1、带电粒子在电场中的运动带电粒子在电场中的运动 【教学目标】【教学目标】 1理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。 2知道示波管的构造和基本原理。 3通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力。 4通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。 【教学重【教学重点】点】 带电粒子在匀强电场中的运动规律。 【教学【教学难点】难点】 综合应用力学和电学知识处理偏转问题。 【教学过程】【教学过程】 一、新课导入一、新课导入 教师活动：给学生抛出 2012 年全世界粒子物理学界最振奋人心的消息：发现“上 帝粒子” 。 给大家讲述中国科学院卡弗里理论物理研究所
2、2012 年 KITPC 拓展项目活动， 欧洲 核子中心大型强子对撞机原理。 结合北京正负电子对撞机的图片讲述参观感受， 介绍电子直线加速原理与世界粒子 物理研究前沿对接，引入新课。 二、新课教学二、新课教学 1教学任务：带电粒子在电场中的的平衡问题教学任务：带电粒子在电场中的的平衡问题 师生活动：出示问题 问题 1：水平放置的两平行金属板间有一匀强电场，已知板间距离为 d=5cm，有一 质量为 m=1.0 10-9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为 5.0 10-12C，要使液滴处于 静止状态，两极板间应加多大的电势差？哪块极板的电势较高？ 以提问的方式， 师生共同分析得出结论， 投影解
3、题过程。 学生回答：略 2教学任务：带电粒子的加速教学任务：带电粒子的加速 师生活动：出示问题 问题 2：如图，两平行极板之间的距离为 d，板间存在场强 为 E 的匀强电场，有一电荷量为 e，质量为 m 的电子，从左侧极 板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。 问题 3：如图，两平行极板之间的距离为 d，板间电压为 U， 有一电荷量为 e， 质量为 m 的电子， 从左侧极板附近由静止加速， 求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。 问题 4：如图，两平行极板之间的距离为 d，板间电压为 U， 有一电荷量为 e，质量为 m 的电子，以初速度为 v0从左侧极
4、板附 近加速，求：电子的加速度和到达右侧极板时的速度。 学生分三组，分别完成问题 2、问题 3 和问题 4，分别汇报结果。 征求不同的解法和思路，总结出两种不同的处理思路：动力学观点和能量观点。 方法一：先求出带电粒子的加速度： = 再根据 2 0 2 = 2 可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为： = 2 =2 方法二：由 W=qU 及动能定理： = = 1 2 2 0 得： =2 到达另一板时的速度为： =2 深入探究： （1）结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件（ = cos恒力 = 任何电 场）讨论各方法的实用性。 （2）若初速度为 v0（不等于零） ，推导最终的速度表达式。
5、 学生思考讨论，列式推导（教师抽查学生探究结果并展示）教师最后点拨拓展： 推导：设初速为 v0，末速为 v，则据动能定理得 = 1 2 2 1 2 0 2 所以 =0 2 + 2 v0=0 时， = 2 ） 方法渗透：理解运动规律，学会求解方法，不去死记结论。 教学任务：拓展 1 在加速问题中， 如果两极板是其他形状， 例如图中所示电场， 中间的电场不再均匀， 上面的结果是否仍然适用？为什么？ 3教学任务：带电粒子的偏转教学任务：带电粒子的偏转 师生活动：投影问题 5 问题 5：如图所示，电子以初速度 v0垂直于电场线射入匀强电场中，两极板之间的 电压为 U，板长为 l，板间距离为 d，电子电
6、荷量为 e，质量为 m，初速度为 v0水平向 右，电子能从极板右侧打出。 问题讨论： 分析电子的受力情况。 你认为这种情境同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么? 你能类比得到带电粒子在匀强电场中运动的研究方法吗? 求：电子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。 电子在离开电场时的速度偏转角的正切值。 学生活动：结合所学知识，自主分析推导。 （教师抽查学生活动结果并展示，教师 激励评价） 同桌对结果相互评议，针对不同意见进行讨论，达成一致。 投影示范解析： 解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定） ，不考虑 重力，故带电粒子做类平抛运动。 粒子在电场中的运动时间 = 0
7、加速度 = = = 竖直方向的偏转距离 = 1 2 ( ) ( 0) 2 = 2 20 2 粒子离开电场时竖直方向的速度为 = ( ) ( 0) = 0 速度为 = 2 + 0 2 = ( 0) 2 + 0 2 粒子离开电场时的偏转角度为 tan = = 0 2 教学任务：拓展 2、拓展 3 拓展 2： 如果偏转电压增大，则电子的偏转位移和偏转角如何变化？ 如果偏转电场的上极板带负电，下极板带正电，电子又会往哪儿偏？ 如果偏转电场的两极板如图示竖直放置，电子会如何偏转呢？ 拓展 3 电子从静止开始经加速电压 U1加速后， 沿垂直于电场线方 向射入两平行板中央，如何处理这种先加速后偏转的问题？
8、4教学任务：示波管教学任务：示波管 （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。 师生活动： 多媒体展示：示波管原理图：示波器的核心部分是示波管，由电子枪、偏转电极和 荧光屏组成。 （2）示波管的构造及原理 认识结构：电子枪通电后会产生热电子，电子在加速电场作用下被加速，经过偏转 电场发生偏转，只是这里有两组偏转电极。 例题：已知加速电压1、极板长、偏转电极的电压2、板间距、板端到荧光 屏的距离。 求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值及打到屏上电子的偏移量。 （3）常见波形 三三、巩固练习巩固练习 1.如图所示，M、N 是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为 m、
9、电量为+? 的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当 M、N 间电压为?时，粒子到达 N 板的 速度为?，如果要使这个带电粒子到达 N 板的速度为 2?，则下述方法能满足要求的是 （ ） A、使 M、N 间电压增加为 2U B、使 M、N 间电压增加为 4U C、使 M、N 间电压不变，距离减半 D、使 M、N 间电压不变，距离加倍 2.氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为 1 1 、 1 2 、 1 3 。它们以相同的初动能相同的初动能 垂直进入同一匀强电场，离开电场时，末动能最大的是（ ） A氕核 B氘核 C氚核 D一样大 3.如图所示， 电子在电势差为1的电场中加速后， 垂直进入电势差为2的偏转电场， 在满足电子能射出的条件下， 下列四种情况中， 一定能使电子的偏转角变大的是( ) A1变大、2变大 B1变小、2变大 C1变大、2变小 D1变小、2变小 4.（多选）如图，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后垂直射入同 一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们（ ） A侧移相同 B偏转角相同 C到达屏上同一点 D到达屏上不同点