2022年《带电粒子在电场中的运动》教学设计.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -带电粒子在电场中的运动教学设计陈丽梅 一、课程目标（一）学问与技能 1懂得并把握带电粒子在电场中加速和偏转的运动规律；2能用牛顿运动定律和动能定理分析带电粒子在电场中加速；能用运动分解的方法处理 带电粒子在电场中的偏转问题；（二）过程与方法 1体验从最简洁的物理模型入手探究应用原理的方法；2从力和运动的规律动身,分析如何利用电场使带电粒子加速；3分析如何利用电场使带电粒子速度方向转变而发生偏转,并亲历推导过程；4体验“ 类平抛” 运动,强化运用运动分解来处理曲线运动的方法；（三）情感、态度与价值观 1感受利用

2、电场掌握带电粒子运动的巧妙之处；2进一步养成科学思维的习惯；3. 感受严谨的态度带来的胜利欢乐；启示式教学 二、教学方法：三、重点分析 ：1. 分析带电粒子沿场强方向做匀加速直线运动的规律,并用不同方法处理此类问题；2. 分析带电粒子在电场中偏转时的运动规律,能用运动分解的方法处理曲线运动；四、难点分析 ：综合运用静电力、电场力做功等概念争论带电粒子在电场中运动时速度、加速度、位移等物理量的转变及能量的转化,特别是带电粒子在电场中偏转时的偏转距离、偏转角的运算；五、教学策略： 为了帮忙同学顺当地探究和争论,将本节课用到的已学学问整理成“ 资料库”,供同学参考和查找相关内容,防止遗忘的学问成为学

3、习的障碍；六、教学过程：（一）、引入 展现图片：电子直线加速器和示波器及示波管 它们在科学争论中是不行缺少的仪器,其原理都是利用电场来掌握带电粒子（电子） 的 利用电场 运动,本节课我们要争论的就是利用电场掌握带电粒子运动的两种最简洁的情形：使带电粒子加速、利用电场使带电粒子偏转；我们以匀强电场为例来进行争论；（二）、新课教学 1、关于电场：两个正对的带电平行金属板中存在匀强电场,场强方向由正极板指 向负极板；（图示）2、关于带电粒子：我们争论的带电粒子分为两类：（ 1）微观带电粒子如电子、质子、离子、 粒子等,所受的重力一般可以忽视,有说明或明确示意除外；（老师给出实例：粒子的重力远小于电场

4、力）（2）带电液滴、带电小球等除有说明或明确示意外,处理问题时均应考虑重力；（老师给出实例：粒子的重力不远小于甚至大于电场力）3、带电粒子的加速【提出问题1】如何利用电场使带电粒子只被加速而不转变运动方向？ 第 1 页,共 5 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -【同学活动 1】（ 1）结合相关学问提出设计方案并相互争论其可行性；（ 2）同学介绍自己的设计方案；（ 3）师生互动归纳：方案 1、方案 2、方案 3 分析典

5、型方案：如图【提出问题 2】如何掌握加速的末速度？（提示） 设粒子的质量为 m,两极板间的距离为 d,运算粒子的末速度跟哪些物理量有关【同学活动 2】（ 1）运算粒子加速后的末速度（ 2）同学展现运算过程（ 3）师生互动归纳：不同的运算方法,得到的结果相同并得出结论：只需掌握两极板的电压,就能很便利地掌握粒子的末速度；（v t2qUd2qU）缘由是电场力做功与路径无关,适用于包括匀mdm（说明）动能定理处理此类问题有优越性,强电场在内的任何电场；【例题 1】 如图,金属丝经电源E 加热后可发射电子；在金属丝和金属板间加以电压U=180V ,发射出的电子在真空中加速后,从金属板的小孔穿出；电子穿

6、出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为 0； 电子的质量 9 10-31kg,电子的电荷量 1.6 10-19C 【同学活动 3】独立运算并得出结果解：电荷量为 e的电子从金属丝移动到金属板,两处的电势差为U,电场力做功W= eU ；由动能定理得1801 2mv eU2解出速度 v 并把数值代入,得veU=21.6-19 10m9-31108106m/s 4、带电粒子的偏转要使带电粒子进入电场后运动方向发生变化,应当让带电粒子的速度方向与电场的方向不在一条直线上；本节课我们争论带电粒子垂直电场方向进入匀强电场的情形；（设置情形） 如下列图,两个相同极板的长度为 l,相距为 d,极板间

7、的电压为 U；一个电子沿平行于板面的方向射入电场中,射入时的速度 v0；把两板间的电场看做匀强电场,分析电子在电场中的运动情形细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 5 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -【提出问题 1】（ 1）分析带电粒子的受力情形；（ 2）你认为这种情形同哪种运动类似,用什么方法处理这种运动呢 . （ 3）你能类比得到带电粒子在电场中运动的争论方法吗 . 【同学活动 1】争论并回答上述问题：粒子只受到与运动方向垂直的静电

