带电粒子在电场中运动10

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1、授课教师授课教师:杨平平杨平平 2014年 平平工作室*12014新课标物理课堂教学设计设计人教版人教版u新课教学新课教学:任务一任务一:关于重力是否考虑的问题关于重力是否考虑的问题任务二任务二:讲解带电粒子的加速讲解带电粒子的加速（例题形式）（例题形式）任务三任务三:讲解带电粒子的偏转讲解带电粒子的偏转（例题形式）（例题形式）任务四任务四:讲解示波管的原理讲解示波管的原理2返回*L任务一任务一:关于重力是否考虑的问题关于重力是否考虑的问题(1)基本粒子基本粒子:如电子如电子,质子质子,氘核氘核,氚核氚核,a粒子等由于质量很小粒子等由于质量很小,重力比电场力小重力比电场力小得多得多,所以无特殊

2、说明可不计粒子的重所以无特殊说明可不计粒子的重力力;(2)带电颗粒带电颗粒:如带电的小球如带电的小球,液滴液滴,尘埃尘埃等由于质量较大等由于质量较大,无特殊说明应考虑重无特殊说明应考虑重力力3返回*L任务二任务二:带电粒子的加速带电粒子的加速第一步:创设物理情景(例题)第二步:迁移训练 (1)迁移训练一迁移训练一(教材中的例教材中的例1)(2)迁移训练迁移训练2(初速度不为零的加速问题）初速度不为零的加速问题）4返回*5第一步带电粒子第一步带电粒子的的加速物理情景加速物理情景 如如图图所所示示，在在真真空空中中有有一一对对平平行行金金属属板板，两两板板间间加加以以电电压压U U。两两板板间间有

3、有一一带带正正电电荷荷q q的的带带电电粒粒子子。它它在在电电场场力力的的作作用用下下，由由静静止止开开始始从从正正极极板板向向负负极极板板运运动动，到到达达负负板板时时的的速速度度有有多多大大？(不不考考虑虑粒粒子子的重力的重力）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d分析分析答案答案思考与讨论思考与讨论返回*加速电场.exe分析分析1 1、受力分析受力分析:重力不计重力不计 受水平向右的电场力受水平向右的电场力F FEq=qU/Eq=qU/d 2d 2、2 2 、运动分析、运动分析:初速度为零初速度为零 加速度为加速度为a=qU/mda=qU/md 做向右做向右匀加速直线运动匀加速直

4、线运动。3 3 、各力做功分析、各力做功分析 只有电场力在做功 W=W=q qu u4 4 、各状态动能分析各状态动能分析 初状态动能初状态动能0,0,末状态动末状态动:E:EK K=mv=mv2 2/2/2 6返回qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d*暗示两种解题方法7一、带电粒子的一、带电粒子的加速物理情景答案加速物理情景答案 如如图图所所示示，在在真真空空中中有有一一对对平平行行金金属属板板，两两板板间间加加以以电电压压U U。两两板板间间有有一一带带正正电电荷荷q q的的带带电电粒粒子子。它它在在电电场场力力的的作作用用下下，由由静静止止开开始始从从正正极极板板向向负负极极板

5、板运运动动，到到达达负负板板时时的的速速度度有有多多大大？(不不考考虑虑粒粒子子的重力的重力）qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d解法一利用运动学知识求解解法一利用运动学知识求解解法二解法二 运用动能定理求解运用动能定理求解分析分析思考与讨论思考与讨论返回物理情景返回物理情景返回*思考与讨论:上述问题上述问题,两块金属板是平行的两块金属板是平行的,两板间是匀强两板间是匀强电场电场,如果两极板是其他形状如果两极板是其他形状,中间不是匀强电中间不是匀强电场那么两种方法都适用吗场那么两种方法都适用吗?由此你能得出什么由此你能得出什么结论结论?解解:由于电场力做功与场强是否匀强无关，与由于电

