带电粒子在匀强电场中运动(曾星亮)

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1、“带电粒子在匀强电场中的运动”教学设计姓名：曾星亮单位：江西省丰城拖船中学电话：15179536231电子邮箱：644846543@qq.com【教学目标】1、知识目标(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。2、能力目标通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析研究，培养学生的分析和推理能力。3、德育目标通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。【教学重点】带电粒子在匀强电场中的运动规律。【教学难点】运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题【教

2、学方法】电教法、讲授练习法、归纳法。【教具准备】投影仪、投影片、示波器、CAI课件。【课时安排】1课时【教学过程】一、导入新课第11页共11页如果一个带电粒子进入电场中，它将受到电场力的作用，那么在电场力作用下，它将如何运动呢？本节课我们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。二、新课教学1、带电粒子的加速问题：带电粒子要想在电场中被加速，该怎么办？结论：要使带电粒子加速，必须使带电粒子加速度方向与速度方向相同。U＋－q如图所示，在真空中有一对平行金属板，极板间的

3、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。(学生活动，求解该速度。抽查并在实物投影仪上评析)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＝带电粒子受到的电场力：F＝qE＝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：第11页共11页v2＝2ad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

4、定理求解带电粒子在运动过程中，电场力所做的功W＝qU。设带电粒子到达负极板时的动能Ek＝mv2，由动能定理可知qU＝mv2－mv02由此可求出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)(CAI课件展示)金属丝金属板v＋－U【例题1】实验表明，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U＝2500V(如图)，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出

5、时的速度为零。电子质量m＝0.91×10－30kg，电子的电荷量e＝1.6×10－19C。(学生阅读并解答本例题)第11页共11页解析：金属丝和金属板间的电场虽然不是匀强电场，但仍可用v＝求出v：v＝＝3.0×107m/s2、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。(CAI课件展示，当速度方向与加速度方向垂直时的运动情况)＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－L

6、dYY′yv0y′x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，求：(1)带电粒子在电场中的运动及运动方程带电粒子沿极板方向作速度为v0的匀速运动；垂直于极板方向作初速度为零的匀加速运动。粒子的运动类似平抛运动。以进入点为坐标原点，沿极板方向取x轴，垂直于极板方向取y轴，则粒子在电场中的运动方程为x＝v0ty＝at2＝t2解得：第11页共11页y＝x2(抛物线轨迹方程)(2)带电粒子飞过电场的时间T＝(3

7、)带电粒子离开电场时偏转的侧位移y＝at2＝＝tanφ＝(U＇为进入偏转电场前的加速电压)v0v⊥vφ(4)带电粒子离开电场时的速度大小vx＝v0vy＝v⊥＝aT＝v＝＝(5)带电粒子离开电场时的偏角tanφ＝＝＝U＝φ＝arctan(U)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。(6)带电粒子射出偏转电场后打到荧光屏上第11页共11页在距偏转电场粒子射出端为x的地方，有一与极板垂直的荧光屏。带电粒子射出偏转电场后作匀速直线运动，打到荧光屏上。如果在偏转电场中没有加偏转电压，这时带

8、电粒子打在荧光屏的中心点O。设加偏转电压后，粒子打在荧光屏上的点距O点的距离为y＇，如图所示。根据相似三角形知识有：＝y＇＝(x＋)U＝tanφ(x＋)【例题2】一电子在水平偏转电场中，射入时的速度v0＝3.0×107m/s。两极板的长度L＝6.0cm，相距d＝2cm，极板间的电压U＝200V。求电子射出电场时竖直偏移的距离y和偏转的角度φ。解析：电子在竖直方向做匀加速运动，射出电场时竖直偏移的距离为y＝at2＝＝0.36cm离开电场时的偏转角φ为tan