带电粒子在电场中运动10

1、,授课教师: 杨平平,2014年 平平工作室,2020年10月4日星期日7时24分58秒,1,2014新课标物理课堂教学设计人教版,新课教学:,任务一:关于重力是否考虑的问题 任务二:讲解带电粒子的加速（例题形式） 任务三:讲解带电粒子的偏转（例题形式） 任务四:讲解示波管的原理,2,返回,2020年10月4日7时24分,任务一:关于重力是否考虑的问题,(1) 基本粒子:如电子,质子,氘核,氚核,a粒子等由于质量很小,重力比电场力小得多,所以无特殊说明可不计粒子的重力; (2) 带电颗粒:如带电的小球,液滴,尘埃等由于质量较大,无特殊说明应考虑重力,3,返回,2020年10月4日7时24分,任

2、务二: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(教材中的例1) (2) 迁移训练2(初速度不为零的加速问题）,4,返回,2020年10月4日7时24分,5,第一步带电粒子的加速物理情景,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）,分析 答案 思考与讨论,返回,2020年10月4日7时24分,加速电场.exe,分析,1、受力分析: 重力不计 受水平向右的电场力FEq=qU/d 2、 2 、运动分析: 初速度为零 加

3、速度为a=qU/md 做向右匀加速直线运动。 3 、各力做功分析 只有电场力在做功 W=qu 4 、各状态动能分析 初状态动能0,末状态动:EK = mv2/2,6,返回,2020年10月4日7时24分,暗示两种解题方法,7,一、带电粒子的加速物理情景答案,如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）,解法一利用运动学知识求解,解法二 运用动能定理求解,分析 思考与讨论 返回物理情景,返回,2020年10月4日7时24分,思考与讨论:,上述问题,两块金属板是

4、平行的,两板间是匀强电场,如果两极板是其他形状,中间不是匀强电场那么两种方法都适用吗? 由此你能得出什么结论? 解:由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用. 结论: 方法一: 必须在匀强电场中才能使用; 方法二: 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 .,8,返回,2020年10月4日7时24分,调动学生积极性 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,9,返回,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

5、/s,2020年10月4日7时24分,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=2500V,发射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v0沿着平行于电场线的方向进入匀强电场中,粒子飞出加速电场时的速度是多少呢? 解: 粒子做匀加速(或匀减速) 直线运动,根据动 能定理 eu = mv2/2 mv02/2 得 v = v02+2eu/m 当v0 = 0时, v = 2eu/m,10,返回,2020年10月4日7时24分,返回任务二,任务三:带电粒子的偏转,第一步:创设物理情

6、境（例2） 第二步:迁移练习3（加速偏转一体） 迁移训练4,11,返回,2020年10月4日7时24分,第一步:例题2,总结 答案,12,返回,1.电场力和速度方向什么关系? 2.电场力有什么特点? 3.电子做什么性质的运动? 4.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 可用平抛运动方法研究,学生分析,学生动手 给结论并总结,2020年10月4日7时24分,偏转模拟演示.exe,两个相同的极板长度L=6.0cm相距d=2.0cm板间的电压U=200V,一个电子沿平行于极板的方向射入电场中,射入的速V0=3.0*107m/s,把两板间的电场看做匀强电场, 求电子射出电场时沿垂直于

7、板面方向偏移的距离Y和偏转的角度,.,- - - - - - - -,第一步:例题2答案,总结 返回例题2,13,返回,.,学生分析,解: (1) 在电场中的运动时间t= L/v0. (2) 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 y = at2/2 =quL2/2m d v02 代入数据后 , 求得 y = 0.36cm. (4) 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 tan= vy/v0 =quL/mvo2d 代入数据后 , 求得 = 6.80,学生动手 给结论并总结,1.电场力和速度

8、方向什么关系? 2.电场力有什么特点? 3.电子做什么性质的运动? 4.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 可用平抛运动方法研究,2020年10月4日7时24分,两个相同的极板长度L=6.0cm相距d=2.0cm板间的电压U=200V,一个电子沿平行于极板的方向射入电场中,射入的速V0=3.0*107m/s,把两板间的电场看做匀强电场, 求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离Y和偏转的角度.,.,- - - - - - - -,第二步迁移练习3,让质子与a粒子均由静止开始经同一电场加速,再经同一电场偏转,最终都飞出偏转电场. 求:两个粒子的偏转位移之比 和 偏转角之比?

9、,14,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 由 qu1 = mvo2/2 偏转电场中 由 a = qu2/md y = at2/2 vy = at tan = vy/v0 整理得 y = u2L2/4du1 tan= u2L/2du1 从y 和tan的表达式中可以看出, y和与粒子的比荷无关,所以y和的比值均为1,返回,2020年10月4日7时24分,两个知识点融合 加深理解 检验课堂效果,第二步 迁移训练4:,结果: op和po相等, 这个结论对于类平抛运动具有普遍

10、性. 一个很有用的结论: 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,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v0 的延长线恰好交与电容器的中心.在某些题中直接应用这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,其反向延长线与初速度v0 的延长线oo相交于p点,那么op和po之间的距离有什么关系呢?,返回,2020年10月4日7时24分,任务四: 示波管的原理,首先 介绍示波器 其次 介绍示波管的构造 最后 介绍示波管的原理,16,返回,2020年10月4日7时24分,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

11、是用来观察电信号随时间变化的电子仪器 示波器的核心是示波管,17,示波器的面板,返回,2020年10月4日7时24分,其次示波管构造,电子枪 偏 转电极 荧光屏,18,返回,2020年10月4日7时24分,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,2020年10月4日7时24分,示波器工作原理.swf,小结,通过本节教学,我们知道： 在匀强电场中,当带电粒子速度与电场力方向相同时,粒子将被加速: 当带电粒子速度与电场力方向垂直时,粒子将做类平抛运动 . 解决这类问题涉及到的物理规律有牛顿运动定律、运动的合成与分解、动能定理等,20,返回,2020年10月4日7时24分,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,板书设计：,带 qu = mv2/2 mv