《带电粒子在电场中的运动2》教案.pdf
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1、带电粒子在电场中的运动2教案 一、教材分析 本节课内容是历年高考的重点内容。综合性强, 理论分析要求高, 带电粒子的加 速是电场的能的性质的应用; 带电粒子的偏转则侧重于电场的力的性质,通过类 比恒力作用下的曲线运动(平抛运动) ,理论上探究带电粒子在电场中偏转的规 律。此外本节既包含了电场的基本性质,又要运用直线和曲线运动的规律,还涉 及到能量的转化和守恒, 有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。故分为 两个课时进行,本节课探究带电粒子偏转的规律及在示波器中电子的偏转问题, 侧重于电场的力的性质。 二、教学目标 1、学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、 速度
2、和位移等物理量的变化 2、了解示波器的工作原理,探索示波器中光斑的偏移影响因素,体会静电场知 识对科学技术的影响 学习方法指导: 注意受力和运动分析的结合,空间运动想象能力 三、教学重点难点 重点:带电粒子在匀强电场中的运动规律 难点:运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题(示波器中图形) 四、课前准备 1学生的学习准备:复习平抛运动的相关知识点 2教师的教学准备:多媒体课件制作 3、教具:多媒体课件、示波器、低压电源 五、教学过程 复习带电粒子在电场中的加速: 我们研究带电粒子在电场中的运动,一般情况下微观粒子(如质子、电子、 粒子等)在没有特别说明的情况下其重力远远小于电场力,故可忽略其重
3、力的 影响,只考虑电场力,而其它宏观中的带电小物体(如带电液滴、带电小球等) 在没有特别说明的情况下我们要考虑它们自身的重 力。 课本例题 1 炽热的金属丝可以发射电子。 在金属丝和 金属板之间加以电压U=2 500 V, 发射出的电子在真 空中加速后,从金属板的小孔穿出。 电子穿出时的速 度有多大 ?设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。 受力分析:水平向右的电场力 F Eq(可以是变力) 运动分析:电子向右作加速运动 计算方法 (一) 、导入新课 带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度,除了使其速度大小发生 qUmvmv 22 0 2 1 2 1 变化以外, 还会使其方向发生偏转 在现代
4、科学实验和技术设备中,常常利用电 场来控制或改变带电粒子的运动方向。 具体应用有哪些呢 ?本节课我们来研究这个问题以垂直进入匀强电场为例。 (二) 、进行新课 1、带电粒子在电场中偏转 教师投影:如图所示(课本例题 2) ,电子以初速度 v0垂直于电场线射入匀强电场中 问题讨论: (1)分析带电粒子的受力情况。 (2)你认为这种情况同哪种运动类似,这种运动 的研究方法是什么 ? (3)你能类比得到带电粒子在电场中运动的研究方法吗? 学生活动:讨论并回答上述问题: (1)关于带电粒子的受力,学生的争论焦点可能在是否考虑重力上。 教师应及时引导:对于基本粒子,如电子、质子、粒子等,由于质量m 很小
5、, 所以重力比电场力小得多,重力可忽略不计。 对于带电的尘埃、液滴、小球等,m 较大,重力一般不能忽略。 (2)带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,受到恒定的与初 速度方向成90角的作用而做匀变速曲线运动,类似于力学中的平抛运动,平 抛运动的研究方法是运动的合成和分解。 (3)带电粒子垂直进入电场中的运动也可采用运动的合成和分解的方法进行。 PPT课件分解展示: 带电粒子在垂直于电场线方向上不受任何力,做匀速直线运动。 在平行于电场线方向上,受到电场力的作用做初速为零的匀加速直线运动。 深入探究: (课本例题 2)设电荷带电荷量为q,平行板长为 L,两板间距为 d,电 势差为
6、U,初速为 v0 试求: A 带电粒子在电场中运动的时间 B 粒子运动的加速度。 C 粒子受力情况分析。 D 粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。 E 粒子在离开电场时的偏转角度。 学生活动:结合所学知识,自主分析推导。 教师:结论展示并评价 竖直方向的偏转距离: 粒子离开电场时的偏转角度为 探究拓展: 课本例题 2 延伸:如图所示,电子飞出极板Y 2 2 2 0 11 22 eUl yat mv d 2 000 tan y v ateUl vvmdv 后,打到距离极板右端L 处荧光屏上的 B 处。设两极板外无电场: A、电子离开两极板后做什么运动? B、离开后轨迹 AB 反向延长线与图中虚
7、线相交于哪里? C、Y 与 y 的大小关系? 此处重点引导学生得到Y 与 y 成正比例关系, 为示波器中偏转做准备。 2、示波管的原理 出示示波器 多媒体展示:示波器的核心部分是示波管,由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。 投影:示波管原理图: 问题探究: 课本 36页思考与讨论(问题1、2、3) 学生活动:探究光斑位置变化的规律,并在图纸上做出预测位置 教师演示操作: 光屏上的亮斑及变化、 扫描及变化、 竖直方向的偏移并调节使之 变化。 问题延伸: 示波器中影响光斑位置的因素有哪些? 教师引导学生讨论并提问 结论,示波器中 Y 与 y 成正比例关系,而 即偏转距离 Y 与所加电压 U 成正比,如
8、果 U=Umax?sint 则y=ymaxsint 问题探究: 课本 36页思考与讨论(问题4) 教师引导:采用描点法,先确定各点偏转,再画图 学生讨论并画图展示,教师评价,课件分布展示 教师活动: 机内提供的正弦电压观察及变化的观察。 学生活动:观察示波器的现象。 3、带电粒子在电场中运动总结 (1)带电粒子的加速 动力学分析: 带电粒子沿与电场线平行方向进入电场,受到的电场力与运动 2 2 2 0 1 22 qUl yat mdv 方向在同一直线上,做加(减)速直线运动,如果是匀强电场,则做匀加(减)速运 动 功能关系分析:粒子只受电场力作用,动能变化量等于电势能的变化量 (初速度为零 )
9、;此式适用于一切电场 (2)带电粒子的偏转 动力学分析:带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生 的匀强电场中, 受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线 运动 (类平抛运动 ) 运动的分析方法 (看成类平抛运动 ): 沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动 沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动 (3)偏转实例:示波管原理 即偏转距离 Y 与所加电压 U 成正比,如果 U=Umax?sint 则y=ymaxsint 教学设计说明和课后反思 姚建峰 一、教材分析 在前面学习静电场性质的基础上, 本节学习处理带电粒子在电场中运动的问 题,本节内容主要培养学生综合
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