《带电粒子在电场中运动》教案.doc

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1、《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（思考）、动笔（推导）、动手（实验）、动口（讨论）、动眼（观察）、动耳（倾听），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

2、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)图1(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【实验一】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。【实验二】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（电子）轰击管内惰性气体发光，才能看到电子的径迹（如图1所示）3．新课教学带电粒子

3、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。（1）带电粒子的加速图2例1：在真空中有一对平行金属板，两极板加以电压，板间距离为，两极板间有一带电量的粒子（不计重力），它在电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动（如图2所示），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，，因此它将从静止开始做匀加速直线运动，这与力学中学

4、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。（边提问边用多媒体展示其运动）图3①从力和运动的观点求解：粒子的加速度由电场力提供，因此由运动学公式，得出加速度是连接力与运动的中间变量。②从功和能的观点求解：粒子的运动过程由动能定理得：，所以由此得：只涉及了初末位置，而没有考虑中间过程。（2）带电粒子的偏转当和与在一条直线上时带电粒子做的都是匀变速直线运动，当与不在一条直线上时，带电粒子又将如何运动？我们只研究与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（知道了这种运动，与成一定角度的运动也就容易解决了）图4例2：真空中水平放置一对平行金属板，板间距为，两极板的

5、长度为，两板间加以电压，现以带电量为的粒子（不计重力）以水平速度射入匀强电场，并从另一侧射出(如图4所示),求粒子射出电场时末速度。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（如图5）力和运动观点图5水平方向：垂直方向：由得运动学公式：因此：动能定理观点由动能定理公式带入已知得到小结：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

6、用举例北京正负电子对撞机注入器图6<应用一>【说明】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（视频）5．巩固练习，升华知识【习题一】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（动能与电量成正比）（速度与比荷平方根成正比）氢核氘核氚核氦核（很容易得出答案）图7【习题二】试证明：带电粒子垂直进入偏转电场，离开电场时

7、就好像是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的。（如图7所示）本题的目的是证明；从图中找到有关的关系式；则；而和与联系起来：；因此证得：6．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：①对于电子、氢核、氘核、氚核、粒子及离子等，一般不考虑重力；②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。