8、力作用,且静电力恒定, 故粒子在电场中的运动与平抛物体的运动类似,属于匀变速曲线运动；处理这种运动的方法是：运动的分解；粒子在水平运动方向上不受力的作用,做匀速直线运动； 在垂直运动方向上受恒定的静电力作用,做初速度为 0 的匀加速运动,加速度由静电力供应；【提出问题 2】 带电粒子在什么位置射出电场？（提示） 带电粒子出电场的位置可用垂直于板面方向偏移的距离 y 表示；带电粒子在电场中运动的时间 t粒子运动的加速度 a粒子射出电场时的偏转距离 y【同学活动 2】电子在垂直于板面的方向受到静电力；由于电场不随时间转变,而且是匀强电场,所以整个运动中在垂直于板面的方向上加速度是不变的；加速度是a

9、FeEeUmmmd电子射出电场时,在垂直于板面方向偏移的距离为由l v t 可求得【提出问题 3】粒子在出电场时速度方向转变了多少？（提示） 速度方向的转变可以用出电场时速度方向与进电场时速度方向的夹角 来表示, 称之为速度的偏转角；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 5 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -将出电场时的速度正交分解粒子在离开电场时垂直板面方向的分速度 v粒子在离开电场时的偏转角度 【同学活动 3】由于电子在平行于板面的方

10、向不受力,它离开电场时,这个方向的分速度仍是 v ,而垂直于板面的分速度是vateUl0可由下式md v离开电场时的偏转角度确定tanveUlv 02 mdv 0（提示） 由以上分析,很简洁求出粒子离开电场时速度的大小；【深化分析】由粒子离开电场时偏转角度的表达式tanveUl可以知道：如偏转电场确定,和粒子进入电场时的速度大小v 02 mdv 0粒子偏转角度的大小与粒子本身特点（粒子的电荷量和质量）有关；5、问题与练习氢和氘是同位素,氘核的质量是氢核质量的2 倍,而它们的电荷量相同；（ 1）两个粒子通过相同电场,由静止开头加速,它们获得的动能之比是 Ek 氢 Ek 氘= （ 2）两个粒子通过

11、同一对平行板形成的电场,进入时速度方向与板面平行,如它们的初速度相同,离开时粒子偏转角的正切之比 tan 氢 tan （氘） = ；如它们的初动能相同,离开时粒子垂直板面方向的偏转距离之比 y氢y氘= ；解答：（ 1）由动能定理1mv2eU 可知 Ek 氢Ek 氘=11 ,偏转角的正切tanv0eUl,2（ 2）出电场时垂直板面的分速度vateUlmdv 0v2 mdv 0所以 tan 氢 tan （氘） = 21细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 5 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - -

12、 - - - - - - - - - - - - -由y12 at 得y1eUl02,可知 y 氢 y 氘= 1122mdv6、小结（1）静电场与重力场的类比带电粒子在匀强电场中的运动,与重物在重力场中的运动相像,有时像自由落体运动,有时像抛体运动,依初速度是否为 因此不同质量的物体具有相同的加速度0 而定；不过,重力在重力场中受到的力与质量成正比,g；但是带电粒子在电场中受到的力跟它的电荷量成正比, 而电荷量相同的粒子可能质量不同,因而它们在电场中的加速度可能互不相同,这是静电场与重力场的重要区分；争论带电粒子在电场中运动的两种途径（1）力和运动的关系牛顿其次定律 依据带电粒子受到的电场力及

13、初速度情形,用牛顿其次定律找出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的速度、况位移等 这条途径通常适用于匀强电场中粒子做匀变速运动的情（2）功和能的关系动能定理电场力对带电粒子做功,引起带电粒子的能量发生变化. 利用功能关系争论带电粒子的速度变化、通过的位移、能量的变化等这条途径也适用于非匀强电场7、板书带电粒子在电场中的运动（一）、带电粒子的加速由 W=qU 及动能定理：2 Uq）W= Ek=1 mv 2-0 2得：qU=1 mv 22到达另一板时的速度为：v=2 qUm 掌握 U,就可掌握末速度v 设初速为 v0,末速为 v,就据动能定理得qU=1 mv 2-21 mv0 22所以v=v22 qU（v0=0 时,v=0mm（二）、带电粒子的偏转y=1 at 2=21UqL v 02qL2dU.qLdU. 第 5 页,共 5 页 2md2 2 mv 0tan =v 1qLdUarctanv0mv2 02 mv 0细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -