选修3-1
第一章 静 电 场
第九节
《带电粒子在电场中的运动》
滕 波
山东省泰山中学
教学
课题
选修3-1第一章第九节《带电粒子在电场中的运动》
教材
分析
在前面学习静电场性质的基础上，本节学习处理带电粒子在电场中运动的问题。本节内容主要培养学生综合应用力学知识和电学知识的能力。内容由“带电粒子的加速”“带电粒子的偏转”“示波管原理”三部分组成，教学内容梯度明显。力学与电学综合程度逐渐提高。
学情
分析
学生前面学习了静电场的性质，本节内容梯度明显，符合学生的认知规律。但因为力学与电学综合程度逐渐提高，学生的学习会出现一些困难。特别是对带电粒子“重力是否可以忽略”这一问题容易感到迷茫。
教学
目标
知 识
与技能
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、电势差等概念研究带电粒子在电场中运动时能量的转化。
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。
过 程
与方法
经历理论探究过程，体验应用类比学习的知识法和通过做功研究能量变化的方法。
情感态度与价值观
通过学习，树立相互联系、相互影响的看待事物的的观点。了解电场规律在科学技术中的应用。
教学
重点
带电粒子在电场中的加速和偏转。
教学
难点
综合利用力学、电学知识分析带电粒子在电场中的加速和偏转问题。理解示波管的工作原理。
实验
器材
演示
器材
多媒体课件、示波器。
分组实验器材
纸板、小球
教学环节
教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
新课引入
视频“电子之舞”
要实现“电子之舞”，首先要学会利用电场改变或控制带电粒子的运动。其中最基本、最简单的就是使带电粒子在电场中加速和偏转。
播放视频，引入新课。
【板书】带电粒子在电场中的运动
观看录像
设计意图：通过新奇的场景，吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。
新课教学
一、带电粒子的加速
要想让电子“翩翩起舞”，先要让它运动起来。
阅读情境一，完成问题一。
情境：“电子之舞”中的电子要“动”起来，是通过一个加速电场来完成的。两极板间的电场是匀强电场，电压为U，距离为d，一个电子电荷量为e，质量为m，在真空中从静止开始加速，从负极板向正极板运动，从正极板的小孔穿出。(不计电子的重力)
问题一：电子的运动性质是什么？计算电子到达正极板时的速度大小？
电子受到的电场力是恒力，做匀加速的直线运动。
计算方法一：电子在电场中受电场力，由牛顿第二定律
得
由运动学公式
可得
计算方法二：电场力对电子做功，由动能定理
可得
问题二：若电子是从炽热的金属丝发射，在金属丝和金属板之间加电压U，发射后的电子在真空中从静止开始加速，从右侧金属板的小孔穿出，计算电子获得的速度？如何增大上述电子到达正极板的速度？
提出问题：
（1）请同学们特别注意，这两个电场相同吗？
第一个问题是匀强电场，电场力是恒力；第二个问题是非匀强电场，电子受的力是变力。
（2）用什么方法来解决？
动力学的方法不能用了，动能定理仍然可以。
计算方法与问题一中方法二相同：
可得
通过求解的结果可知，增大加速电压U就可增大电子的速度。
二、带电粒子的偏转
情境：“电子之舞”中的电子要“跳”起来，是通过一个偏转电场实现的，如图所示。电子经加速电场加速后，以一定速度v0垂直于电场方向射入匀强电场中，两极板长度为，极板距离为d，电压为U.（电子电荷量为e，质量为m，不计重力）
问题：计算电子飞出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ.
