必修3 第二章靜電場的應用《第二節(jié) 帶電粒子在電場中的運動（第2課時）》教案

7/7必修3第二章靜電場的應用第二節(jié)帶電粒子在電場中的運動（第2課時）【教學目標】1．物理觀念：理解帶電粒子在電場中的運動規(guī)律，并能在實際情景中分析解決加速和偏轉的問題。2．科學思維：知道加速器和示波管的構造和基本原理，通過加速器和示波器原理分析，培養(yǎng)學生的分析、推理能力。3．科學探究：觀察示波器顯示的圖形，會最簡單的示波器調節(jié)操作。4．科學態(tài)度與責任；通過知識的應用，培養(yǎng)學生熱愛科學的精神?！窘虒W重點】加速器和示波器原理分析?！窘虒W難點】綜合應用力學和電學知識處理偏轉問題?！窘虒W過程】一、復習導入1.基礎知識回顧一、帶電粒子在電場中的加速二、帶電粒子在電場中的偏轉三、帶電粒子在電場中的加速+偏轉2.基本方法回顧二、新課教學教學任務1四、直線加速器引入：電子被加速器加速后轟擊重金屬靶時，會產生射線，可用于放射治療。在原子物理、核物理等領域，帶電粒子被加速成高能粒子，轟擊原子、原子核，幫助人類認識物質微觀結構。如何加速粒子？思考1：加速極板兩極間電壓不能無限增大，要想讓粒子獲得更大的速度該怎么辦呢？多級加速！思考2：為什么兩金屬圓筒間要加交變電壓？思考3：電子在兩極板間和金屬圓筒內分別做什么運動？勻加速直線運動和勻速直線運動思考4：為什么金屬圓筒越來越長？第n級金屬圓筒長度Ln=vnt，其中t=T/2。思考5：如果初始狀態(tài)靜止的電子每進入一個圓筒前都被加速一次，則第n個金屬圓筒的長度應該是多少？由：得：即：缺點：占用空間較大，已建成的直線加速器有幾千米到幾十千米長。引出其它加速器的可能，為后面選擇性必修內容做鋪墊。教學任務2：五、示波器師生活動：多媒體展示：示波器的實驗視頻。示波器：顯示電信號隨時間變化的儀器，屏幕上的亮線是由電子束高速撞擊熒光屏產生的。展示示波管示意圖，示波器的核心部分是示波管，由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成。認識結構：電子槍通電后會產生熱電子，電子在加速電場作用下被加速，經過偏轉電場發(fā)生偏轉，只是這里有兩組偏轉電極。思考與討論1：電子經過偏轉電場后打在熒光屏上的偏移量與所加電壓的關系？得：Y∝U2只加UYY’時：Y∝UYY’同理，只加UXX’時：X∝UXX’思考與討論2：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢比Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？思考與討論3：如果在電極XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？思考與討論4：如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏會看到的什么樣的圖形？Yˊ隨信號電壓同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線。思考與討論5：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使X的電勢比Xˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？思考與討論6：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使Xˊ的電勢比X高，電子將打在熒光屏的什么位置？總結：若XXˊ所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來回運動一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線。思考與討論7：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時在XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會看到什么圖形？附：常見波形三、鞏固練習1.在如圖所示的示波管中，如果在熒光屏右上方出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的X偏轉板應帶什么電?Y偏轉板應帶什么電?為什么?1.答案：極板X應帶正電，極板Y應帶正電，示波管中電子向第一象限偏轉，說明水平方向受力向右，豎直方向受力向上，所以極板X應帶正電，極板Y應帶正電。2.(多選)如圖所示為示波管中電子槍的原理示意圖，示波管內被抽成真空．K為發(fā)射電子的陰極，A為接在高電勢點的加速陽極，A、K間電壓為U，電子離開陰極時的速度可以忽略不計，電子經加速后從A的小孔中射出時的速度大小為v.下列說法正確的是()A．如果A、K間距離減半而電壓仍為U，則電子離開A時的速度仍為vB．如果A、K間距離減半而電壓仍為U，則電子離開A時的速度變?yōu)閑q\f(v,2)C．如果A、K間距離不變而電壓減半，則電子離開A時的速度變?yōu)閑q\f(\r(2),2)vD．如果A、K間距離不變而電壓減半，則電子離開A時的速度變?yōu)閑q\f(v,2)2.解析：選AC根據(jù)動能定理得Ue＝eq\f(mv2,2)，可得v＝eq\r(\f(2eU,m))，可知v與A、K間距離無關，若A、K間距離減半而電壓仍為U，則電子離開A時的速度仍為v，故選項A正確，B錯誤；根據(jù)v＝eq\r(\f(2eU,m))可知，電壓減半時，電子離開A時速度變?yōu)閑q\f(\r(2),2)v，故選項C正確，D錯誤．3.如圖甲所示平行板電容器A、B兩板上加上如圖乙所示的交變電壓，開始B板的電勢比A板高，這時兩板中間原來靜止的電子在電場力作用下開始運動，設電子在運動中不與極板發(fā)生碰撞，則下列說法正確的是(不計電子重力)()A．電子先向A板運動，然后向B板運動，再返回A板做周期性來回運動B．電子一直向A板運動C．電子一直向B板運動D．電子先向B板運動，然后向A板運動，再返回B板做周期性來回運動3.解析：選C由運動學和動力學規(guī)律畫出如圖所示的v－t圖象可知，電子一直向B板運動，選項C正確．4.（多選）示波器是一種常用的電學儀器，可以在熒光屏上顯示出被檢測的電壓隨時間的變化情況．如圖所示，電子經電壓u1加速后進入偏轉電場．下列關于所加豎直偏轉電壓u2、水平偏轉電壓u3與熒光屏上所得的圖象的說法正確的是()A．如果只在u2上加上圖甲所示的電壓，則在熒光屏上看到的圖形如圖(a)所示B．如果只在u3上加上圖乙所示的電壓，則在熒光屏上看到的圖形如圖(b)所示C．如果同時在u2和u3上加上圖甲、乙所示的電壓，則在熒光屏上看到的圖形如圖(c)所示D．如果同時在u2和u3上加上圖甲、乙所示的電壓，則在熒光屏上看到的圖形如圖(d)所示4.解析：選ABD由電子在電場中偏轉規(guī)律知，選項A、B、D正確．5.如圖所示是直線加速器的一部分，A、B接在電壓大小為U、極性隨時間t周期性變化的電源上。一質量為m、電量為e的電子，以初速度v0進入第3個金屬圓筒左側的小孔，此后在每個筒內均做勻速直線運動，時間恰好都為t，在每兩筒的縫隙間利用電場加速，時間不計。試計算確定3個筒各自的長度以及電子從第5個金屬圓筒出來時的速度。5.解析：設第3、4、5