高二物理 必修三《帶電粒子在電場中的運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計

1、 PAGE PAGE 510.5帶電粒子在電場中的運(yùn)動華中師范大學(xué)龍崗附屬中學(xué) 曾長興一、教材分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動是普通高中教科書物理必修第三冊第十章第5節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容是電學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，它帶電粒子在電場中的受力分析和運(yùn)動情況分析，綜合了運(yùn)動的合成與分解以及能量轉(zhuǎn)化問題，要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用力學(xué)方法解決電學(xué)問題，加深對力、電知識的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用類比方法和物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力，同時也為以后學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動打下基礎(chǔ)。二、學(xué)情分析學(xué)習(xí)本節(jié)之前，學(xué)生已掌握了一些力學(xué)和電場的基本知識，同時具備了分析有關(guān)電場的力學(xué)分析能力和能量的初步知識。本節(jié)結(jié)合實(shí)際情景對學(xué)生合理引

2、導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生解決簡單問題的能力，并且結(jié)合重力場中的平拋運(yùn)動。采用類比法，將運(yùn)動的合成與分解應(yīng)用于電場的問題分析當(dāng)中。使得大多數(shù)學(xué)生的便于理解容易接受。同時借助于學(xué)生的數(shù)學(xué)能力，發(fā)現(xiàn)在類平拋中的數(shù)量關(guān)系，從而調(diào)動學(xué)生的主動性和引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。三、教學(xué)目標(biāo)（一）物理觀念通過對帶電粒子在電場中的運(yùn)動規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀念和運(yùn)動與相互作用觀念。（二）科學(xué)思維從分析粒子受力情況入手，類比重力場中的平拋運(yùn)動，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用類比方法和物理知識解決實(shí)際問題的能力。（三）科學(xué)探究通過解決加速和偏轉(zhuǎn)方向問題的探究，理解加速和偏轉(zhuǎn)問題的本質(zhì)。（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過對粒子加速器的學(xué)習(xí)了解帶電粒子在電場中

3、運(yùn)動在生活上的應(yīng)用，體會物理與科技、生活的聯(lián)系激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。四、教學(xué)重點(diǎn)1會從運(yùn)動學(xué)和能量兩個角度分析計算帶電粒子在電場中的加速問題。2會從力和運(yùn)動的合成與分解的角度分析計算帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)。五、教學(xué)難點(diǎn)1通過分析，推導(dǎo)多級加速器的加速原理。2通過對帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)的學(xué)習(xí)掌握偏轉(zhuǎn)的分析方法和規(guī)律。創(chuàng)設(shè)情境引入新課創(chuàng)設(shè)情境引入新課建構(gòu)模型定量研究提出問題理論推導(dǎo)類比分析遷移應(yīng)用課堂小結(jié)查漏補(bǔ)缺七、教學(xué)過程（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，會產(chǎn)生射線，可用于放射治療。圖中展示了一臺醫(yī)用電子直線加速器。電子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？（二）建構(gòu)模

4、型，定量研究1.請同學(xué)們思考：帶電粒子在電場中要受到哪些力的作用？在什么情況下不考慮重力？2.研究質(zhì)子、電子、離子等帶電粒子在電場中運(yùn)動時，重力一般遠(yuǎn)小于電場力，重力可以忽略，重力勢能可以不考慮（但并不能忽略質(zhì)量）。研究小球、液滴、油滴等帶電微粒在電場中運(yùn)動時，重力一般不能忽略。3.研究物體運(yùn)動的一般思路是什么？決定物體做什么運(yùn)動的條件又是什么？兩種分析思路(1)利用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運(yùn)動公式分析，適用于解決的問題屬于勻強(qiáng)電場且涉及運(yùn)動時間等描述運(yùn)動過程的物理量時。(2)利用靜電力做功結(jié)合動能定理來分析，適用于問題只涉及位移、速率等動能定理公式中的物理量或非勻強(qiáng)電場的情景?！纠?】平行

5、金屬板A、B間有一正電荷，極板間電壓為U，場強(qiáng)方向向右，兩板相距為d，并處于真空中，電荷量大小為q，質(zhì)量為m，只在電場力作用下從靜止釋放。重力不計。（1）電荷將做什么性質(zhì)的運(yùn)動？（2）求電荷到達(dá)負(fù)極板時的速度？（三）提出問題，理論推導(dǎo)1.請同學(xué)們思考，在兩極板間如果不是勻強(qiáng)電場，該用何種方法求解呢？為什么不能讓極板電壓無限大，用于讓粒子加速。2.分析多級加速器實(shí)現(xiàn)粒子多級直線加速的原理AAB+FAB+FUU第一種方案：讓電壓方向變化的時間相等，也就是經(jīng)過一段相等的時間電壓就反向一次，由于粒子在電場中始終是加速的，所以在電壓變化時間相等的情況下，極板之間的距離就要越來越長。多級加速器應(yīng)該做成如圖

6、中所畫下面的樣子。UU第二種方案：如果不想改變極板之間的距離，因?yàn)榱Ｗ邮冀K加速，那就需要不斷縮短電壓方向變化的時間間隔。多級加速器的電壓方向隨時間變化的關(guān)系如下圖所示。UUU-Uto3.以第一種方案為主分析多級加速度器如圖甲，某裝置由多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t0時，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿

7、中心軸線沖進(jìn)圓筒1。為使電子運(yùn)動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運(yùn)動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設(shè)計必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m，電子電荷量為e，電壓的絕對值為U，周期為T，電子通過圓筒間隙的時間可以忽略不計。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關(guān)系？第n個金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？引導(dǎo)學(xué)生知道金屬圓筒的靜電屏蔽作用。知道電子通過圓筒間隙的時間不計，因此電子勻速穿過每個圓筒運(yùn)動的時間恰好就等于交變電壓周期的一半，為T/2。因此每個圓筒的設(shè)計長度就應(yīng)該等于此時電子進(jìn)入時的速度乘以交變電壓周期的一半，既l=vt/2（四）類比分析，遷移應(yīng)用1.視頻播放帶電粒子在勻

8、強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)，觀察帶電粒子為什么會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后運(yùn)動軌跡是什么樣子的？【例2】一電子水平射入如圖所示的電場中，射入時的速度v0=3.0107m/s。兩極板的長度為L=6.0cm，相距d=2cm，極板間電壓U=200V。求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時沿垂直板面方向的偏移距離y、偏轉(zhuǎn)的角度。2.處理方法：不計重力，初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場類似平拋運(yùn)動的分析方法。結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個類平拋的問題。粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動3.拓展學(xué)習(xí)：示波管實(shí)物與原理圖（1）構(gòu)造：示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX和YY)、熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。電子槍的作用是產(chǎn)生高速飛行的一束電子。（2）原理給電子槍通電后，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX和YY上都沒有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心點(diǎn)。示波管的YY偏轉(zhuǎn)電極上加的是待測的信號電壓，使電子沿 YY方向偏轉(zhuǎn)。示波管的XX偏轉(zhuǎn)電極上加的是儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓(如圖所示)，叫作掃描電壓，使電子沿 XX方向偏轉(zhuǎn)。如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，那么，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖像了。（五）課堂小結(jié)，查漏補(bǔ)缺第5第5節(jié) 帶電粒子在電場中的運(yùn)動一、帶電粒子在電場中的加