6、场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法运动路径也无关，第二种方法仍仍适用适用.结论结论:方法一方法一:必须在匀强电场中才能使用必须在匀强电场中才能使用;方法二方法二:在任何电场中均适用在任何电场中均适用 可见应用能量的观点研究加速问题比较简单可见应用能量的观点研究加速问题比较简单 .8返回*调动学生积极性调动学生积极性培养学生分析问题解决问题的能力培养学生分析问题解决问题的能力第二步 迁移训练1(教材中的例1)学生自己分析学生自己分析9返回解:利用能量知识求解利用能量知识求解由w=eu 再由动能定理:w =mv2/2 得:eu=mv2/2 即v=2eu/m =3.0*107m

7、/s*炽热的金属丝可以发射电子炽热的金属丝可以发射电子,在金属丝在金属丝和金属板之间加以电压和金属板之间加以电压U=2500V,发射发射的电子在真空中加速后的电子在真空中加速后,从金属板的小从金属板的小孔穿出孔穿出.电子穿出时的速度有多大电子穿出时的速度有多大?设设电子刚刚离开金属板的速度是零电子刚刚离开金属板的速度是零.第二步 迁移训练2如果带点粒子以一定的初速度如果带点粒子以一定的初速度v0沿着平行于电场沿着平行于电场线的方向进入匀强电场中线的方向进入匀强电场中,粒子飞出加速电场时粒子飞出加速电场时的速度是多少呢的速度是多少呢?解解:粒子做匀加速粒子做匀加速(或匀减速或匀减速)直线运动直线

8、运动,根据动根据动 能定理能定理 eu=mv2/2 mv02/2 得得 v=v02+2eu/m 当当v0=0时时,v=2eu/m 10返回*返回任务二L任务三任务三:带电粒子的偏转带电粒子的偏转第一步:创设物理情境（例2）第二步:迁移练习3（加速偏转一体）迁移训练迁移训练411返回*第一步第一步:例题例题2 2总结总结答案答案12返回1.电场力和速度方向什么关系电场力和速度方向什么关系?2.2.电场力有什么特点电场力有什么特点?3.3.电子做什么性质的运动电子做什么性质的运动?4.4.这种性质的运动我们学过吗这种性质的运动我们学过吗?电子的这种运动叫类平抛运动电子的这种运动叫类平抛运动可用平抛

9、运动方法研究可用平抛运动方法研究学生分析学生分析 学生动手给结论并总结*偏转模拟演示.exe两个相同的极板长度两个相同的极板长度L=6.0cm相距相距d=2.0cm板间的电压板间的电压U=200V,一个电子沿平行于极板一个电子沿平行于极板的方向射入电场中的方向射入电场中,射入的速射入的速V0=3.0*107m/s,把两板间的电场看做匀强电场把两板间的电场看做匀强电场,求电子射出求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离电场时沿垂直于板面方向偏移的距离Y和偏和偏转的角度转的角度.-第一步第一步:例题例题2 2答案答案总结总结返回例题返回例题2 213返回.学生分析学生分析解解:(1)在电场中的运

10、动时间在电场中的运动时间t=L/v0.(2)粒子的加速度为粒子的加速度为 a=qu/md.(3)离开电场时竖直方向的偏转距离离开电场时竖直方向的偏转距离 y=at2/2 =quL2/2m d v02 代入数据后代入数据后,求得求得 y=0.36cm.(4)离开电场时竖直方向的分速度为离开电场时竖直方向的分速度为 Vy=at=quL/mdv0.(5)粒子离开电场时偏转角的正切值为粒子离开电场时偏转角的正切值为 tan=vy/v0=quL/mvo2d 代入数据后代入数据后,求得求得 =6.80学生动手给结论并总结1.电场力和速度方向什么关系电场力和速度方向什么关系?2.2.电场力有什么特点电场力有

11、什么特点?3.3.电子做什么性质的运动电子做什么性质的运动?4.4.这种性质的运动我们学过吗这种性质的运动我们学过吗?电子的这种运动叫类平抛运动电子的这种运动叫类平抛运动可用平抛运动方法研究可用平抛运动方法研究*两个相同的极板长度两个相同的极板长度L=6.0cm相距相距d=2.0cm板间的电压板间的电压U=200V,一个电子沿平行于极板一个电子沿平行于极板的方向射入电场中的方向射入电场中,射入的速射入的速V0=3.0*107m/s,把两板间的电场看做匀强电场把两板间的电场看做匀强电场,求电子射出求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离电场时沿垂直于板面方向偏移的距离Y和偏和偏转的角度转的角度

