帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教案安徽省廬江二中束義福一、 教學(xué)目的A、知識(shí)方面：知道利用勻強(qiáng)電場(chǎng)可能使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)；了解本節(jié)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。8、學(xué)科思想方面1、 滲透物理原方法的教育，運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不計(jì)粒子重力。2、 掌握分析和解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的思想和方法。C、能力方面：1、 培養(yǎng)綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力。2、 通過知識(shí)的發(fā)散培養(yǎng)創(chuàng)新能力。二、 教學(xué)重、難點(diǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)時(shí)的受力和運(yùn)動(dòng)情況分析是重點(diǎn)。帶電粒子偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況分析是難點(diǎn)。三、 教學(xué)設(shè)想與方法學(xué)生活動(dòng)——掌握解決帶電粒子加速、偏轉(zhuǎn)問題的方法實(shí)驗(yàn)——引課，認(rèn)識(shí)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中帶電粒子運(yùn)動(dòng)的情況學(xué)生自學(xué)——課本例題，加深理解四、 教學(xué)內(nèi)容和過程（一）引入新課［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(chǎng)加速后又在兩個(gè)相互垂直的電場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)的結(jié)果激發(fā)興趣。［指出］ 帶電粒子：一般重力可忽略不計(jì)的微觀粒子。如：電子、質(zhì)子、原子核、離子等。用電場(chǎng)使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)在電子技術(shù)（示波器）和高能物理中有重要作用（北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)）。（二）進(jìn)行新課［板書］九、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、帶電粒子的加速（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速問題［問題］在真空中有一對(duì)平行金屬板，兩板間加以電壓u，兩板間有一個(gè)帶正電荷q的帶電粒子，它在電場(chǎng)力的作用下，由靜止開始從正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，到達(dá)負(fù)極時(shí)的速度多大？（學(xué)生活動(dòng)后總結(jié)）運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法求解：FqUTOC\o"1-5"\h\z-電場(chǎng)力恒定F=qE=qu/d,a=—=擊, 口hu|2ad=V2 廠^V=J2qU/— + .q -運(yùn)用能量的觀點(diǎn)求解： —.:W電=AEk，qu=lmv2??V=.、：2qU/m學(xué)生比較兩種方法哪種簡便。如果帶電粒子在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速時(shí)，能用哪種方法？學(xué)生自學(xué)P113例1后總結(jié)。［板書］（2）非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速問題：qU=^EK=jmv2~2mv（2［問題］①當(dāng)U一定時(shí)，v由什么決定：（q--比荷或荷質(zhì)比）m②對(duì)帶電粒子加速要獲得較大速度怎么辦：（學(xué)生討論提出解決辦法之 多級(jí)加速器）（3）多級(jí)加速器［投影］如圖金屬筒內(nèi)無電場(chǎng)，帶電粒子每經(jīng)過相鄰兩金屬筒的縫隙便被加速。

以上帶電粒子在電場(chǎng)受到電場(chǎng)力與V0在同一直線上（或原來靜止），若V與電場(chǎng)力不在同一直線上呢？00［板書］2、電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)［投影］帶電量為一q的粒子，質(zhì)量為m，重力不計(jì)，以V0速度垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，二級(jí)板間電壓為U,板長L二極板間距離為d。［問題］帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡怎樣？（學(xué)生猜想）—十W［啟發(fā)］啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生類比聯(lián)想，ZF=0,V±E,￡_寸 I類似平拋運(yùn)動(dòng)） ：— J［演示］以證實(shí)學(xué)生的猜想［分析］受力情況：水平方向：不受力作用（忽略粒子重力這一次要因素）豎直方向：只受電場(chǎng)力作用且F電LV0運(yùn)動(dòng)情況：水平方向——?jiǎng)蛩龠\(yùn)動(dòng)（V0）豎直方向——初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)①飛出電場(chǎng)時(shí)間t,速度V時(shí)間①飛出電場(chǎng)時(shí)間t,速度V時(shí)間：速度：L叫戶'=立V丁ata=^q=皿nV=xiqL V="2+v2②穿過電場(chǎng)而不打在極板上，側(cè)移②穿過電場(chǎng)而不打在極板上，側(cè)移y/位移廣L=V0廣L=V0tny=uqL2mdV2位移：1S=山2+y2taQ=y/3、末速度V與初速度V0的夾角偏向角①偏向角嚴(yán)①JVy=atL=Vt<_Uqa=~mdUqLLntg々=mdv0+arctan UqL中= -2十 mdv20側(cè)移：<y=2at2Eq=UqLa=mmd［總結(jié)與討論］用運(yùn)動(dòng)的合成與分解觀點(diǎn)解決問題一一類似平拋運(yùn)動(dòng)若某一確定的粒子在初速度V。一定時(shí)，打在屏上的位置與什么有關(guān)？（U越大，偏轉(zhuǎn)y越大）、 、 、、 mv2d2當(dāng)U=?