《带电粒子在电场中的运动》学案设计
文档属性
| 名称 | 《带电粒子在电场中的运动》学案设计 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 50.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-10-07 10:42:00 | ||
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文档简介
《带电粒子在电场中的运动》学案设计
学时：2学时，第1学时完成带电粒子的加速和带电粒子的偏转的学习，第2学时完成示波管的工作原理的学习。
一、学习目标
1．学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化；
2．学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化；
3．了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。
二、学习重难点
学习重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律。
学习难点：运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题。
三、自主学习过程
电场中的带电粒子一般可分为两类：
1．带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）
2．带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
任务一：复习回顾
1．牛顿第二定律的内容： ；
2．动能定理的表达式： ；
3．平抛运动的处理方法： ；
4．静电力做功的计算方法： 。
任务二：学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化；学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化；
利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子________；利用电场使带电粒子________。
（一）带电粒子的加速
1．请你阅读课本“带电粒子的加速”，完成下列问题：
问题：要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办？
答： 。
如教材图1．9-1所示，在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间的电势差为U。若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度。
解：结合图示推导，受力情况： ；运动情况： 。
方法一：
方法二：
2．请你和同学一起讨论教材“思考与讨论”中的问题。
3．请你在学会例题1的基础上，完成下例练习：
如图所示，两平行金属板间加一电压U，有一带正电荷q、质量为m的带电粒子在电场力的作用下以初速v0开始从正极板向负极板运动。则（1）带电粒子在电场中作什么运动？（2）粒子穿出负极板时的速度多大？（3）粒子穿出负极板后做什么运动？
当分析出粒子做匀变速直线运动时，解决问题可用到的物理规律有：（1）牛顿定律结合运动学公式；（2）动能定理和动量定理。
（二）带电粒子的偏转
1．回忆平抛运动的相关知识：
水平方向： ；
竖直方向： ；
速度偏转： ；
位移偏转： ；
2．请你阅读“带电粒子的偏转”并独立推导例题2。
分析要点：
（1）动力学分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动 （类平抛运动）。
（2）运动的分析方法（看成类平抛运动）：沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动和沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动。
3．结合所学知识，请你自主分析推导。
如图所示，设电荷带电荷量为q，平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，初速为v0。试求：
①粒子受力情况分析；
②粒子运动的加速度；
③带电粒子在电场中运动的时问t；
④粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离；
⑤粒子在离开电场时竖直方向的分速度；
⑥粒子在离开电场时的速度大小；
⑦粒子在离开电场时的偏转角度θ。
4．完成“问题与练习”第1，2，3，4，5题。
任务三：了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。
1．请你阅读教材“示波器的原理”，在教师的引导下完成“思考与讨论”。
示波器：示波器是一种用来观察 的电子仪器。它的核心部件是 ，由 、 和 组成，管内抽成真空。
（1）电子枪部分：E电源作用是使金属丝变热发射出电子，U1电源作用是使发射出的电子在真空中被加速，获得很大的速度从金属板的小孔穿出。
（2）偏转电极部分：YY/平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，XX/平行金属为水平方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生水平方向的偏转。
（3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。
2．阅读课本“科学足迹”和“科学漫步”。
四、课堂小结
1．带电粒子的加速
（1）动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在 上，做加（减）速直线运动，如果是 ，则做匀加（减）速运动。
（2）功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于 的变化量，
（初速度为零）； 此式适用于一切电场。
2．带电粒子的偏转
（1）动力学分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做 （即 运动）。
（2）运动的分析方法（看成类平抛运动）：
①沿初速度方向做 ；
②沿电场力方向做 。
五、巩固提高
1．如图1所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的（ ）
A．2倍 B．4倍 C．0．5倍 D．0．25倍
2．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，如图2所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离变为原来的2倍，电子的入射方向及位置不变，且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的（ ）
A． B． C． D．2
3．下列带电粒子经过电压为U的电压加速后，如果它们的初速度均为0，则获得速度最大的粒子是 （ ）
A．质子 B．氚核 C．氦核 D．钠离子Na＋
4．真空中有一束电子流，以速度v、沿着跟电场强度方向垂直。自O点进入匀强电场，如图3所示，若以O为坐标原点，x轴垂直于电场方向，y轴平行于电场方向，在x轴上取OA＝AB＝BC，分别自A．B．C点作与y轴平行的线跟电子流的径迹交于M、N、P三点，那么：（1）电子流经M，N、P三点时，沿x轴方向的分速度之比为 。（2）沿y轴的分速度之比为 。
5．静止在太空中的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带电粒子形成向外发射的高速电子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度．已知飞行器质量为M，发射的是2价氧离子．发射离子的功率恒为P，加速的电压为U，每个氧离子的质量为m，单位电荷的电荷量为e，不计发射氧离子后飞行器质量的变化。
求：（1）射出的氧离子速度；
（2）每秒钟射出的氧离子数。（离子速度远大于飞行器的速度，分析时可认为飞行器始终静止不动）
6．如图4所示，一个电子（质量为m）电荷量为e，以初速度v0沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场，已知匀强电场的场强大小为E，不计重力，问：
