/index第9節(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)目標(biāo)學(xué)生會(huì)從運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的角度、從功和能量的角度分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速問題。學(xué)生知道帶電粒子垂直于電場(chǎng)線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并能對(duì)偏轉(zhuǎn)距離、偏轉(zhuǎn)角度、離開電場(chǎng)時(shí)的速度等物理量分析計(jì)算。學(xué)生了解示波管的工作原理，體會(huì)靜電場(chǎng)知識(shí)對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響。學(xué)生通過解決帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)問題，加深對(duì)從牛頓運(yùn)動(dòng)定律和功能關(guān)系兩個(gè)角度分析物體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，以及將勻變速曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)方向上的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)來處理的思路的認(rèn)識(shí)。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：計(jì)算帶電粒子在電場(chǎng)中加速獲得速度、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)：帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律、示波管原理教學(xué)方法：講授法、啟發(fā)式教學(xué)、對(duì)話教學(xué)教學(xué)過程新課引入中國(guó)散裂中子源包括一臺(tái)直線加速器、一臺(tái)快循環(huán)同步加速器、一個(gè)靶站，以及一期三臺(tái)供科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的中子散射譜儀。主要原理是通過離子源產(chǎn)生負(fù)氫離子，利用一系列直線加速器將負(fù)氫離子加速到80MeV，之后將負(fù)氫離子經(jīng)剝離作用變成質(zhì)子后注入到一臺(tái)快循環(huán)同步加速器中，將質(zhì)子束流加速到16億電子伏特，速度相當(dāng)于0.9倍光速，把質(zhì)子束當(dāng)成“子彈”，去轟擊原子系數(shù)很高的重金屬靶，金屬靶的原子核被撞擊產(chǎn)生中子，射向樣品，科學(xué)家通過圍繞樣品的譜儀“收集”被散射的中子，獲得樣品物質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息問題：帶電粒子是如何加速獲得很高的動(dòng)能的？如何計(jì)算加速后帶電粒子的動(dòng)能？新課教學(xué)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速情境：真空中有一對(duì)平行金屬板間距為l，兩板電勢(shì)差為U.質(zhì)量為m、帶正電荷q的粒子，在靜電力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng).計(jì)算到達(dá)負(fù)極板的速度.問題1：兩板間是什么電場(chǎng)？帶電粒子所受靜電力有何特點(diǎn)？問題2：金屬板間的場(chǎng)強(qiáng)是多大？如何求帶電粒子運(yùn)動(dòng)的加速度？問題3：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，粒子到達(dá)負(fù)極板的速度是多大？問題4：靜電力做功使得帶電粒子動(dòng)能增加。靜電力做多少功？到達(dá)負(fù)極板的動(dòng)能是多少？帶電粒子恰好到達(dá)負(fù)極板的速度是多大？問題5：若兩板間是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，但兩板電壓不變。帶電粒子到達(dá)負(fù)極板速度是多大？問題6：解決帶電粒子做勻加速運(yùn)動(dòng)的思路有哪些？應(yīng)用動(dòng)能定理有什么優(yōu)越性？解法1：用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解帶電粒子合力是靜電力，板間場(chǎng)強(qiáng)E=eq\f(U,l)根據(jù)牛頓第二定律，Eq=maa=eq\f(Uq,ml)由速度位移公式，v2=2al解得 v=eq\r(\f(2Uq,m))解法2：動(dòng)能定理靜電力做功等于粒子動(dòng)能的增加量，eq\f(1,2)mv2=Uq解得 v=eq\r(\f(2Uq,m))設(shè)計(jì)意圖：使用勻變速規(guī)律和能量?jī)煞N思路求解，體會(huì)用動(dòng)能定理求解的簡(jiǎn)便性和快捷。當(dāng)是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)學(xué)公式不能使用，動(dòng)能定理依然可求解問題。例題1教材44頁例題1分析思路：由于靜電屏蔽，帶電粒子在圓筒內(nèi)不受力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在兩個(gè)圓筒間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在兩個(gè)圓筒間隙運(yùn)動(dòng)增加的動(dòng)能相同，均為Ue，進(jìn)入第n個(gè)圓筒，加速次數(shù)為n，獲得動(dòng)能為nUe，求出進(jìn)入第n個(gè)圓筒時(shí)的速度，根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)求出圓筒長(zhǎng)度.帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情境：兩平行金屬板接在電壓為U的電源正、負(fù)極上.板長(zhǎng)為l，兩板間距為d.電荷q、質(zhì)量為m，以速度v0沿中間連線方向進(jìn)入電場(chǎng).問題1：畫出電荷受到的靜電力方向。靜電力變化嗎？加速度變化嗎？電荷做什么運(yùn)動(dòng)？問題2：電荷受力方向和初速度方向有何關(guān)系？軌跡是直線還是曲線？問題3：如何研究帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)？問題4：粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是多少？問題5：粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度是多大？速度偏向角是多少？問題6：粒子離開電場(chǎng)，沿電場(chǎng)方向偏移的距離y是多少？帶電粒子靜電力不變，加速度不變，做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。沿初速度方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=eq\f(l,v0)沿電場(chǎng)方向，加速度為 a=eq\f(Uq,dm)偏轉(zhuǎn)位移 y=eq\f(1,2)at2=eq\f(1,2)eq\f(Uq,dm)(eq\f(l,v0))2沿電場(chǎng)方向速度 vy=at=eq\f(Ulq,dmv0)離開電場(chǎng)時(shí)的速度 v=eq\r(v02+vy2)速度偏向角 tanθ=eq\f(vy,v0)【例題2】如圖，電子以v0=2.4×107m/s速度進(jìn)入平行金屬板，偏轉(zhuǎn)電壓U=160V，板長(zhǎng)l=4.0cm，間距d=1.0cm.在金屬板右側(cè)相距L=18cm處有一熒光屏.求：(1)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏距OP'；(2)電子打在熒光屏上的偏距OP。示波管的原理甲示波管的結(jié)構(gòu)乙熒光屏(甲圖中從右向左看)介紹示波管結(jié)構(gòu)：加速電極、兩個(gè)偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏。YY’方向加偏轉(zhuǎn)電壓，控制電子束打在YY’方向位置，電壓越大，YY’方向偏轉(zhuǎn)距離越大；XX’方向加偏轉(zhuǎn)電壓，控制電子束打在XX’方向位置，電壓越大，沿XX’方向偏轉(zhuǎn)距離越大。思考與討論：?jiǎn)栴}1.XX'和YY'均不加電壓，電子打在熒光屏上哪一個(gè)位置？問題2：XX'不加電壓，YY'分別加圖示電壓，熒光屏上顯示什么形狀？問題3：YY'加正弦電壓XX'加鋸齒形電壓，畫出熒光屏上的圖形形狀。課堂小結(jié)：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)綜合電場(chǎng)力、電勢(shì)能的力學(xué)問題，研究