高中物理人教必修三10.5 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教案

1、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【教學(xué)目標(biāo)】1理解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問(wèn)題。2知道示波管的構(gòu)造和基本原理。3通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)過(guò)程分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。4通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的精神?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】綜合應(yīng)用力學(xué)和電學(xué)知識(shí)處理偏轉(zhuǎn)問(wèn)題?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、新課導(dǎo)入教師活動(dòng)：給學(xué)生拋出2012年全世界粒子物理學(xué)界最振奮人心的消息：發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”。給大家講述中國(guó)科學(xué)院卡弗里理論物理研究所2012年KITPC拓展項(xiàng)目活動(dòng)，歐洲核子中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)原理。結(jié)合北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的圖片講述參觀感受，介紹電子直

2、線加速原理與世界粒子物理研究前沿對(duì)接，引入新課。二、新課教學(xué)1教學(xué)任務(wù)：帶電粒子在電場(chǎng)中的的平衡問(wèn)題師生活動(dòng)：出示問(wèn)題問(wèn)題1：水平放置的兩平行金屬板間有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，已知板間距離為d=5cm，有一質(zhì)量為m=1.010-9kg、帶負(fù)電的液滴懸浮其中，其電荷量為5.010-12C，要使液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，兩極板間應(yīng)加多大的電勢(shì)差？哪塊極板的電勢(shì)較高？以提問(wèn)的方式，師生共同分析得出結(jié)論，投影解題過(guò)程。學(xué)生回答：略2教學(xué)任務(wù)：帶電粒子的加速師生活動(dòng)：出示問(wèn)題問(wèn)題2：如圖，兩平行極板之間的距離為d，板間存在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，有一電荷量為e，質(zhì)量為m的電子，從左側(cè)極板附近由靜止加速，求：電子的加速度、到達(dá)右

3、側(cè)極板時(shí)的速度及所需時(shí)間。問(wèn)題3：如圖，兩平行極板之間的距離為d，板間電壓為U，有一電荷量為e，質(zhì)量為m的電子，從左側(cè)極板附近由靜止加速，求：電子的加速度、到達(dá)右側(cè)極板時(shí)的速度及所需時(shí)間。問(wèn)題4：如圖，兩平行極板之間的距離為d，板間電壓為U，有一電荷量為e，質(zhì)量為m的電子，以初速度為v0從左側(cè)極板附近加速，求：電子的加速度和到達(dá)右側(cè)極板時(shí)的速度。學(xué)生分三組，分別完成問(wèn)題2、問(wèn)題3和問(wèn)題4，分別匯報(bào)結(jié)果。征求不同的解法和思路，總結(jié)出兩種不同的處理思路：動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)。方法一：先求出帶電粒子的加速度：a=再根據(jù)v可求得當(dāng)帶電粒子從靜止開(kāi)始被加速時(shí)獲得的速度為：v方法二：由W=qU及動(dòng)能定理：

4、W=qU得：v到達(dá)另一板時(shí)的速度為：v深入探究：（1）結(jié)合牛頓第二定律及動(dòng)能定理中做功條件（W=Fscos恒力（2）若初速度為v0（不等于零），推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。學(xué)生思考討論，列式推導(dǎo)（教師抽查學(xué)生探究結(jié)果并展示）教師最后點(diǎn)撥拓展：推導(dǎo)：設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動(dòng)能定理得qU所以vv0=0時(shí)， v=方法滲透：理解運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)會(huì)求解方法，不去死記結(jié)論。教學(xué)任務(wù)：拓展1在加速問(wèn)題中，如果兩極板是其他形狀，例如圖中所示電場(chǎng)，中間的電場(chǎng)不再均勻，上面的結(jié)果是否仍然適用？為什么？3教學(xué)任務(wù)：帶電粒子的偏轉(zhuǎn)師生活動(dòng)：投影問(wèn)題5問(wèn)題5：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，兩極板之間

5、的電壓為U，板長(zhǎng)為l，板間距離為d，電子電荷量為e，質(zhì)量為m，初速度為v0水平向右，電子能從極板右側(cè)打出。問(wèn)題討論：分析電子的受力情況。你認(rèn)為這種情境同哪種運(yùn)動(dòng)類似，這種運(yùn)動(dòng)的研究方法是什么?你能類比得到帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的研究方法嗎?求：電子在射出電場(chǎng)時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離。電子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度偏轉(zhuǎn)角的正切值。學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合所學(xué)知識(shí)，自主分析推導(dǎo)。（教師抽查學(xué)生活動(dòng)結(jié)果并展示，教師激勵(lì)評(píng)價(jià)）同桌對(duì)結(jié)果相互評(píng)議，針對(duì)不同意見(jiàn)進(jìn)行討論，達(dá)成一致。投影示范解析：解：由于帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力僅有電場(chǎng)力（與初速度垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)。粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=加

6、速度a=豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離y=粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為v速度為v=粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為tan教學(xué)任務(wù)：拓展2、拓展3拓展2：如果偏轉(zhuǎn)電壓增大，則電子的偏轉(zhuǎn)位移和偏轉(zhuǎn)角如何變化？如果偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的上極板帶負(fù)電，下極板帶正電，電子又會(huì)往哪兒偏？如果偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的兩極板如圖示豎直放置，電子會(huì)如何偏轉(zhuǎn)呢？拓展3電子從靜止開(kāi)始經(jīng)加速電壓U1加速后，沿垂直于電場(chǎng)線方向射入兩平行板中央，如何處理這種先加速后偏轉(zhuǎn)的問(wèn)題？4教學(xué)任務(wù)：示波管（1）示波器：用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器，其核心部分是示波管。師生活動(dòng)：多媒體展示：示波管原理圖：示波器的核心部分是示波管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。（2）

7、示波管的構(gòu)造及原理認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)：電子槍通電后會(huì)產(chǎn)生熱電子，電子在加速電場(chǎng)作用下被加速，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，只是這里有兩組偏轉(zhuǎn)電極。例題：已知加速電壓U1、極板長(zhǎng)l、YY偏轉(zhuǎn)電極的電壓U求：電子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏向角正切值tan及打到屏上電子的偏移量y（3）常見(jiàn)波形三、鞏固練習(xí)1.如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+?的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)M、N間電壓為?時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為?，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2?，則下述方法能滿足要求的是（ ）A、使M、N間電壓增加為2UB、使M、N間電壓增加為4UC、使M、N間電壓不變，距離減半D、使M、N間電壓不變，距離加倍2.氫的三種同位素氕、氘、氚的原子核分別為11H、12HA氕核 B氘核 C氚核 D一樣大3.如圖所示，電子在電勢(shì)差為U1的電場(chǎng)中加速后，垂直進(jìn)入電勢(shì)差為U2的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，在滿足電子能射出的條件下，下列四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角A