必修3 第二章静电场的应用《第二节 带电粒子在电场中的运动（第2课时）》教案

7/7必修3第二章静电场的应用第二节带电粒子在电场中的运动（第2课时）【教学目标】1．物理观念：理解带电粒子在电场中的运动规律，并能在实际情景中分析解决加速和偏转的问题。2．科学思维：知道加速器和示波管的构造和基本原理，通过加速器和示波器原理分析，培养学生的分析、推理能力。3．科学探究：观察示波器显示的图形，会最简单的示波器调节操作。4．科学态度与责任；通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。【教学重点】加速器和示波器原理分析。【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、复习导入1.基础知识回顾一、带电粒子在电场中的加速二、带电粒子在电场中的偏转三、带电粒子在电场中的加速+偏转2.基本方法回顾二、新课教学教学任务1四、直线加速器引入：电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。如何加速粒子？思考1：加速极板两极间电压不能无限增大，要想让粒子获得更大的速度该怎么办呢？多级加速！思考2：为什么两金属圆筒间要加交变电压？思考3：电子在两极板间和金属圆筒内分别做什么运动？匀加速直线运动和匀速直线运动思考4：为什么金属圆筒越来越长？第n级金属圆筒长度Ln=vnt，其中t=T/2。思考5：如果初始状态静止的电子每进入一个圆筒前都被加速一次，则第n个金属圆筒的长度应该是多少？由：得：即：缺点：占用空间较大，已建成的直线加速器有几千米到几十千米长。引出其它加速器的可能，为后面选择性必修内容做铺垫。教学任务2：五、示波器师生活动：多媒体展示：示波器的实验视频。示波器：显示电信号随时间变化的仪器，屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏产生的。展示示波管示意图，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。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。思考与讨论1：电子经过偏转电场后打在荧光屏上的偏移量与所加电压的关系？得：Y∝U2只加UYY’时：Y∝UYY’同理，只加UXX’时：X∝UXX’思考与讨论2：如果在电极XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加不变电压，使Y的电势比Yˊ高，电子将打在荧光屏的什么位置？思考与讨论3：如果在电极XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加不变电压，使Yˊ的电势比Y高，电子将打在荧光屏的什么位置？思考与讨论4：如果在XXˊ之间不加电压，而在YYˊ之间加按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？Yˊ随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。思考与讨论5：如果在电极YYˊ之间不加电压，而在XXˊ之间加不变电压，使X的电势比Xˊ高，电子将打在荧光屏的什么位置？思考与讨论6：如果在电极YYˊ之间不加电压，而在XXˊ之间加不变电压，使Xˊ的电势比X高，电子将打在荧光屏的什么位置？总结：若XXˊ所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。思考与讨论7：如果在YYˊ之间加如图所示的交变电压，同时在XXˊ之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？附：常见波形三、巩固练习1.在如图所示的示波管中，如果在荧光屏右上方出现亮斑，那么示波管中的X偏转板应带什么电?Y偏转板应带什么电?为什么?1.答案：极板X应带正电，极板Y应带正电，示波管中电子向第一象限偏转，说明水平方向受力向右，竖直方向受力向上，所以极板X应带正电，极板Y应带正电。2.(多选)如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空．K为发射电子的阴极，A为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略不计，电子经加速后从A的小孔中射出时的速度大小为v.下列说法正确的是()A．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开A时的速度仍为vB．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开A时的速度变为eq\f(v,2)C．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开A时的速度变为eq\f(\r(2),2)vD．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开A时的速度变为eq\f(v,2)2.解析：选AC根据动能定理得Ue＝eq\f(mv2,2)，可得v＝eq\r(\f(2eU,m))，可知v与A、K间距离无关，若A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开A时的速度仍为v，故选项A正确，B错误；根据v＝eq\r(\f(2eU,m))可知，电压减半时，电子离开A时速度变为eq\f(\r(2),2)v，故选项C正确，D错误．3.如图甲所示平行板电容器A、B两板上加上如图乙所示的交变电压，开始B板的电势比A板高，这时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动，设电子在运动中不与极板发生碰撞，则下列说法正确的是(不计电子重力)()A．电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回A板做周期性来回运动B．电子一直向A板运动C．电子一直向B板运动D．电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回B板做周期性来回运动3.解析：选C由运动学和动力学规律画出如图所示的v－t图象可知，电子一直向B板运动，选项C正确．4.（多选）示波器是一种常用的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况．如图所示，电子经电压u1加速后进入偏转电场．下列关于所加竖直偏转电压u2、水平偏转电压u3与荧光屏上所得的图象的说法正确的是()A．如果只在u2上加上图甲所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(a)所示B．如果只在u3上加上图乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(b)所示C．如果同时在u2和u3上加上图甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(c)所示D．如果同时在u2和u3上加上图甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图(d)所示4.解析：选ABD由电子在电场中偏转规律知，选项A、B、D正确．5.如图所示是直线加速器的一部分，A、B接在电压大小为U、极性随时间t周期性变化的电源上。一质量为m、电量为e的电子，以初速度v0进入第3个金属圆筒左侧的小孔，此后在每个筒内均做匀速直线运动，时间恰好都为t，在每两筒的缝隙间利用电场加速，时间不计。试计算确定3个筒各自的长度以及电子从第5个金属圆筒出来时的速度。5.解析：设第3、4、5