帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)（一）知識與技能1、理解帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問題．2、知道示波管的構(gòu)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(zhuǎn)過程分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過知識的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的精神重點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律難點(diǎn)運(yùn)用電學(xué)知識和力學(xué)知識綜合處理偏轉(zhuǎn)問題二、教學(xué)設(shè)想：1．教學(xué)的方法和手段：誘思探究和類比的教學(xué)方法、課件演示。以學(xué)生為主體，老師為引導(dǎo)、思維訓(xùn)練為主線的目標(biāo)。通過恰當(dāng)?shù)膯栴}設(shè)置和類比方法的應(yīng)用，點(diǎn)撥了學(xué)生分析問題的方法思路；引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、討論、歸納、總結(jié)，使學(xué)生親身參與獲取知識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。2.學(xué)法指導(dǎo)：根據(jù)學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和學(xué)生的實(shí)際接受能力：①通過問題的討論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力；②通過鞏固練習(xí)加深對知識規(guī)律的消化理解；③讓學(xué)生用已有的知識演繹推理、歸納總結(jié)出新的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生對知識的遷移能力。3．教學(xué)過程：為了切實(shí)完成所定教學(xué)目標(biāo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，對一些主要的教學(xué)環(huán)節(jié)采取了如下設(shè)想：讓學(xué)生思考電子在加速電場中的做初速度為零的加速運(yùn)動(dòng)如何求電子射出加速電場時(shí)的速度？并進(jìn)行推導(dǎo)。使學(xué)生認(rèn)識到在勻強(qiáng)電場中可以根據(jù)牛頓定律和動(dòng)能定理求速度，同時(shí)指出應(yīng)用能量的觀點(diǎn)研究加速問題比較簡單，動(dòng)能定理也適用于非勻強(qiáng)電場。從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，進(jìn)一步養(yǎng)成科學(xué)思維的方法。再引導(dǎo)學(xué)生觀察電子在偏轉(zhuǎn)電場中的運(yùn)動(dòng)并思考：電子在偏轉(zhuǎn)電場中的運(yùn)動(dòng)與物體在重力場中的平拋運(yùn)動(dòng)有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？②如何類比重力場中的平拋運(yùn)動(dòng)來分析帶電粒子的偏轉(zhuǎn)？這樣的引導(dǎo)之后學(xué)生自然會找到解決問題的方法，從而突破了難點(diǎn)，也培養(yǎng)了學(xué)生對知識的遷移能力。同時(shí)滲透事物之間普遍聯(lián)系的辨證思想。在上述理論分析的前提下，讓學(xué)生動(dòng)手動(dòng)筆推導(dǎo)側(cè)向速度V┸,側(cè)向位移y及偏轉(zhuǎn)角Ф的表達(dá)式。使學(xué)生清楚知識的來龍去脈，加深記憶，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。再引導(dǎo)學(xué)生分組討論：如何改變電子射出加速電場時(shí)的速度、電子射出偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的側(cè)向位移及偏轉(zhuǎn)角的大小？進(jìn)一步對加速和偏轉(zhuǎn)的原理深化理解，充分挖掘?qū)W生潛能。設(shè)置聯(lián)系加速和偏轉(zhuǎn)的全過程的問題進(jìn)行鞏固練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用新知綜合分析問題解決問題的能力，同時(shí)進(jìn)行知識反饋。三、教學(xué)過程（一）復(fù)習(xí)引入本節(jié)課內(nèi)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(chǎn)生加速度的原因，二者關(guān)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(chǎn)生加速度為a=qE/m=qU/md（勻強(qiáng)）。從而使粒子速度的大小、方向發(fā)生變化，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。那么，電荷在受到電場力的作用時(shí)，將會做什么樣的運(yùn)動(dòng)呢？這就是本節(jié)課主要研究內(nèi)容：主要研究一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)：設(shè)粒子帶正電，電量為q，質(zhì)量為m。1．帶電粒子的加速(1)動(dòng)力學(xué)分析：帶電粒子沿與電場線平行方向進(jìn)入電場，受到的電場力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上，做加(減)速直線運(yùn)動(dòng)，如果是勻強(qiáng)電場，則做勻加(減)速運(yùn)動(dòng)．(2)功能關(guān)系分析：粒子只受電場力作用，動(dòng)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(zhuǎn)(1)動(dòng)力學(xué)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(chǎn)生的勻強(qiáng)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(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))．(2)運(yùn)動(dòng)的分析方法(看成類平拋運(yùn)動(dòng))：①沿初速度方向做速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)．②沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．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(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電荷的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角θ為多少?