專題：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)(教案練習(xí))

1、139 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)（2課時(shí)）第1課時(shí)一、教學(xué)目標(biāo)1使學(xué)生理解并掌握帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，能夠正確分析和解答帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)等方面的問題2培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用物理知識(shí)對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析的能力二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析：帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)是電場知識(shí)的重要應(yīng)用，注重分析判斷帶電粒子在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)情況，掌握運(yùn)用力的觀點(diǎn)和能的觀點(diǎn)求解帶電粒子運(yùn)動(dòng)的思路和方法帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)問題將使用大部分力學(xué)知識(shí)，所以在復(fù)習(xí)中應(yīng)加以對(duì)照，幫助學(xué)生理解掌握三、教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示，啟發(fā)式教學(xué)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)四、教 具：實(shí)物投影儀（或幻燈片），投影片，平拋運(yùn)動(dòng)速度、位移

2、分解圖，示波管原理，由沙擺得出簡諧運(yùn)動(dòng)位移-時(shí)間圖像裝置圖，電子束演示儀、示波管、示波器、訊號(hào)源、220V交流電源，計(jì)算機(jī)（模擬示波管YY和XX極板使電子束的偏轉(zhuǎn)和掃描作用），自制教學(xué)課件五、教學(xué)過程。（一）引入新課1、激發(fā)興趣【演示】 利用示波器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的正弦圖形，指出這是電子經(jīng)電場加速后又在兩個(gè)相互垂直的電場作用下偏轉(zhuǎn)的結(jié)果。2、介紹帶電粒子：一般把重力可忽略不計(jì)的微觀粒子稱為帶電粒子，如質(zhì)子、電子、原子核、離子等。利用電場使帶電粒子加速或偏轉(zhuǎn)在電子技術(shù)和高能物理中有重要應(yīng)用，如北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)是利用電場加速的實(shí)例，剛才看到的示波器又是電子在加速及偏轉(zhuǎn)的實(shí)例。下面我們共同探討帶電粒子在電

3、場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！景鍟?第九節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)（二）進(jìn)行新課【板書】一、帶電粒子的加速1、勻強(qiáng)電場中的加速問題如課本圖13-50所示，在正極板處有一帶正電離子，電量為q，初速度為v1=0，不計(jì)重力；兩豎直平行金屬板間距離為d，電勢差為U，有幾種方法可求出正離子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度v2？學(xué)生小組討論后，總結(jié)：（1）運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法求解，因電場力為恒力，a=F/m=Uq/dm、v22-v12=2ad，可求出v2=（2）運(yùn)用能量觀點(diǎn)求解，qU=mv22/2-mv12/2，可求出v2= （請同學(xué)比較在題設(shè)條件下那種方法更簡便）。提出問題：如何解決帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中的加速問題？如課

4、本圖13-51所示，q在金屬絲和金屬板間非勻強(qiáng)電場中加速，電場力為變力，只可用能量觀點(diǎn)求解?！景鍟?2、非勻強(qiáng)電場中的加速問題qU=Ek【板書】二、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)【板圖】（或投影）如課本圖13-52所示已知：帶電粒子電性為負(fù)，電量大小為q，質(zhì)量為m，重力不計(jì)，初速度v0垂直于場強(qiáng)。勻強(qiáng)電場：真空中YY極板水平放置，二板間距為d，電勢差為U，板長為。讓學(xué)生討論下述幾個(gè)問題：-q受力情況如何？運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何？它的運(yùn)動(dòng)與力學(xué)中的那種運(yùn)動(dòng)相似？用什么方法研究-q運(yùn)動(dòng)規(guī)律從而求出它射出電場時(shí)在豎直方向偏移原來運(yùn)動(dòng)方向的距離y、末速度v及偏轉(zhuǎn)角度？（可利用平拋運(yùn)動(dòng)的投影圖幫學(xué)生回憶）【演示】電

