專題：帶電粒子在勻強電場中運動(教案練習)

1、139 帶電粒子在勻強電場中的運動（2課時）第1課時一、教學目標1使學生理解并掌握帶電粒子在電場中運動的特點和規(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等方面的問題2培養(yǎng)學生綜合應用物理知識對具體問題進行具體分析的能力二、教學重點、難點分析：帶電粒子在電場中的運動是電場知識的重要應用，注重分析判斷帶電粒子在電場力作用下的運動情況，掌握運用力的觀點和能的觀點求解帶電粒子運動的思路和方法帶電粒子在電場中加速和偏轉問題將使用大部分力學知識，所以在復習中應加以對照，幫助學生理解掌握三、教學方法：實驗演示，啟發(fā)式教學，計算機輔助教學四、教 具：實物投影儀（或幻燈片），投影片，平拋運動速度、位移

2、分解圖，示波管原理，由沙擺得出簡諧運動位移-時間圖像裝置圖，電子束演示儀、示波管、示波器、訊號源、220V交流電源，計算機（模擬示波管YY和XX極板使電子束的偏轉和掃描作用），自制教學課件五、教學過程。（一）引入新課1、激發(fā)興趣【演示】 利用示波器產(chǎn)生動態(tài)的正弦圖形，指出這是電子經(jīng)電場加速后又在兩個相互垂直的電場作用下偏轉的結果。2、介紹帶電粒子：一般把重力可忽略不計的微觀粒子稱為帶電粒子，如質子、電子、原子核、離子等。利用電場使帶電粒子加速或偏轉在電子技術和高能物理中有重要應用，如北京正負電子對撞機是利用電場加速的實例，剛才看到的示波器又是電子在加速及偏轉的實例。下面我們共同探討帶電粒子在電

3、場中的運動規(guī)律?！景鍟?第九節(jié) 帶電粒子在勻強電場中的運動（二）進行新課【板書】一、帶電粒子的加速1、勻強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負極板時的速度v2？學生小組討論后，總結：（1）運用運動學和動力學方法求解，因電場力為恒力，a=F/m=Uq/dm、v22-v12=2ad，可求出v2=（2）運用能量觀點求解，qU=mv22/2-mv12/2，可求出v2= （請同學比較在題設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電場中加速，電場力為變力，只可用能量觀點求解?！景鍟?2、非勻強電場中的加速問題qU=Ek【板書】二、帶電粒子在勻強電場中的偏轉【板圖】（或投影）如課本圖13-52所示已知：帶電粒子電性為負，電量大小為q，質量為m，重力不計，初速度v0垂直于場強。勻強電場：真空中YY極板水平放置，二板間距為d，電勢差為U，板長為。讓學生討論下述幾個問題：-q受力情況如何？運動性質如何？它的運動與力學中的那種運動相似？用什么方法研究-q運動規(guī)律從而求出它射出電場時在豎直方向偏移原來運動方向的距離y、末速度v及偏轉角度？（可利用平拋運動的投影圖幫學生回憶）【演示】電

5、子束在電場中偏轉，給出電場方向，先是讓學生猜想電子束偏轉方向如何，再用實驗驗證，以調動學生的積極性，然后再做定量分析。這種帶電粒子的勻變速曲線運動，可以用能量觀點研究，也可以用運動分解與合成觀點研究，要求y和v、，按本題條件，我們用后一種觀點進行研究?！景鍟克剑簞蛩龠\動，vx=v0，=v0t豎直：初速度為零，加速度a=qU/md，勻加速直線運動，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，可證，它的物理意義是，粒子好像是從入射線中點O點直接射出一樣。思考：帶電粒子在電場中位移大小及方向？（，）學生自學課本第139

6、頁例題2回答應注意的問題：（1）合運動和分運動具有等勢性；（2）合運動和分運動具有獨立性。即互不干涉、獨立進行。下面介紹使帶電粒子先加速后偏轉在電子技術中的應用示波器。【演示】示波器熒光屏光點上下移動，后又展開成正弦圖形，然后介紹示波器核心示波管?！景鍟咳?、示波管【課件演示】示波管構造及工作原理1構造及功用：（1）電子槍：發(fā)射并加速電子（2）偏轉電極YY：使電子束豎直方向偏轉（加信號電壓）XX：使電子束水平方向偏轉（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動，出電場后作勻速直線運動打到熒光屏上。見課本圖14-56，由幾何知識得

7、：，同學們自己推導，偏移：y=(，若信號電壓，則：y=y隨信號電壓同步調變化，但由于視覺暫留及熒光物質的殘光特性，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】由簡諧運動物體砂擺直接得出振動圖象演示，學生討論：以勻速拉出木板類推掃描原理?？偨Y：在掃描電壓一個周期內，信號電壓也變化一個周期，熒光屏將出現(xiàn)一完整的正弦圖形。（三）課堂小結1帶電粒子在勻強電場中的運動：加速和偏轉。處理方法：運動學觀點或能的觀點。2示波管的構造及工作原理第2課題一、教學目標1使學生進一步理解并掌握帶電粒子在電場中運動的特點