（1）电子在电场中运动的加速度；
（2）电子进入电场的最大距离；
（3）电子进入电场最大距离的一半时的动能。
巩固提高参考答案：
1．C
2．B
3．A
4．1：1：1 ；1：2：3；1：3：5
5．（1）2；（2）
6．（1）；（2）；（3）
学时：2学时，第1学时完成带电粒子的加速和带电粒子的偏转的学习，第2学时完成示波管的工作原理的学习。
一、学习目标
1．学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化；
2．学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化；
3．了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。
二、学习重难点
学习重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律。
学习难点：运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题。
三、自主学习过程
电场中的带电粒子一般可分为两类：
1．带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）
2．带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。
任务一：复习回顾
1．牛顿第二定律的内容： ；
2．动能定理的表达式： ；
3．平抛运动的处理方法： ；
4．静电力做功的计算方法： 。
任务二：学习运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化；学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时的能量转化；
利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子________；利用电场使带电粒子________。
（一）带电粒子的加速
1．请你阅读课本“带电粒子的加速”，完成下列问题：
问题：要使带电粒子在电场中只被加速而不改变运动方向该怎么办？
答： 。
如教材图1．9-1所示，在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间的电势差为U。若一个质量为m，带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，计算它到达负极板时的速度。
解：结合图示推导，受力情况： ；运动情况： 。
方法一：
方法二：
2．请你和同学一起讨论教材“思考与讨论”中的问题。
3．请你在学会例题1的基础上，完成下例练习：
如图所示，两平行金属板间加一电压U，有一带正电荷q、质量为m的带电粒子在电场力的作用下以初速v0开始从正极板向负极板运动。则（1）带电粒子在电场中作什么运动？（2）粒子穿出负极板时的速度多大？（3）粒子穿出负极板后做什么运动？
当分析出粒子做匀变速直线运动时，解决问题可用到的物理规律有：（1）牛顿定律结合运动学公式；（2）动能定理和动量定理。
（二）带电粒子的偏转
1．回忆平抛运动的相关知识：
水平方向： ；
竖直方向： ；
速度偏转： ；
位移偏转： ；
2．请你阅读“带电粒子的偏转”并独立推导例题2。
分析要点：
（1）动力学分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动 （类平抛运动）。
（2）运动的分析方法（看成类平抛运动）：沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动和沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动。
3．结合所学知识，请你自主分析推导。
如图所示，设电荷带电荷量为q，平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，初速为v0。试求：
①粒子受力情况分析；
②粒子运动的加速度；
③带电粒子在电场中运动的时问t；
④粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离；
⑤粒子在离开电场时竖直方向的分速度；
⑥粒子在离开电场时的速度大小；
⑦粒子在离开电场时的偏转角度θ。
4．完成“问题与练习”第1，2，3，4，5题。
任务三：了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。
1．请你阅读教材“示波器的原理”，在教师的引导下完成“思考与讨论”。
示波器：示波器是一种用来观察 的电子仪器。它的核心部件是 ，由 、 和 组成，管内抽成真空。
（1）电子枪部分：E电源作用是使金属丝变热发射出电子，U1电源作用是使发射出的电子在真空中被加速，获得很大的速度从金属板的小孔穿出。
（2）偏转电极部分：YY/平行金属板为竖直方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生竖直方向的偏转，XX/平行金属为水平方向偏转电极即使平行金属板入射的电子产生水平方向的偏转。
（3）荧光屏部分：玻璃屏上涂有荧光物质。高速电子打到荧光物质，荧光物质受激发后会发出可见光，电子本身并不能发光，从屏上观察亮点，可知打到屏上电子的偏移情况。
2．阅读课本“科学足迹”和“科学漫步”。
四、课堂小结
1．带电粒子的加速
（1）动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在 上，做加（减）速直线运动，如果是 ，则做匀加（减）速运动。
（2）功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于 的变化量，
（初速度为零）； 此式适用于一切电场。
2．带电粒子的偏转
（1）动力学分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做 （即 运动）。
（2）运动的分析方法（看成类平抛运动）：
①沿初速度方向做 ；
②沿电场力方向做 。
五、巩固提高
1．如图1所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的（ ）
A．2倍 B．4倍 C．0．5倍 D．0．25倍
2．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，如图2所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离变为原来的2倍，电子的入射方向及位置不变，且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的（ ）
A． B． C． D．2
3．下列带电粒子经过电压为U的电压加速后，如果它们的初速度均为0，则获得速度最大的粒子是 （ ）
A．质子 B．氚核 C．氦核 D．钠离子Na＋
4．真空中有一束电子流，以速度v、沿着跟电场强度方向垂直。自O点进入匀强电场，如图3所示，若以O为坐标原点，x轴垂直于电场方向，y轴平行于电场方向，在x轴上取OA＝AB＝BC，分别自A．B．C点作与y轴平行的线跟电子流的径迹交于M、N、P三点，那么：（1）电子流经M，N、P三点时，沿x轴方向的分速度之比为 。（2）沿y轴的分速度之比为 。
5．静止在太空中的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带电粒子形成向外发射的高速电子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度．已知飞行器质量为M，发射的是2价氧离子．发射离子的功率恒为P，加速的电压为U，每个氧离子的质量为m，单位电荷的电荷量为e，不计发射氧离子后飞行器质量的变化。
求：（1）射出的氧离子速度；
（2）每秒钟射出的氧离子数。（离子速度远大于飞行器的速度，分析时可认为飞行器始终静止不动）
6．如图4所示，一个电子（质量为m）电荷量为e，以初速度v0沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场，已知匀强电场的场强大小为E，不计重力，问：
（1）电子在电场中运动的加速度；
（2）电子进入电场的最大距离；
（3）电子进入电场最大距离的一半时的动能。
巩固提高参考答案：
1．C
2．B
3．A
4．1：1：1 ；1：2：3；1：3：5
5．（1）2；（2）
6．（1）；（2）；（3）