5、子束在電場中偏轉(zhuǎn)，給出電場方向，先是讓學(xué)生猜想電子束偏轉(zhuǎn)方向如何，再用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，然后再做定量分析。這種帶電粒子的勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，可以用能量觀點(diǎn)研究，也可以用運(yùn)動(dòng)分解與合成觀點(diǎn)研究，要求y和v、，按本題條件，我們用后一種觀點(diǎn)進(jìn)行研究。【板書】水平：勻速運(yùn)動(dòng)，vx=v0，=v0t豎直：初速度為零，加速度a=qU/md，勻加速直線運(yùn)動(dòng)，vy=at，y=at2/2，vyOBOyq+vV0V0【板圖】（或投影）可求出 作出末速度v的反向延長線，交入射線于O點(diǎn)，可證，它的物理意義是，粒子好像是從入射線中點(diǎn)O點(diǎn)直接射出一樣。思考：帶電粒子在電場中位移大小及方向？（，）學(xué)生自學(xué)課本第139

6、頁例題2回答應(yīng)注意的問題：（1）合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)具有等勢性；（2）合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)具有獨(dú)立性。即互不干涉、獨(dú)立進(jìn)行。下面介紹使帶電粒子先加速后偏轉(zhuǎn)在電子技術(shù)中的應(yīng)用示波器。【演示】示波器熒光屏光點(diǎn)上下移動(dòng)，后又展開成正弦圖形，然后介紹示波器核心示波管。【板書】三、示波管【課件演示】示波管構(gòu)造及工作原理1構(gòu)造及功用：（1）電子槍：發(fā)射并加速電子（2）偏轉(zhuǎn)電極YY：使電子束豎直方向偏轉(zhuǎn)（加信號(hào)電壓）XX：使電子束水平方向偏轉(zhuǎn)（加掃描電壓）（3）熒光屏：（4）玻殼。2原理：（1）YY作用：被電子槍加速的電子在YY電場中作勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，出電場后作勻速直線運(yùn)動(dòng)打到熒光屏上。見課本圖14-56，由幾何知識(shí)得

7、：，同學(xué)們自己推導(dǎo)，偏移：y=(，若信號(hào)電壓，則：y=y隨信號(hào)電壓同步調(diào)變化，但由于視覺暫留及熒光物質(zhì)的殘光特性，我們便看到一條亮線。如何將這一條豎直亮線轉(zhuǎn)化成正弦圖形呢？就要加掃描電壓。（2）XX的作用：【演示】示波器的掃描過程（掃描電壓由慢至快）【投影】由簡諧運(yùn)動(dòng)物體砂擺直接得出振動(dòng)圖象演示，學(xué)生討論：以勻速拉出木板類推掃描原理。總結(jié)：在掃描電壓一個(gè)周期內(nèi)，信號(hào)電壓也變化一個(gè)周期，熒光屏將出現(xiàn)一完整的正弦圖形。（三）課堂小結(jié)1帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)：加速和偏轉(zhuǎn)。處理方法：運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)或能的觀點(diǎn)。2示波管的構(gòu)造及工作原理第2課題一、教學(xué)目標(biāo)1使學(xué)生進(jìn)一步理解并掌握帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

8、和規(guī)律，能夠正確分析和解答帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)等方面的問題2培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用物理知識(shí)對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析的能力二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)是電場知識(shí)的重要應(yīng)用，注重分析判斷帶電粒子在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)情況，掌握運(yùn)用力的觀點(diǎn)和能的觀點(diǎn)求解帶電粒子運(yùn)動(dòng)的思路和方法帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)問題將使用大部分力學(xué)知識(shí)，所以在復(fù)習(xí)中應(yīng)加以對(duì)照，幫助學(xué)生理解掌握三、教學(xué)方法：講練結(jié)合，啟發(fā)式教學(xué)，學(xué)案導(dǎo)學(xué)四、教 具：幻燈片、投影儀五、教學(xué)過程。（一）引入新課復(fù)習(xí)提問上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)專題，帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)有加速和偏轉(zhuǎn)兩種情況，可以用什么方法求解？

