速 例1：在真空中有一对平行金属板，两极板加以电压U，板间距离为d，两极板间有一带电量+q的粒子，它在电场力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？ 例题分析：物体的运动由物体的受力情况和初始状态共同决定，本例中带电粒子只受到向右的电场力，产生向右的加速度，v0=0，因此它将从静止开始做匀加速直线运动，这与力学中学过的自由落体相似。类比自由落体运动，推导带电粒子的运动末速度。 从力和运粒子的加速度由电场力F=qE提供， 因此 a=2图2 图3 动的观点求解： FqEqU =mmmd由运动学公式 v-0=2ad，得出 v=2ad=加速度是连接力与运动的中间变量。 从功和能的观点求解： 2qUd2qU =mdm粒子的运动过程由动能定理得： W=Ek-0， 所以 qU=由此得： v=12mv 22qU m只涉及了初末位置，而没有考虑中间过程。 1 带电粒子的偏转 当v0=0和v0与F在一条直线上时带电粒子做的都是匀变速直线运动，当v0与F不在一条直线上时，带电粒子又将如何运动？我们只研究v0与F两者垂直时带电粒子的运动，这就是带电粒子在电场中的偏转 例2：真空中水平放置一对平行金属板，板间距为d，两极板的长度为l，两板间加以电压U，现以带电量为+q的粒子以水平速度v0射入匀强电场，并从另一侧射出(如图4所示),求粒子射出电场时末速度v。 例题分析：粒子在水平方向上作匀速直线运动，在竖直方向上受到恒定电场力作用作初速为零的匀加速直线运动，因此带电粒子的偏转可以看成是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的匀加速直线运动的合成，这类似于平抛运动。带电粒子飞出电场时 力和运动观点 水平方向： 垂直方向： 图4 v水平=v0 l=v0t v=at y=at2 =ma E=U d图5 12由 F=qE F得 a=FqEqU= mmmd121qUl2qUl2=运动学公式 ： y=at=22 22mdv02mdv0qUlv=at=mdv0因此：v=222v0+v=v0+(qUlmdv0)2 tgf=动能定理观点 vqUl=2 v0mdv02 由动能定理公式 W=Ekt-Ek0 带入已知 qEy=112mv2-mv0 222+(得到 v=v0qUl2) 2mdv0小结：带电粒子在电场中的偏转类似于平抛运动，是由垂直于场强方向的匀速运动和沿场强方向的匀加速运动的合成，是一种匀变速曲线运动。 4应用举例 <应用一> 北京正负电子对撞机以其高性能的加速器和探测器以及一大批高水平的物理研究成果成为世界八大高能实验物理基地之一。北京正负电子对撞机注入器(如图6所示)是一台200米长的直线加速器，正是利用基板电压将电子加速的一种装置。 <应用二> 电视机显像管的成像原理 北京正负电子对撞机注入器 图6 5巩固练习，升华知识 下列粒子由静止经加速电压为U的电场加速后，哪种粒子动能最大 ；哪种粒子速度最大 。 A、氢核 B、氘核 C、氚核 D、氦核 122qUE=mv=qUkv= 2 m123氢核 1H 氘核 1H 氚核 1H 氦核 42He 试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时就好像是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。 本题的目的是证明x=1l； 2y ； x图7 从图中找到有关x的关系式 tanq=y则 x=； 而y和tanq与l联系起来： tanqqULqUL2 ； tanq=y=22mdv2mdv003 因此证得： x=y1=l tanq26课堂总结 本节研究了带电粒子在匀强电场中加速和偏转，带电粒子的加速类似于自由落体运动，带电粒子的偏转类似于平抛运动。 (1)关于带电粒子的是否考虑重力的两点说明： 对于电子、氢核、氘核、氚核、a粒子及离子等，一般不考虑重力； 对带电的液滴、油滴、小球、尘埃等，除题目中明确说明或暗示外，一般应考虑重力。 (2)处理带电粒子在电场中运动问题的一般步骤： 分析带电粒子受力情况，尤其要注意是否应该考虑重力，电场力是否恒定等。 分析带电粒子的初始状态及条件，确定带电粒子作直线运动还是曲线运动。 建立正确的物理模型，确定解题方法：动力学方法或者是动能定理的方法。 7布置作业 课后作业 课后练习八 P141 (2)题 (3)题 课外拓展 学生课下上网学习：示波器原理、电视显像管的成像原理；也可到图书馆翻阅关于这方面的图书。 板书设计 第九节 带电粒子在匀强电场中运动 一、复习回顾: 二、研究过程： 1粒子加速问题 力和运动 F=qE qUF=ma a=U E=dmd再选用运动学公式 2vt2-v0=2as 求 vt 动能定理 W=Ekt-Ek0 求 vt 2粒子偏转问题 力和运动 如学生甲 动能定理 如学生乙 三、处理方法和步骤： 1、明确研究对象和受力分析。 2、分析物体初始状态及条件。 3、建立物理模型，确定解题方法：力和运动的观点。 能量的观点。 例题一 解答 例题二 解答 学生甲 学生乙 4