帶電粒子在電場中的運動教學設計一、學習目標（一）知識與技能1、理解帶電粒子在電場中的運動規律，并能分析解決加速和偏轉方向的問題．2、知道示波管的構造和基本原理．（二）過程與方法通過帶電粒子在電場中加速、偏轉過程分析，培養學生的分析、推理能力（三）情感、態度與價值觀通過知識的應用，培養學生熱愛科學的精神重點帶電粒子在勻強電場中的運動規律難點運用電學知識和力學知識綜合處理偏轉問題二、教學設想：1．教學的方法和手段：誘思探究和類比的教學方法、課件演示。以學生為主體，老師為引導、思維訓練為主線的目標。通過恰當的問題設置和類比方法的應用，點撥了學生分析問題的方法思路；引導學生進行分析、討論、歸納、總結，使學生親身參與獲取知識，提高學生的綜合素質。2.學法指導：根據學生已有的知識基礎和學生的實際接受能力：①通過問題的討論，培養學生分析問題的能力；②通過鞏固練習加深對知識規律的消化理解；③讓學生用已有的知識演繹推理、歸納總結出新的規律，培養學生對知識的遷移能力。3．教學過程：為了切實完成所定教學目標，充分發揮學生的主體作用，對一些主要的教學環節采取了如下設想：讓學生思考電子在加速電場中的做初速度為零的加速運動如何求電子射出加速電場時的速度？并進行推導。使學生認識到在勻強電場中可以根據牛頓定律和動能定理求速度，同時指出應用能量的觀點研究加速問題比較簡單，動能定理也適用于非勻強電場。從而培養學生分析問題、解決問題的能力，進一步養成科學思維的方法。再引導學生觀察電子在偏轉電場中的運動并思考：電子在偏轉電場中的運動與物體在重力場中的平拋運動有什么相同點和不同點？②如何類比重力場中的平拋運動來分析帶電粒子的偏轉？這樣的引導之后學生自然會找到解決問題的方法，從而突破了難點，也培養了學生對知識的遷移能力。同時滲透事物之間普遍聯系的辨證思想。在上述理論分析的前提下，讓學生動手動筆推導側向速度V┸,側向位移y及偏轉角Ф的表達式。使學生清楚知識的來龍去脈，加深記憶，培養學生應用物理知識解決實際問題的能力。再引導學生分組討論：如何改變電子射出加速電場時的速度、電子射出偏轉電場時的側向位移及偏轉角的大小？進一步對加速和偏轉的原理深化理解，充分挖掘學生潛能。設置聯系加速和偏轉的全過程的問題進行鞏固練習，培養學生應用新知綜合分析問題解決問題的能力，同時進行知識反饋。三、教學過程（一）復習引入本節課內容1、帶電粒子在電場中也要受到電場力的作用：F=qE2、（牛頓第二定律）力是產生加速度的原因，二者關系為F=ma。因此，帶電粒子在電場中所受的電場力，會使帶電粒子產生加速度為a=qE/m=qU/md（勻強）。從而使粒子速度的大小、方向發生變化，運動狀態發生改變。那么，電荷在受到電場力的作用時，將會做什么樣的運動呢？這就是本節課主要研究內容：主要研究一個帶電粒子在勻強電場中的運動：設粒子帶正電，電量為q，質量為m。1．帶電粒子的加速(1)動力學分析：帶電粒子沿與電場線平行方向進入電場，受到的電場力與運動方向在同一直線上，做加(減)速直線運動，如果是勻強電場，則做勻加(減)速運動．(2)功能關系分析：粒子只受電場力作用，動能變化量等于電勢能的變化量．(初速度為零)；此式適用于一切電場．2．帶電粒子的偏轉(1)動力學分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產生的勻強電場中，受到恒定的與初速度方向成900角的電場力作用而做勻變速曲線運動(類平拋運動)．(2)運動的分析方法(看成類平拋運動)：①沿初速度方向做速度為v0的勻速直線運動．②沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動．例1如圖1—8—1所示，兩板間電勢差為U，相距為d，板長為L．—正離子q以平行于極板的速度v0射入電場中，在電場中受到電場力而發生偏轉，則電荷的偏轉距離y和偏轉角θ為多少?解析：電荷在豎直方向做勻加速直線運動，受到的力F＝Eq＝Uq/d由牛頓第二定律，加速度a=F/m=Uq/md水平方向做勻速運動，由L=v0t得t=L/v0由運動學公式可得：帶電離子在離開電場時，豎直方向的分速度：v⊥離子離開偏轉電場時的偏轉角度θ可由下式確定：電荷射出電場時的速度的反向延長線交兩板中心水平線上的位置確定：如圖所示，設交點P到右端Q的距離為x，則由幾何關系得：電荷好像是從水平線OQ中點沿直線射出一樣，注意此結論在處理問題時應用很方便．