人教版（2022）高中物理必修第三册　10．5带电粒子在电场中的运动-教案

带电粒子在电场中的运动【教学目标】1．理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。2．知道示波管的构造和基本原理。3．通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力。4．通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。【教学重点】带电粒子在匀强电场中的运动规律。【教学难点】综合应用力学和电学知识处理偏转问题。【教学过程】一、新课导入教师活动：给学生抛出2022年全世界粒子物理学界最振奋人心的消息：发现“上帝粒子”。给大家讲述中国科学院卡弗里理论物理研究所2022年KITPC拓展项目活动，欧洲核子中心大型强子对撞机原理。结合北京正负电子对撞机的图片讲述参观感受，介绍电子直线加速原理与世界粒子物理研究前沿对接，引入新课。二、新课教学1．教学任务：带电粒子在电场中的的平衡问题师生活动：出示问题问题1：水平放置的两平行金属板间有一匀强电场，已知板间距离为d=5cm，有一质量为m=×10-9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为×10-12C，要使液滴处于静止状态，两极板间应加多大的电势差？哪块极板的电势较高？以提问的方式，师生共同分析得出结论，投影解题过程。学生回答：略2．教学任务：带电粒子的加速师生活动：出示问题问题2：如图，两平行极板之间的距离为d，板间存在场强为E的匀强电场，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。问题3：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。问题4：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，以初速度为v0从左侧极板附近加速，求：电子的加速度和到达右侧极板时的速度。学生分三组，分别完成问题2、问题3和问题4，分别汇报结果。征求不同的解法和思路，总结出两种不同的处理思路：动力学观点和能量观点。方法一：先求出带电粒子的加速度：a=再根据v可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为：v方法二：由W=qU及动能定理：W=qU得：v到达另一板时的速度为：v深入探究：（1）结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件（W=Fscosθ恒力（2）若初速度为v0（不等于零），推导最终的速度表达式。学生思考讨论，列式推导（教师抽查学生探究结果并展示）教师最后点拨拓展：推导：设初速为v0，末速为v，则据动能定理得qU所以vv0=0时，v=方法渗透：理解运动规律，学会求解方法，不去死记结论。教学任务：拓展1在加速问题中，如果两极板是其他形状，例如图中所示电场，中间的电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？3．教学任务：带电粒子的偏转师生活动：投影问题5问题5：如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，两极板之间的电压为U，板长为l，板间距离为d，电子电荷量为e，质量为m，初速度为v0水平向右，电子能从极板右侧打出。问题讨论：①分析电子的受力情况。②你认为这种情境同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么?③你能类比得到带电粒子在匀强电场中运动的研究方法吗?求：①电子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。②电子在离开电场时的速度偏转角的正切值。学生活动：结合所学知识，自主分析推导。（教师抽查学生活动结果并展示，教师激励评价）同桌对结果相互评议，针对不同意见进行讨论，达成一致。投影示范解析：解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。粒子在电场中的运动时间t=加速度a=竖直方向的偏转距离y=粒子离开电场时竖直方向的速度为v速度为v=粒子离开电场时的偏转角度θ为tan教学任务：拓展2、拓展3拓展2：①如果偏转电压增大，则电子的偏转位移和偏转角如何变化？②如果偏转电场的上极板带负电，下极板带正电，电子又会往哪儿偏？③如果偏转电场的两极板如图示竖直放置，电子会如何偏转呢？拓展3电子从静止开始经加速电压U1加速后，沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，如何处理这种先加速后偏转的问题？4．教学任务：示波管（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器，其核心部分是示波管。师生活动：多媒体展示：示波管原理图：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。（2）示波管的构造及原理认识结构：电子枪通电后会产生热电子，电子在加速电场作用下被加速，经过偏转电场发生偏转，只是这里有两组偏转电极。例题：已知加速电压U1、极板长l、YY’偏转电极的电压U求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tanα及打到屏上电子的偏移量y'（3）常见波形三、巩固练习1.如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+??的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为??时，粒子到达N板的速度为??，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2??，则下述方法能满足要求的是（）A、使M、N间电压增加为2UB、使M、N间电压增加为4UC、使M、N间电压不变，距离减半D、使M、N间电压不变，距离加倍2.氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为11H、12H

A．氕核B．氘核C．氚核D．一样大3.如图所示，电子在电势差为U1的电场中加速后，垂直进入电势差为U2的偏转电场，在满足电子能射出的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角A．U1变大、UB