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等方面的問題2培養(yǎng)學生綜合應用物理知識對具體問題進行具體分析的能力二、教學重點、難點分析帶電粒子在電場中的運動是電場知識的重要應用，注重分析判斷帶電粒子在電場力作用下的運動情況，掌握運用力的觀點和能的觀點求解帶電粒子運動的思路和方法帶電粒子在電場中加速和偏轉問題將使用大部分力學知識，所以在復習中應加以對照，幫助學生理解掌握三、教學方法：講練結合，啟發(fā)式教學，學案導學四、教 具：幻燈片、投影儀五、教學過程。（一）引入新課復習提問上節(jié)課我們學習了帶電粒子在勻強電場中的運動專題，帶電粒子在勻強電場中的運動有加速和偏轉兩種情況，可以用什么方法求解？

9、（1）運動學和動力學方法（運動的分解與合成、運動學公式、牛頓運動定律）（2）運用能量觀點求解（動能定理、能量守恒定律）這節(jié)課我們繼續(xù)學習帶電粒子在電場中的運動。（二）進行新課1作業(yè)講評根據(jù)上節(jié)課學生作業(yè)中出現(xiàn)的問題進行適當評析。2例題精講（1）帶電粒子在電場中運動判斷與分析帶電粒子在電場中的直線運動【例1】如下圖所示，在勻強電場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在開始運動后，將（C）A沿電場線方向做勻加速運動B沿電場線方向做變加速運動C沿電場線方向做勻減速運動D偏離電場線方向做曲線運動思考：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？方向與初速度v0的方向的關系怎么樣？帶電粒子在電場中的曲線運動【例2】如下圖所示，兩平行金屬板間有勻強電場，場強方向指向下板，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動可能是（C）A沿初速度方向做勻速運動B向下板方向偏移，做勻變速曲線運動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動與重力場中的平拋運動類比，尋求解決問題的思路建立直角坐標系，將運動分解為垂直于場強方向和沿場強方向分別加以討論解析：在勻強電場中，-q受電場力的特點為：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、曲線運動，軌跡為拋物線（2）研究帶電粒子在電場中運動的方法運用牛頓定律研究帶電粒子在電場中運動基本思路：先用牛頓第二定律求出粒子的加速度，進而確定粒子的運動形式，再根據(jù)帶電粒子的運動形式運用相應的運動學規(guī)律求出粒子的運動情況【例3】如下圖所示，一個質量為m，帶電量為q的粒子，從兩平行板左側中點沿垂直場強方向射入，當入射速度為v0時，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動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動視為沿平行板方向上的勻速直線運動與垂直板的方向上的初速度為零的勻加速直線運動的合運動粒子恰好穿過電場時，它沿平行板的方向發(fā)生位移L所用時間，與垂直板方向上發(fā)生位移d/2所用時間相等，設兩板電壓為U，則有：利用牛頓運動定律和運動學公式分解分別表示兩個分運動遵從的規(guī)律正確理解恰好穿過電場的含義當入射速度變?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，均使粒子在與垂直板方向上發(fā)生位移d/2所用時間增為原來的2倍，從而保證粒子仍恰好穿過電場，因此選項A、

13、D正確思考：帶電粒子為什么做這樣的運動？應滿足什么條件？運用動能定理研究帶電粒子在電場中運動基本思路；根據(jù)電場力對帶電粒子做功的情況，分析粒子的動能與勢能發(fā)生轉化的情況，運用動能定理或者運用在電場中動能與電勢能相互轉化而它們的總和守恒的觀點，求解粒子的運動情況【例4】如下圖所示，質量為m，電量為e的電子，從A點以速度v0垂直場強方向射入勻強電場中，從B點射出電場時的速度方向與電場線成120度角，則A、B兩點間的電勢差是多少？解析：電子從A運動到B的過程中，電場力對電子做正功，由動能定理和幾何關系有：veUU這一思路對于帶電粒子在任何電場中的運動都適用（三）課堂練習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質子 B氘核 C粒子 D鈉離子2在勻強電場中，將質子和粒子由靜止釋放，若不計重力，當它們獲得相同動能時，質子經(jīng)歷的時間t1和粒子經(jīng)歷的時間t2之比為 A11 B12 C21 D413如下圖所示，質量為m，帶電量為+q的滑塊，沿絕緣斜面勻速下滑，當滑塊滑至豎直向下的勻強電場區(qū)域時，滑塊的運動狀態(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，質量為m的粒子以速度v垂直板間電場方向進入板間電場區(qū)，并飛離出電場區(qū)域，則其側移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點沿著垂直于板的方向射出到達A點后即返回，若OA距離為h，則此電子具有的初動能是 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，每個板帶電量為Q一個質量為m，帶電量為q的粒子從兩板上端中點以初速度v豎直向下射入電場，打在右板的M點不計粒子的重力，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，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電場，一個帶電粒子以平行于極板的方向進入此電場，要使此粒子離開電場時偏轉距離為原來的1/2（不計粒子所受重力），可采用方法為 A使粒子初速為