思考讨论：
（1）进入匀强电场后电子做什么运动？
（2）这种运动与那种运动相似？尝试画出运动轨迹。
（3）你能否通过类比得到这种运动的研究方法？
电子做曲线运动，与平抛运动相似，轨迹向电场力的方向弯曲。
电子在电场中偏转的照片
介绍并总结：把电子的运动分成平行于板面方向的分运动，和沿垂直于板面方向的分运动。平行于板面方向不受外力，做匀速直线运动，位移大小等于。垂直于板面方向，受电场力，做初速度为零的匀加速直线运动，加速度大小。
用这种研究方法完成物理情境中的问题。
解：电子在电场中受电场力，由牛顿第二定律得
在竖直方向上
在水平方向上
由以上三式可得
电子在竖直方向上的速度
由几何关系
思考讨论：（1）怎样改变电子偏移的距离？
可以改变U、d、l、v0
（2）以上探讨的是电子在竖直方向发生偏转的问题，怎样让电子在水平方向偏转？
竖直放置两块金属板，加偏转电压。
前面两种控制电子运动的方法组合在一起，就是示波管的工作原理。
三、示波管的原理
这是一种常见的示波器，可用来观察电信号随时间的变化情况．
介绍示波管的构造
由电子枪、偏转电极、荧光屏组成。
思考讨论以下问题：
（1）如果在偏转电极、上不加电压，电子如何运动？
（2）只在偏转电极上加电压，电子如何运动？
（3）只在偏转电极上加电压，电子如何运动？
在学案的图上大体标注一下三个位置。配合演示三种情况中电子的运动。
用动画演示，注意观察。（演示固定电压、变化电压并总结。）
中学使用的示波器除了可以演示这三种情况外，还可以演示更复杂的情况。当然了，要想呈现录像中那种绚丽效果的话，光凭这样的示波器是无法实现的，必须对电子进行更加复杂的控制才行。有兴趣的同学可以深入研究。
设置物理情境，引入研究的问题。
【板书】一、带电粒子的加速
提问并评价学生所回答的问题
展示求解结果：
引导学生分析问题一、二的区别
总结动能定理解决带电粒子在电场中的运动问题的优越性。
【板书】二、带电粒子的偏转
利用情境，提出思考问题。
总结运动特点、研究方法，展示电子轨迹照片
与学生共同总结研究方法。
展示学生解答、并评价。
提出问题。
与学生共同总结。
【板书】三、示波管的原理
介绍结构
与学生共同总结演示。
介绍总结。
学生观看屏幕，阅读物理情景一，思考、讨论所提出的问题。
学生进行讨论，分析电子的运动性质，寻找求解电子速度的办法。
学生阅读问题二
思考提出的问题
讨论、分析问题，选择方法。
应用结果分析并回答。
学生阅读物理情景二，思考问题。
学生分组讨论，并进行归纳结论。
介绍讨论结果、对比实际现象。
利用类比得出研究运动的方法，并展示介绍。
学生观看屏幕上的规范解答，纠正自己的问题
学生思考讨论、回答。
介绍结果，互相配合演示体验，并与课件演示互相印证。
通过具体的情境，让学生感受物理知识与实际问题的联系，激发学生的理论探究兴趣。
通过对比两种电场，引导学生认识动能定理的优越性。
结合实际需要，巩固知识。
引导学生通过类比，得出运动特点及研究方法。
理论结果与实际现象相互印证。
渗透类比、联想科学研究方法教育。
培养学生规范解决问题的习惯。
引导学生变化空间维度，多角度思考问题，贴近实际需要。为下一环节教学做好准备。
培养学生的空间想象能力。
回扣开头视频，激发学生进一步探究的兴趣。
课堂小结
请同学们总结一下本节课的收获。
师生共同总结。
师生共同总结。
总结、回顾整堂课收获。
布置作业
作业：
1、做课后练习题P39页.1～4题
2、讨论分析：P36页思考讨论提出的问题
布置作业
完成课下作业。
巩固知识，为下节课做准备。
课件15张PPT。带电粒子在电场中的运动泰山中学滕 波第九节一、带电粒子的加速情境：“电子之舞”中的电子“动”起来，是通过一个加速电场来实现的。两极板间的电场是匀强电场，电压为U，距离为d，一个电子电荷量为e，质量为m，在真空中从静止开始加速，从负极板向正极板运动，经正极板的小孔穿出，（不计重力） 问题一：电子的运动性质是什么？计算电子获得的速度多大？解法二：电子在电场中受电场力再由运动学公式 可得 由牛顿第二定律得 问题二：若电子是从炽热的金属丝发射，在金属丝和金属板之间加电压U，发射后的电子在真空中从静止开始加速，从正极板的小孔穿出，计算电子获得的的速度。如何增大电子到达金属板时的速度？ 一、带电粒子的加速二、带电粒子的偏转情境：“电子之舞”中的电子要“跳”起来，是通过一个偏转电场实现的。电子经加速电场加速后，以一定速度v0垂直于电场方向射入匀强电场中，两极板长度为l，极板距离为d，电压为U。（电子电荷量为e，质量为m，不计重力）
问题：计算电子飞出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ。二、带电粒子的偏转思考：
（1）进入匀强电场后电子做什么运动？
（2）这种运动与那种运动相似？尝试画出运动轨迹。
