《带电粒子在电场中的运动》 说课教案.doc

带电粒子在电场中的运动 说课教案松江二中 肖克平一、教学内容及学情分析： 本专题是高三物理教材拓展二第八讲带电粒子在电场中的运动，课标中是C级要求，是历年高考的重点内容。在高二的基础型课程中，已经学习了电场的基本性质、电场强度、电势、电势差概念以及电场力做功等知识；高一的基础型课程中，学习了动力学以及功能关系的知识，这些是探究带电粒子在电场中运动的基础知识。本专题综合性强，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。专题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。此外，带电粒子在电场中的运动在技术上被广泛应用，这能较好地体现物理与社会、生活的联系。对于高三的学生来说，有较好的知识基础，运用力学知识分析带电粒子在电场中的运动情况，探究带电粒子的加速和偏转的规律，只要做好引导，学生自己是能够完成的，而且可以提高学生综合分析问题的能力。二、教学目标：1知识与技能掌握带电粒子在电场中的运动情况的分析方法掌握带电粒子的初速度与电场强度的方向平行或垂直情况下的运动规律能解释粒子加速器、示波管的原理并进行相关的计算2过程与方法 运用猜想、类比、演绎等方法对带电粒子在电场中的运动规律进行理论探究运用动力学观点和能量观点，体会带电粒子在电场中运动的一般分析方法3情感态度与价值观 了解带电粒子在电场中运动在技术上的应用，体会物理与社会、生活的联系严密的演绎推理，感悟理论研究须具备严谨的科学态度和科学精神三、知识结构梳理： 本专题综合电场的基本性质及力学的两个基本观点：动力学观点和能量观点，运用动力学观点分析带电粒子在电场中的运动情况，结合带电粒子的受力情况和带电粒子的初速度来分析带电粒子在电场中的运动规律；运用能量观点分析带电粒子在电场中的加速。用两课时完成本专题的教学。 第一课时：带电粒子在电场中加速和偏转的理论探究。 第二课时：带电粒子在电场中的运动在技术上的应用，粒子加速器、示波管、显象管的原理。四、教学重点、难点及教学策略： 运用动力学观点和能量观点探究带电粒子在电场中的运动情况，是本专题的重点，也是难点，难点之二在于带电粒子的重力能否忽略，学生认识不清。1 引导学生猜想电场力与速度方向相同或垂直时带电粒子的运动情况，并通过实验观察带电粒子在电场中的加速和偏转。2 通过类比加速直线运动和平抛运动，探究带电粒子的运动规律。3 推理计算带电粒子加速后的速度，以及偏转的距离和偏转角度。4 通过实例分析，说明在实际问题中带电粒子的重力能否忽略。五、例题选用及说明：1.带电粒子在电场中的加速微观带电粒子所受的电场力远大于重力，所以可以认为只有电场力做功。由动能定理W=qU=EK，此式与电场是否匀强无关，与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无关。例1：教材72页示例1意图说明：本例是最简单的带电粒子加速的问题，一方面巩固带电粒子加速的运动规律，另一方面因电子在匀强电场中运动，受恒定的电场力，从解题方法上可以运用动力学观点和能量观点两种方法求解，进一步引出问题：若在非匀强电场中，应选用哪种解题方法？+ a Q b 例2：如图所示，在正点电荷Q的电场中，有a、b两点，一质子和粒子分别由a点静止释放，求它们运动到b点时的速度之比。意图说明：本例是在非匀强电场中带电粒子的加速，带电粒子受变力作用，应运用动能定理求解，是例1的延伸。例3：来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800 kV的直线加速器加速，形成电流强度为1 mA的细柱形质子流，已知质子电荷量e=1.6010-19 C，这束质子流每秒打在靶上的质子数为_，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距l和4l的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1/n2=_.意图说明：本例虽然进行了理想化的处理（假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的），认为电子受恒力作用，做匀加速直线运动，但本例综合了带电粒子的加速、电流强度，还要建立模型，从而找到极短的相等长度上的质子数与哪些因数有关。本题难度较大，考查学生的能力，拓展思维。2.带电粒子在匀强电场中的偏转U L dv0m，qyvt例4：质量为m电荷量为q的带电粒子以平行于极板的初速度v0射入长L、板间距离为d的平行板间，两板间电压为U，求射出时的侧移、偏转角和动能增量。（1）侧移： 不能死记公式，要清楚物理过程。根据不同的已知条件，结论改用不同的表达形式（已知初速度、初动能、或加速电压等）。（2）偏角：，注意到，说明穿出时刻的末速度的反向延长线与初速度延长线交点恰好在水平位移的中点。穿越电场过程的动能增量：EK=Eqy （注意，一般来说不等于qU）意图说明：本例是在学生运用猜想、类比方法分析带电粒子在电场中的运动规律之后，再推理计算带电粒子偏转的距离、偏转角度和动能的增量。使学生更好地理解带电粒子在电场中的偏转规律。例5：教材75页示例3意图说明：本例是粒子在偏转电场中的运动，通过计算电场强度E，粒子运动的加速度a和初速度V0，理解粒子在偏转电场中的运动情况，巩固偏转的规律。v0ORPMNSLd12cmxabcB例6：如图所示，正方形区域abcd边长L8cm，内有平行于ab方向指向BC边的匀强电场，场强E3750 V/m，一带正电的粒子电量q1010C，质量m1020kg，沿电场中心线RO飞入电场，初速度v02106m/s，粒子飞出电场后经过界面CD、PS间的无电场区域后，进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域，一进入该区域即开始做匀速圆周运动（设点电荷左侧的电场分布以界面PS为界限，且不受PS影响）。已知cd、PS相距12cm，粒子穿过PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏MN上。（静电力常数k9109Nm2/C2）试求：（1）粒子穿过界面PS时偏离中心线OR的距离y；（2）粒子穿过界面PS时的速度大小与方向；（3）O点与PS面的距离x；（4）点电荷Q的电性及电量大小。意图说明：本例综合了带电粒子的加速、偏转、无电场区域的匀速直线运动、以及在点电荷电场中的匀速圆周运动，匀速直线运动和匀速圆周运动的衔接点在速度方向上应满足的条件是最容易忽略的，要求学生要能够画出运动过程的草图进行分析，有利于培养学生综合分析问题的能力。3电场中带电粒子的重力例7：试估算一价金离子在场强为E=1N/C的电场中，其电场力和重力的比值。意图说明：通过计算一价金离子在较弱的电场中电场力和重力的比值，结果表明电场力远大于重力，说明微观的带电粒子，一般情况下重力可以忽略。vm例8：如图所示，两块水平放置的带电平行金属板间有竖直向上的匀强电场，两板间的电势差为U，距离为d。一个质量为m的带电粒子以速度v沿与水平面成角的直线在电场中运动了时间t，该粒子的带电量为_，这段时间内粒子的电势能改变了_。意图说明：本题中的带电粒子不清楚是宏观的带电粒子，还是微观的带电粒子，但从题设中知道带电粒子做直线运动，故可判断必须考虑带电粒子的重力。这说明带电粒子的重力是否考虑，在有些问题中要根据题设进行判断。归纳：1微观的带电粒子，一般电场力远大于重力，故重力可以忽略。2当带电体的重力和电场力大小可以相比时，不能再将重力忽略不计。这时研究对象经常被称为“带电微粒”、“带电尘埃”、“带电小球”等等。3带电粒子的重力是否考虑，在有些问题中要根据题设进行判断。例9：教材72页示例2意图说明：