9、（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法（運(yùn)動(dòng)的分解與合成、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、牛頓運(yùn)動(dòng)定律）（2）運(yùn)用能量觀點(diǎn)求解（動(dòng)能定理、能量守恒定律）這節(jié)課我們繼續(xù)學(xué)習(xí)帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)。（二）進(jìn)行新課1作業(yè)講評(píng)根據(jù)上節(jié)課學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行適當(dāng)評(píng)析。2例題精講（1）帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)判斷與分析帶電粒子在電場中的直線運(yùn)動(dòng)【例1】如下圖所示，在勻強(qiáng)電場E中，一帶電粒子-q的初速度v0恰與電場線方向相同，則帶電粒子-q在開始運(yùn)動(dòng)后，將（C）A沿電場線方向做勻加速運(yùn)動(dòng)B沿電場線方向做變加速運(yùn)動(dòng)C沿電場線方向做勻減速運(yùn)動(dòng)D偏離電場線方向做曲線運(yùn)動(dòng)思考：帶電粒子-q的初速度v0恰與電場線方向相反，情況怎樣？解析：帶電粒子-q

10、受力有什么特點(diǎn)？方向與初速度v0的方向的關(guān)系怎么樣？帶電粒子在電場中的曲線運(yùn)動(dòng)【例2】如下圖所示，兩平行金屬板間有勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)方向指向下板，一帶電量為-q的粒子，以初速度v0垂直電場線射入電場中，則粒子在電場中所做的運(yùn)動(dòng)可能是（C）A沿初速度方向做勻速運(yùn)動(dòng)B向下板方向偏移，做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)C向上板方向偏移，軌跡為拋物線D向上板偏移，軌跡為一段圓弧將帶電粒子的運(yùn)動(dòng)與重力場中的平拋運(yùn)動(dòng)類比，尋求解決問題的思路建立直角坐標(biāo)系，將運(yùn)動(dòng)分解為垂直于場強(qiáng)方向和沿場強(qiáng)方向分別加以討論解析：在勻強(qiáng)電場中，-q受電場力的特點(diǎn)為：方向與電場線方向相反，大小恒定，而初速度方向與電場力方向垂直，所以粒子一定做勻變速

11、曲線運(yùn)動(dòng)，軌跡為拋物線（2）研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的方法運(yùn)用牛頓定律研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)基本思路：先用牛頓第二定律求出粒子的加速度，進(jìn)而確定粒子的運(yùn)動(dòng)形式，再根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求出粒子的運(yùn)動(dòng)情況【例3】如下圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為q的粒子，從兩平行板左側(cè)中點(diǎn)沿垂直場強(qiáng)方向射入，當(dāng)入射速度為v0時(shí)，恰好穿過電場而不碰金屬板要使粒子的入射速度變?yōu)関0/2，仍能恰好穿過電場，則必須再使（AD）A粒子的電量變?yōu)樵瓉淼?/4B兩板間電壓減為原來的1/2C兩板間距離增為原來的4倍D兩板間距離增為原來的2倍解析：帶電粒子在電場中做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)由于粒子在平行板的方向上不受

12、力，在垂直板方向受到恒定不變的電場力作用，因而可將此勻變速曲線運(yùn)動(dòng)視為沿平行板方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)與垂直板的方向上的初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)粒子恰好穿過電場時(shí)，它沿平行板的方向發(fā)生位移L所用時(shí)間，與垂直板方向上發(fā)生位移d/2所用時(shí)間相等，設(shè)兩板電壓為U，則有：利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分解分別表示兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)遵從的規(guī)律正確理解恰好穿過電場的含義當(dāng)入射速度變?yōu)関0/2，它沿平行板的方向發(fā)生位移L所用時(shí)間變?yōu)樵瓉淼?倍，由上式可知，粒子的電量變?yōu)樵瓉淼?/4或兩板間距離增為原來的2倍時(shí)，均使粒子在與垂直板方向上發(fā)生位移d/2所用時(shí)間增為原來的2倍，從而保證粒子仍恰好穿過電場，因此選項(xiàng)A、