，粒子飛不出電場(chǎng)？（U，艾廠）當(dāng)U一定時(shí)，對(duì)不同速度的粒子，y不同一當(dāng)虬較小時(shí)?d/2,則不能飛出電場(chǎng)——對(duì)不同速度的粒子有篩選性（分束）。偏轉(zhuǎn)角中很重要，tan々=-qB，OB=lOM— 。這說明什么？（粒子好象是從入射線中點(diǎn)O直接射出一樣）。帶電粒子飛出電場(chǎng)后怎樣運(yùn)動(dòng)？——?jiǎng)蛩僦本€運(yùn)動(dòng)。?⑤若U在一U0WUWU0范圍內(nèi)變化，在熒光屏?xí)吹绞裁?？（亮斑在光屏上沿豎直線勻速掃過）（三）鞏固提高（1） 學(xué)生自學(xué)課本P114例2。提醒：不要死記公式，要掌握方法各量單位要統(tǒng)一。 ——一二—（2） 例題：如圖，質(zhì)量為m的帶電粒子，以 I想，’初速度v0進(jìn)入電場(chǎng)后沿直線運(yùn)動(dòng)到上極。 二鳧 （1）物體做什么運(yùn)動(dòng)？（2）電場(chǎng)力做功多少？（3）帶電體的電性？解析：物體做直線運(yùn)動(dòng)，ZF應(yīng)與v。在同一直線上。對(duì)物體進(jìn)行受力分析，若忽略mg,則物體只受qE,方向不可能與vo在同一直線上，所以不能忽略mg。同理電場(chǎng)力qE應(yīng)等于mg,否則合外力也不可能與v。在同一直線上。所以物體所受合外力為零，應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)力做功等于重力功，即W^=mgd.電場(chǎng)力與重力方向相反，應(yīng)豎直向上。又因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度方向向下，所以物體應(yīng)帶負(fù)電。?思考：能不能求出電場(chǎng)強(qiáng)度？（?.?qEd=mgd，可得E=mg/q）（四）布置作業(yè)▲作業(yè)：預(yù)習(xí)《示波管原理》P116練習(xí)八（1）、（2）、（3）、（4）。▲思考討論：1、下列粒子從初速為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為u的電場(chǎng)后，哪種粒子速度最大？（）A、質(zhì)子B、氘核C、a粒子（氦核）D、鈉離子Na+2、初速度為0,質(zhì)量為m,電量為q的正'j[| ||離由靜止被電壓為U的加速電場(chǎng)加速后，垂fqI直電場(chǎng)方向射入電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)并射出，||ZZZZ2^求其射出電場(chǎng)時(shí)偏離入射方向的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度？，并說明這兩個(gè)公式的物理含義（y二冷,tan中=牛均與q、m無關(guān)）。4du 2du五、板書設(shè)計(jì)： 1 1九、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、 帶電粒子的加速⑴勻速電場(chǎng)中的加速問題V*2qU/m（2） 非勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速問題：qU=AEK=2mv2~志mv2。（3） 多級(jí)加速器。2、 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)飛出時(shí)間：ULV0 “ 速度：七=竺折，件\咋+匕2位移：S=：x2+y2,tanQ=y/L=UqL側(cè)移：廣2at22mdV2偏向角：tg①=臺(tái)=勾V0 mV02d課后記幾點(diǎn)說明：帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)是電學(xué)中的一個(gè)在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)設(shè)備中很廣泛應(yīng)用的知識(shí)，關(guān)于加速、偏轉(zhuǎn)的不少問題，實(shí)際上就是某種設(shè)備部件的工作原理，如加速器、偏轉(zhuǎn)電極等，同時(shí)，在以后處理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題，方法上有很多相同之處。所以，本節(jié)內(nèi)容是很重要的知識(shí)點(diǎn)。這一點(diǎn)要開宗明義地向?qū)W生講清，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到位，重視到位。本節(jié)內(nèi)容是力學(xué)和電學(xué)的綜合知識(shí)，有一定的綜合性，教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生有意聯(lián)想、類比，回顧平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這樣就可以順暢地、自然進(jìn)行知識(shí)的對(duì)接和遷移，寓培養(yǎng)學(xué)生的類比思維和知識(shí)遷移能力于具體問題教學(xué)中。教學(xué)中設(shè)計(jì)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，其目的是讓學(xué)生加深了解，避免只抽象的講解理論，同時(shí)也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。兩次安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間給學(xué)生自學(xué)、自解例題，一方面培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，另一方面教師可通過反饋及時(shí)進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。不管是對(duì)加速還是偏轉(zhuǎn)過程的分析，都是應(yīng)用已熟悉的知識(shí)和方法，一般地過程的本身計(jì)算并不復(fù)雜，而由這些過程組合成的問題，則可以組成不同層次的題目，既可以是基礎(chǔ)性的，也可以是綜合性的，而且可以很好地訓(xùn)練學(xué)生分析解決問題的能力，在教學(xué)中重點(diǎn)是講清講透速度、側(cè)移、偏向角后設(shè)計(jì)了總結(jié)與討論，旨在鞏固理解新知識(shí)和開拓學(xué)生的思維空間，一方面為后繼課程準(zhǔn)備，另一方面是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種培養(yǎng)，但要循序漸進(jìn)，避免難度過大。教學(xué)中突出了過程分析和基本量的推導(dǎo)，又設(shè)計(jì)了適度的總結(jié)與