（3）你能否通过类比得到这种运动的研究方法？xy（1）进入匀强电场后电子做什么运动？（2）这种运动与那种运动相似？尝试画出运动轨迹。（3）你能否通过类比得到这种运动的研究方法？二、带电粒子的偏转完成“情境”中的问题：计算电子飞出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ。二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转（2）怎样使电子沿水平方向发生偏转？（1）如何改变上述问题中电子的偏移距离？思考讨论：三、示波管的原理1、示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。电子枪荧光屏三、示波管的原理2、示波管的构造3、模拟演示（1）偏转电极XX′、YY′上不加电压，电子如何运动？（2）只在偏转电极YY′上加电压，电子如何运动？ （3）只在偏转电极XX′上加电压，电子如何运动？ 请同学们总结一下本节课有哪些收获！作业：
1、做课后练习题P39页.1～4题
2、讨论分析：课本P36页思考讨论提出的问题第九节 《带电粒子在电场中的运动》学案
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、电势差等概念研究带电粒子在电场中运动时能量的转化。
（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。
新课引入：观看视频“电子之舞”
学习过程：
一、带电粒子的加速
情境：“电子之舞”中的的电子要“动”起来，是通过一个加速电场来完成的。两极板间的电压为U，距离为d，一个电子电荷量为e，质量为m，在真空中从静止开始加速，从负极板向正极板运动，从正极板的小孔穿出。(不计电子的重力)
问题一：电子的运动性质是什么？怎样计算电子到达正极板时的速度多大？
问题二：若电子是从炽热的金属丝发射，在金属丝和金属板之间加电压U，发射后的电子在真空中从静止开始加速，从右侧金属板的小孔穿出，怎样计算电子获得的的速度？如何增大上述电子到达金属板的速度？21世纪教育网版权所有
二、带电粒子的偏转
情境：“电子之舞”中的电子要“跳”起来，是通过一个偏转电场实现的，如图所示。电子经加速电场加速后，以一定速度v0垂直于电场方向射入匀强电场中，两极板长度为，极板距离为d，电压为U.（电子电荷量为e，质量为m，不计重力）21cnjy.com
问题：求电子飞出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和偏转的角度θ。
思考：
（1）进入匀强电场后电子做什么运动？
（2）这种运动与哪种运动相似？尝试画出运动轨迹。
（3）你能否通过类比得到这种运动的研究方法？
解答情境中的“问题”：
思考讨论：
（1）怎样改变电子的偏移距离？
（2）怎样让电子在水平方向偏转？
三、示波管的原理
1、这是一种常见的示波器，可用来观察电信号随时间的变化情况．
2、示波管的构造
3、模拟展示
（1）如果在偏转电极、上不加电压，电子如何运动？
（2）只在偏转电极上加电压，电子如何运动？
（3）只在偏转电极上加电压，电子又如何运动？
课堂小结：
请同学们总结一下本节课有哪些收获！
作业：
1、做课后练习题P.39页1～4题
2、讨论分析：P36页“思考讨论”提出的问题
检测练习：
1、如图所示P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是（ ）
A、两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大
B、两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大
C、与两板间距离无关，仅与加速电压U有关
D、以上说法都不正确
2、电子以初速度v0沿垂直场强方向射入两平行金属板中间的匀强电场中，现增大两板间的电压，但仍使电子能够穿过平行板间，则电子穿越平行板所需要的时间（ ）21教育网
A、随电压的增大而减小 B、随电压的增大而增大
C、加大两板间距离，时间将减小 D、与电压及两板间距离均无关
3、带电粒子垂直电场方向进入匀强电场中偏转时（除电场力外不计其它力的作用）（ ）
A、电势能增加，动能增加 B、电势能减小，动能增加
C、电势能和动能都不变 D、上述结论都不正确
4、如图所示，一带电粒子沿与电场线垂直的方向从电场中央进入两平行金属板间的匀强电场，已知粒子的带电量为q，两板间的电势差为U，则粒子运动过程中（ ）21·cn·jy·com
A、若粒子从电场中射出，则粒子动能增加了qU
B、若粒子从电场中射出，则电场力一定对粒子做了的功
C、若粒子打在极板上，则电场力一定对粒子做了的功
D、若粒子打在极板上，则粒子的动能一定增加了qU