解析：電荷在豎直方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，由L=v0t得t=L/v0由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得：帶電離子在離開電場時(shí)，豎直方向的分速度：v⊥離子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度θ可由下式確定：電荷射出電場時(shí)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(shè)交點(diǎn)P到右端Q的距離為x，則由幾何關(guān)系得：電荷好像是從水平線OQ中點(diǎn)沿直線射出一樣，注意此結(jié)論在處理問題時(shí)應(yīng)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(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖1—8—3所示，OA＝h，此電子具有的初動(dòng)能是()A．B．edUhC．D．圖1—8—4解析：電子從O點(diǎn)到A點(diǎn)，因受電場力作用，速度逐漸減小，根據(jù)題意和圖示可知，電子僅受電場力，由能量關(guān)系：，又E＝U／d，，所以圖1—8—4例3一束質(zhì)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(jìn)入勻強(qiáng)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(shè)粒子束不會擊中極板，則粒子從進(jìn)入電場到飛出極板時(shí)電勢能的變化量為．(粒子的重力忽略不計(jì))分析：帶電粒子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng)．電場力做功導(dǎo)致電勢能的改變．解析：水平方向勻速，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝L/v0①豎直方向加速，則側(cè)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(fā)生器發(fā)射出一束質(zhì)量為m，電荷量為q的離子，從靜止經(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間；③離子在偏轉(zhuǎn)電場中受到的電場力的大小F；④離子在偏轉(zhuǎn)電場中的加速度；⑤離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫向速度；⑥離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速度的大小；⑦離子在離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的橫向偏移量y；⑧離子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ的正切值tgθ解析：①不管加速電場是不是勻強(qiáng)電場，W＝qU都適用，所以由動(dòng)能定理得：②由于偏轉(zhuǎn)電場是勻強(qiáng)電場，所以離子的運(yùn)動(dòng)類似平拋運(yùn)動(dòng)．即：水平方向?yàn)樗俣葹関0的勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向?yàn)槌跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)．∴在水平方向③F=qE=④⑤⑥⑦（和帶電粒子q、m無關(guān)，只取決于加速電場和偏轉(zhuǎn)電場）解題的一般步驟是：(1)根據(jù)題目描述的物理現(xiàn)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(gè)狀態(tài)”和反映該狀態(tài)的某些“參量”，寫出這些參量間的關(guān)系式．(2)依據(jù)題目所給的條件，選用有關(guān)的物理規(guī)律，列出方程或方程組，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具，對參量間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行邏輯推理，得出有關(guān)的計(jì)算表達(dá)式．(3)對表達(dá)式中的已知量、未知量進(jìn)行演繹、討論，得出正確的結(jié)果．四、當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1．如圖l—8—6所示，電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)B板時(shí)速度為v，保持兩板間電壓不變．則()A．當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，v也增大B．當(dāng)減小兩板間距離時(shí)，v增大C．當(dāng)改變兩板間距離時(shí)，v不變D．當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)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(fù)極板邊緣垂直電場方向射入勻強(qiáng)電場，且恰好從正極板邊緣飛出，現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，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(fù)極板的邊緣垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，恰好從正極板邊緣飛出，如圖1—8—8所示，現(xiàn)在保持兩極板間的電壓不變，使兩極板間的距離變?yōu)樵瓉淼?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(yīng)為原來的（圖1—8－8A．B．C．D．24．下列帶電粒子經(jīng)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(zhì)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(qiáng)度方向垂直．自O(shè)點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)電場，如圖1—8—9所示，若以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，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(diǎn)圖1—8－9(1)電子流經(jīng)M，N、P三點(diǎn)時(shí)，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(dòng)能．從A點(diǎn)垂直于電場線飛入勻強(qiáng)電場中，當(dāng)從D點(diǎn)飛出電場時(shí)，速度方向跟電場強(qiáng)度方向成1500角．則A、B兩點(diǎn)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(fā)射的高速電子流，從而對飛行器產(chǎn)生反沖力，使其獲得加速度．已知飛行器質(zhì)量為M，發(fā)射的是2價(jià)氧離子．發(fā)射離子的功率恒為P，加速的電壓為U，每個(gè)氧離子的質(zhì)量為m．單位電荷的電荷量為e．不計(jì)發(fā)射氧離子后飛行器質(zhì)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(shù)．(離子速度遠(yuǎn)大于飛行器的速度，分析時(shí)可認(rèn)為