13、D正確思考：帶電粒子為什么做這樣的運(yùn)動(dòng)？應(yīng)滿足什么條件？運(yùn)用動(dòng)能定理研究帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)基本思路；根據(jù)電場力對(duì)帶電粒子做功的情況，分析粒子的動(dòng)能與勢能發(fā)生轉(zhuǎn)化的情況，運(yùn)用動(dòng)能定理或者運(yùn)用在電場中動(dòng)能與電勢能相互轉(zhuǎn)化而它們的總和守恒的觀點(diǎn)，求解粒子的運(yùn)動(dòng)情況【例4】如下圖所示，質(zhì)量為m，電量為e的電子，從A點(diǎn)以速度v0垂直場強(qiáng)方向射入勻強(qiáng)電場中，從B點(diǎn)射出電場時(shí)的速度方向與電場線成120度角，則A、B兩點(diǎn)間的電勢差是多少？解析：電子從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，電場力對(duì)電子做正功，由動(dòng)能定理和幾何關(guān)系有：veUU這一思路對(duì)于帶電粒子在任何電場中的運(yùn)動(dòng)都適用（三）課堂練習(xí)1下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)

14、過加速電壓為U的電場后，哪種粒子的速率最大 A質(zhì)子 B氘核 C粒子 D鈉離子2在勻強(qiáng)電場中，將質(zhì)子和粒子由靜止釋放，若不計(jì)重力，當(dāng)它們獲得相同動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子經(jīng)歷的時(shí)間t1和粒子經(jīng)歷的時(shí)間t2之比為 A11 B12 C21 D413如下圖所示，質(zhì)量為m，帶電量為+q的滑塊，沿絕緣斜面勻速下滑，當(dāng)滑塊滑至豎直向下的勻強(qiáng)電場區(qū)域時(shí)，滑塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) A繼續(xù)勻速下滑B將加速下滑C將減速下滑D上述三種情況都有可能發(fā)生4平行金屬板板長為L，相距為d，兩板間電勢差為U帶電量為q，質(zhì)量為m的粒子以速度v垂直板間電場方向進(jìn)入板間電場區(qū)，并飛離出電場區(qū)域，則其側(cè)移y的大小為 與板長L成正比與板間距離成反比與兩板間電勢

15、差U成正比與粒子初速度v成正比A、 B、 C、 D、（四）能力訓(xùn)練5如下圖所示，兩平行金屬板間的距離為d，兩板間的電壓為U，今有一電子從兩板間的O點(diǎn)沿著垂直于板的方向射出到達(dá)A點(diǎn)后即返回，若OA距離為h，則此電子具有的初動(dòng)能是 Aedh/U BedhU CUe/（dh） DehU/d6平行板電容器豎直放置，板間距離為d，電壓為U，每個(gè)板帶電量為Q一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為q的粒子從兩板上端中點(diǎn)以初速度v豎直向下射入電場，打在右板的M點(diǎn)不計(jì)粒子的重力，現(xiàn)使右板向右平移d/2，而帶電粒子仍從原處射入電場，為了使粒子仍然打在M點(diǎn)，下列措施哪些可行 A保持Q、m、v不變，減小qB保持Q、U、v不變，減小q/mC保持Q、m、U不變，減小vD保持Q、m、U不變，增大v7兩帶有等量異種電荷的平行板間有一勻強(qiáng)電場，一個(gè)帶電粒子以平行于極板的方向進(jìn)入此電場，要使此粒子離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)距離為原來的1/2（不計(jì)粒子所受重力），可采用方法為 A使粒子初速為