例2兩平行金屬板相距為d，電勢差為U，一電子質量為m，電荷量為e，從O點沿垂直于極板的方向射出，最遠到達A點，然后返回，如圖1—8—3所示，OA＝h，此電子具有的初動能是()A．B．edUhC．D．圖1—8—4解析：電子從O點到A點，因受電場力作用，速度逐漸減小，根據題意和圖示可知，電子僅受電場力，由能量關系：，又E＝U／d，，所以圖1—8—4例3一束質量為m、電荷量為q的帶電粒子以平行于兩極板的速度v0進入勻強電場，如圖1—8—4所示．如果兩極板間電壓為U，兩極板間的距離為d、板長為L．設粒子束不會擊中極板，則粒子從進入電場到飛出極板時電勢能的變化量為．(粒子的重力忽略不計)分析：帶電粒子在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向做勻加速運動．電場力做功導致電勢能的改變．解析：水平方向勻速，則運動時間t＝L/v0①豎直方向加速，則側移②且③由①②③得則電場力做功圖1—8－5圖1—8－5例4如圖1—8－5所示，離子發生器發射出一束質量為m，電荷量為q的離子，從靜止經加速電壓U1加速后，獲得速度，并沿垂直于電場線方向射入兩平行板中央，受偏轉電壓U2作用后，以速度離開電場，已知平行板長為，兩板間距離為d，求：①的大小；②離子在偏轉電場中運動時間；③離子在偏轉電場中受到的電場力的大小F；④離子在偏轉電場中的加速度；⑤離子在離開偏轉電場時的橫向速度；⑥離子在離開偏轉電場時的速度的大小；⑦離子在離開偏轉電場時的橫向偏移量y；⑧離子離開偏轉電場時的偏轉角θ的正切值tgθ解析：①不管加速電場是不是勻強電場，W＝qU都適用，所以由動能定理得：②由于偏轉電場是勻強電場，所以離子的運動類似平拋運動．即：水平方向為速度為v0的勻速直線運動，豎直方向為初速度為零的勻加速直線運動．∴在水平方向③F=qE=④⑤⑥⑦（和帶電粒子q、m無關，只取決于加速電場和偏轉電場）解題的一般步驟是：(1)根據題目描述的物理現象和物理過程以及要回答問題，確定出研究對象和過程．并選擇出“某個狀態”和反映該狀態的某些“參量”，寫出這些參量間的關系式．(2)依據題目所給的條件，選用有關的物理規律，列出方程或方程組，運用數學工具，對參量間的函數關系進行邏輯推理，得出有關的計算表達式．(3)對表達式中的已知量、未知量進行演繹、討論，得出正確的結果．四、當堂達標1．如圖l—8—6所示，電子由靜止開始從A板向B板運動，當到達B板時速度為v，保持兩板間電壓不變．則()A．當增大兩板間距離時，v也增大B．當減小兩板間距離時，v增大C．當改變兩板間距離時，v不變D．當增大兩板間距離時，電子在兩板間運動的時間延長圖1—8－72．如圖1—8—7所示，兩極板與電源相連接，電子從負極板邊緣垂直電場方向射入勻強電場，且恰好從正極板邊緣飛出，現在使電子入射速度變為原來的兩倍，而電子仍從原位置射圖1—8－7A．2倍B．4倍C．0.5倍D．0.25倍圖1—8－83．電子從負極板的邊緣垂直進入勻強電場，恰好從正極板邊緣飛出，如圖1—8—8所示，現在保持兩極板間的電壓不變，使兩極板間的距離變為原來的2倍，電子的入射方向及位臀不變，且要電子仍從正極板邊緣飛出，則電子入射的初速度大小應為原來的（圖1—8－8A．B．C．D．24．下列帶電粒子經過電壓為U的電壓加速后，如果它們的初速度均為0，則獲得速度最大的粒子是()A．質子B．氚核C．氦核D．鈉離子Na＋圖1—8－95．真空中有一束電子流，以速度v、沿著跟電場強度方向垂直．自O點進入勻強電場，如圖1—8—9所示，若以O為坐標原點，x軸垂直于電場方向，y軸平行于電場方向，在x軸上取OA＝AB＝BC，分別自A、B、C點圖1—8－9(1)電子流經M，N、P三點時，沿x軸方向的分速度之比為．(2)沿y軸的分速度之比為．圖1—8—圖1—8—106．如圖1—8—10所示，—電子具有100eV的動能．從A點垂直于電場線飛入勻強電場中，當從D點飛出電場時，速度方向跟電場強度方向成1500角．則A、B兩點之間的電勢差UAB＝V．7．靜止在太空中的飛行器上有一種裝置，它利用電場加速帶電粒子形成向外發射的高速電子流，從而對飛行器產生反沖力，使其獲得加速度．已知飛行器質量為M，發射的是2價氧離子．發射離子的功率恒為P，加速的電壓為U，每個氧離子的質量為m．單位電荷的電荷量為e．不計發射氧離子后飛行器質量的變化，求：(1)射出的氧離子速度．(2)每秒鐘射出的氧離子數．(離子速度遠大于飛行器的速度，分析時可認為