12、.-第二步迁移练习3让质子与让质子与a粒子均由静止开始经同一电场加速粒子均由静止开始经同一电场加速,再经同一电场偏转再经同一电场偏转,最终都飞出偏转电场最终都飞出偏转电场.求求:两个粒子的偏转位移之比两个粒子的偏转位移之比 和和 偏转角之比偏转角之比?14解解:设加速电场电压为U1,偏转电场电压为U2,偏转电场极板长L,两极板间距为d.粒子质量为m.电量为q.粒子加速后的速度为vo.偏转角为 加速电场中加速电场中 由由 qu1=mvo2/2 偏转电场中偏转电场中 由由 a=qu2/md y=at2/2 vy=at tan=vy/v0 整理得整理得 y=u2L2/4du1 tan=u2L/2du

13、1 从从y 和和tan的表达式中可以看出的表达式中可以看出,y和和与粒子的与粒子的比荷无关比荷无关,所以所以y和和的比值均为的比值均为1 返回*两个知识点融合两个知识点融合 加深理解加深理解 检验课堂效果检验课堂效果第二步 迁移训练4:结果结果:op和和po相等相等,这个结论对于类平抛运动这个结论对于类平抛运动具有普遍性具有普遍性.一个很有用的结论一个很有用的结论:当粒子沿垂直于电场线的方当粒子沿垂直于电场线的方向从两极板正中央进入电场时向从两极板正中央进入电场时,把粒子飞出电场时把粒子飞出电场时的速度反向延长的速度反向延长,其反向延长线与初速度其反向延长线与初速度v0 的延长的延长线恰好交与

14、电容器的中心线恰好交与电容器的中心.在某些题中直接应用这在某些题中直接应用这个结论会使问题大大简化个结论会使问题大大简化.15 o o p+q m如果把粒子飞出电场时的速度反向延长如果把粒子飞出电场时的速度反向延长,其反向延长线与初速度其反向延长线与初速度v0 的延长线的延长线oo相交于相交于p点点,那么那么op和和po之间的距离有之间的距离有什么关系呢什么关系呢?返回*L任务四任务四:示波管的原理示波管的原理首先首先 介绍示波器介绍示波器 其次其次 介绍示波管的构造介绍示波管的构造最后最后 介绍示波管的原理介绍示波管的原理16返回*N首先示波器介绍示波器是加速电场和偏转电场的具体应用示波器是

15、加速电场和偏转电场的具体应用.示波器是用来观察电信号随时间变化的电子仪示波器是用来观察电信号随时间变化的电子仪器器示波器的核心是示波管示波器的核心是示波管17示波器的面板示波器的面板返回*N其次示波管构造电子枪电子枪偏偏 转电极转电极荧光屏荧光屏18返回*N最后 示波管原理 教材的例题1就是电子枪的加速原理.例题2就是偏转电场的偏转原理 荧光屏就是利用荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留来显示电信号随间变化的。（将这几个方面综合到一起,层层推进.示波管的原理也就迎刃而解了.）19返回*示波器工作原理.swfu 小结小结通过本节教学通过本节教学,我们知道：我们知道：在匀强电场中在匀强电场中,当带电粒

16、子速度与电场力方当带电粒子速度与电场力方向相同时向相同时,粒子将被加速粒子将被加速:当带电粒子速度与电场力方向垂直时当带电粒子速度与电场力方向垂直时,粒子粒子将做类平抛运动将做类平抛运动 .解决这类问题涉及到的物理规律有牛顿运解决这类问题涉及到的物理规律有牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理等动定律、运动的合成与分解、动能定理等20返回*引导学生一起总结 加深对本节的认识 培养创新精神和理论联系实际的能力u板书设计：带带 qu=mv2/2 mvo2/2电电 直线加速直线加速 当当v0=0 时时 qu=mv2/2粒粒 方法方法:一般用动能定理来解决一般用动能定理来解决在在电电 y=at2/2 vy=at 场场 x=v0t vx=v0中中 偏偏 转转 a=qE/m=qu/md的的 tan=vy/v0=quL/mdv02运运 方法方法:运动的合成与分解运动的合成与分解(类平抛运动类平抛运动)动动21返回*