《带电粒子在电场中的运动》导学案
授课人：宋宏亮
一、学习目标：
（一）知识与技能
?1．理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理。
?2．能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中加速和偏转。
（二）过程与方法
?1．分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。
?2．分析如何利用电场使带电粒子速度方向改变而发生偏转。
?3．体验类比平抛运动，运用分解的方法处理曲线运动。
?4．归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。
（三）情感、态度和价值观
?1．感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点。
?2．进一步养成科学思维的方法。
二、温故知新：
1、曲线运动的研究方法： 。在研究平抛运动时，我们把平抛运动分解为：水平方向的 和 竖直方向的 。
平抛运动的规律：
水平方向：VX= ,aX= ,X= .
竖直方向：Vy= ,aY= ,y= .
速度偏转角的正切: tanθ= .
位移偏转角的正切：tanα= .
2、静电力做功W和电势差U的关系式： 。此公式是否适用于非匀强电场？在什么电场中,可以用功的定义式W=Fscosθ求电场力做功?为什么？
3、通过课本第7页的例题1，你能得到什么结论？
三、合作探究：
【合作探究1】：带电粒子的加速：
『问题1』：在真空中有一对间距为d的平行金属板，两板间电场看做匀强电场，由于接到电池组上而带电，两板间的电势差为U。若一个电子(质量为m，电量为-e)，由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，速度是多大？
方法1、运动学结合牛顿定律 方法2、动能定理（求功的方法?）
『问题2』：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U0，发射出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丝时的速度为0.(请尝试心算！)
【合作探究2】：带电粒子的偏转
『问题3』：如图所示，一个电子（质量为m，电量为-e）垂直于电场线方向射入电场中，两板间的电场看做匀强电场，假定电子最终能从极板中飞出。请思考讨论以下问题：
请分析该电子的受力情况，大致做出该电子在极板间的运动轨迹。
你认为该电子的运动与那种运动相似？这种运动的研究方法是什么？
你能类比得到电子在该电场中运动的研究方法吗？
『问题4』：如果已知：金属板的长度为L，间距为d,极板间电压的大小为U。电子射入电场时的速度为V0。请同学们类比平抛运动的研究方法小组合作完成以下问题：
（1）电子运动的加速度a；
（2）电子在偏转电场中运动的时间t；
（3）电子射出极板时的速度V;
编题比赛：（比赛规则：编题并求解，限时3分钟）
『问题5』质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，偏转位移之比为 。
类比这个问题，你还能想到什么问题？
『问题6』：如果电子的速度V0是在电势差为U0的加速电场中从静止开始加速获得的。偏转位移y及偏转角的正切值tanθ的表达式怎样？请尝试推导，并讨论这种情况下偏转位移y及偏转角的正切值tanθ与哪些因素有关？
课后巩固练习：1、如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是：( )
A.两板间距越大，加速的时间越长
B.两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达Q板时的速度就越大
C.电子到达Q板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关
D.电子的加速度和末速度都与板间距离无关
2、质量为m、带电量为q的粒子以初速度v从中线垂直进入偏转电场，刚好离开电场，它在离开电场后偏转角正切为0.5，则下列说法中正确的是
A、如果偏转电场的电压为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
B、如果带电粒子的比荷为原来的一半，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
C、如果带电粒子的初速度为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
D、如果带电粒子的初动能为原来的2倍，则粒子离开电场后的偏转角正切为0.25
四、重难点知识总结：
五、学情自评：
在这一节课上，我遇到的困难：（困难是暂时的，坚持是到达成功最近的路程。）
在课下我要努力解决的问题：（有问题不去解决才是真正的问题。）
今天我有哪些进步？我想对自己说的话：(明天我应该有个更高的目标！)
六、课后作业：（1）整理今天所学重难点知识，完成课后巩固练习题；
（2）根据今天所学知识预习示波管的原理。
老师寄语：全力以赴的努力会让你的每一天都有不一样的精彩！加油！
《带电粒子在电场中的运动》教学设计
山东省平度第一中学 宋宏亮
【教学目标】：
（一）知识与技能
?1．理解并掌握带电粒子在电场中加速和偏转的原理。
?2．能用牛顿运动定律或动能定理分析带电粒子在电场中加速和偏转。
（二）过程与方法
?1．分析如何利用电场使带电粒子速度大小改变即加速。
2．分析如何利用电场使带电粒子速度方向改变而发生偏转。
?3．体验类比平抛运动，运用分解的方法处理曲线运动。
?4．归纳用力学规律处理带电粒子在电场中运动的常用方法。
（三）情感、态度和价值观
?1．感受从能的角度，用动能定理分析解答问题的优点。
?2．进一步养成科学思维的方法。
【教学重点】：
通过类比，学生小组合作探究，推导带电粒子的加速和偏转的问题；
【教学难点】：
带电粒子的偏转
【教学方法】：
启发式、探究式、习题教学法、类比法
【教学过程】：
一、新课导入：
带电粒子在电场中受到电场力的作用，速度的大小或方向都可能发生变化。我们常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动。具体的应用有哪些呢？相信通过本节课的学习，大家一定能找到答案。今天我们一起学习：《带电粒子在电场中的的运动》
过渡：请大家小组合作，完成《导学案》问题1。
二、新课教学：
（一）探究带电粒子加速：
问题1：在真空中有一对平行金属板，由于接到电池组上而带电，两板间的电势差为U。若一个电子，由静止开始加速，从一个极板到达另一个极板时，速度是多大？（温馨提示：请同学们用两种方法求解。比较哪种方法更简单？）
『教学策略：』学生完成后，小组展示。老师做出点评。
展示标准答案。让学生回顾刚才的解题过程。并讨论以下两个问题：
（1）如果电子以初速度V0射入该电场，到达另一个极板时，速度多大？
（2）如果两板间的电场是非匀强电场，上述两种方法还适用吗？
对于问题（1）的处理方法：让学生心算出初速度不为0时，末速度V的大小。让学生进一步思考：如果射入该电场的是一个质子，接下来质子会如何运动？
对于问题（2）的处理方法：请学生心算《导学案》 [问题2]：
[问题2]：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U0，发射出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丝时的速度为0.
