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【新教材】人教版(2019)高中物理必修第三册《10.5 带电粒子在电场中的运动》教案

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