得到答案后，让学生对比《导学案》问题1总结心得：两种方法的实用性。
最后让学生通过课件上的问题体会：电场是如何改变速度大小的。
过渡：通过刚才的探究过程我们看到：利用电场我们就可以改变带电粒子速度的大小。那我们能不能利用电场改变带电粒子速度的方向呢？我们一起想这样一种情景：如果带电粒子加速后，紧接着垂直电场线方向射入一个匀强电场，接下来会怎样运动呢？请同学们小组交流完成问题2。
（二）探究带电粒子的偏转
问题3如图所示，一个电子（质量为m，电量为-e）垂直于电场线方向射入电场中，两板间的电场看做匀强电场，假定电子最终能从极板中飞出。请思考讨论以下问题：
（1）请分析该电子的受力情况，大致做出该电子在极板间的运动轨迹。
（2）你认为该电子的运动与那种运动相似？这种运动的研究方法是什么？
（3）你能类比得到电子在该电场中运动的研究方法吗？
『教学策略：』找一个小组展示。教师和学生一起总结解决这类运动问题的方法：把电子的运动分解成初速度方向的匀速直线运动和电场力方向的匀加速直线运动。
过渡：通过对问题3的研究，我们确定了研究这类问题的方法，趁热打铁，请同学们一起来解决几个具体的问题。请同学们小组合作完成《导学案》问题四：
如果已知：金属板的长度为L，间距为d,极板间电压的大小为U。电子射入电场时的速度为V0。请同学们类比平抛运动的研究方法，小组合作完成以下问题并讨论偏转位移y及偏转角的正切值tanθ与哪些因素有关？
（1）电子运动的加速度a；
（2）电子在偏转电场中运动的时间t；
（3）电子射出极板时的速度V;
『教学策略：』学生完成后展示。然后组织学生根据已知条件编题并解答。引导学生得到偏转位移及偏转角的正切，并组织学生讨论偏转位移及偏转角的正切与哪些因素有关？在此基础上让学生完成《导学案》问题五：
质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中，离开电场后，它们的偏转角正切之比为 ，偏转距离之比为 。
学生完成后，找一个小组展示，教师和学生一起总结方法。然后让学生进一步思考：当质子和二价氦粒子以相同的初速度垂直射入同一个偏转电场时偏转角正切之比和偏转距离之比。
学生展示，找另外一名同学点评。
（2）创设情境：如果带电粒子的速度V0是在电势差为U0的加速电场中从静止开始加速获得的。偏转位移y及偏转角的正切值tanθ的表达式怎样？
『教学策略：』引导学生总结得出：并根据这两个表达式总结在这种情况下，偏转位移y及偏转角的正切值tanθ与哪些因素有关。得到结论，让学生讨论思考题（课后习题第4题）：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股？为什么？
小组讨论并展示，点评并确定答案。
三、课代表总结本节课所学内容：
四、布置作业：见导学案
《带电粒子在电场中的运动》
教学设计
山东省平度第一中学
宋宏亮
课件11张PPT。带电粒子在电场中的运动山东省平度第一中学 宋宏亮对于常见的微观粒子：质子、电子、α粒子、正负离子等，其重力远小于电场力，在没有特别说明或暗示的情况下，一般不计重力。对于带电实体：带电的小球、液滴、尘埃等，其重力与电场力接近，在没有特别说明或暗示的情况下，一般要考虑重力。法1、运动学结合牛顿定律法2、动能定理:探究活动一、带电粒子的加速【深度思考:】
（1）如果电子以初速度V0射入该电场，到达另一个极板时，速度多大？
（2）如果两板间的电场是非匀强电场，上述两种方法还适用吗？ 【学以致用】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+q的带电粒子，从静止开始加速，当M、N间电压为U时，粒子到达N板的速度为v，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2v ，则下述方法能满足要求的是
A、使M、N间电压增加为2U B、使M、N间电压增加为4U C、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 MNUdB探究活动二、带电粒子的偏转dUYY/v0e、m偏转角偏转位移现场编题比赛
（限时3分钟）探究活动二、带电粒子的偏转dUYY/v0e、m偏转角偏转位移『观察并总结』偏转位移y与哪些因素有关？
偏转角的正切tanθ 与哪些因素有关？（2）加速和偏转一体问题：思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，它们是否会分为三股？
