2022年高中物理人教版選修3-1 第一章 第9節(jié) 帶電粒子在電場中的運動 教案3 第一課時

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1、2022年高中物理人教版選修3-1 第一章 第9節(jié) 帶電粒子在電場中的運動 教案3 第一課時 一、教材分析 帶電粒子在電場中運動是牛頓運動定律、曲線運動、運動的合成與分解、電場的綜合性運用。實際情況很多，研究對象也較復(fù)雜，計不計重力也對問題有很多影響，本節(jié)課主要通過最基本的不考慮重力的帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)來體現(xiàn)解決帶電粒子在電場中運動的方法。帶電粒子的加速既能用牛頓運動定律解決也能用動能定理解決；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則是運動的合成和分解的重要應(yīng)用，可類比于平拋運動的解決問題方法。本節(jié)課只要教師做好引導(dǎo)，學(xué)生能夠自己完成教學(xué)目標(biāo)，而且可以提高學(xué)生知識遷移和綜合分析能力。 二、學(xué)情分析

2、 帶電粒子在場中的運動由于涉及的知識點眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來高考的熱點內(nèi)容，這里需要將幾個基本的運動，即直線運動中的加速、減速、往返運動，曲線運動中的平拋運動、圓周運動、勻速圓周運動進(jìn)行綜合鞏固和加深，同時需要將力學(xué)基本定律，即牛頓第二定律、動能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運用。 三、教學(xué)目標(biāo)： （一）知識目標(biāo) 1．使學(xué)生理解并掌握帶電粒子在電場中運動的特點和規(guī)律，能夠正確分析和解答帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)等方面的問題。 2．掌握分析和解決帶電粒子在電場中運動問題的思路和方法。 3．培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用物理知識對具體問題進(jìn)行具體分析的能力。 （二）能

3、力目標(biāo) 通過帶電粒子在電場中加速、偏轉(zhuǎn)過程分析，提高學(xué)生知識遷移的能力。 （三）情感目標(biāo) 通過知識的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的探究合作精神 四、教學(xué)重點難點 重點：用力學(xué)觀點和能量觀點解決帶電粒子在電場中運動的規(guī)律 難點：通過知識遷移用運動分解的方法解決帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的問題 五、教學(xué)方法 講授法、啟發(fā)式、歸納法、互動探究法 導(dǎo)入新課： 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧相關(guān)知識點 （1）牛頓第二定律的內(nèi)容是什么? （2）動能定理的表達(dá)式是什么? （3）電場力的表達(dá)式是什么？電場力做功的表達(dá)式是什么？場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系是什么？ 學(xué)生活動：結(jié)合自己的實際情況回顧復(fù)習(xí)。

4、教師活動: 前一段時間我們學(xué)習(xí)了一種神秘的物質(zhì)——電場，電場能使處在其中的帶電粒子受到電場力作用的同時賦予了帶電粒子神奇的能量，那么一個帶電粒子在電場中受力之后將做怎樣的運動呢？這節(jié)課我們就一起來探究帶電粒子在電場中的運動。 進(jìn)行新課： 教師說明：我們平時遇到的帶電粒子有質(zhì)量，受到重力，但有些情況重力可以忽略不計，具體情況如下： (1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等除了有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)． (2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。 帶電顆粒如果既受電場力又受重力，可能平衡態(tài)也可能非平

5、衡態(tài)；運動形式很多，情景可以很復(fù)雜。而不計重力的帶電粒子在電場中僅受電場力作用要比考慮重力的簡單的多。帶電粒子在電場中受到電場力的作用會產(chǎn)生加速度，使其原有速度發(fā)生變化．在現(xiàn)代科學(xué)實驗和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場來控制或改變帶電粒子的運動。今天我們主要考慮最簡單的兩種形式： 一種是電場力和速度共線； 一種是電場力與速度垂直。 一、帶電粒子在電場中的加速和減速 + + + —— —— —— +q 例1：在加上電壓并處于真空的金屬板附近有一帶正電粒子q，（不計重力） 初速度為零,在電場力作用下向哪個方向運動？做什么運動？兩板間電勢差為U，板間距為d，你能求得q到達(dá)另一極板時的速

6、度v嗎？有幾種方法可求? 方法一：先求出帶電粒子的加速度a= 再根據(jù)vt2-v02=2ad 可求得當(dāng)帶電粒子從靜止開始被加速時獲得的速度為 vt= 方法二：由W=qU及動能定理qU=mv2 到達(dá)另一板時的速度為：v=. 深入探究： （1）若不是勻強(qiáng)電場，兩種方法都可以嗎？ （2）兩板之間距離d變大 ，到達(dá)另一極板的時間和速度如何變化？ （3）若初速度為v0（不等于零），推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。 （4）若初速度為v0（不等于零），電場方向相反，求粒子能在電場中運動多遠(yuǎn)？（ 電場足夠大） 教師總結(jié) ：通過以上討論。我們知道了帶點粒子在勻強(qiáng)電場中的直線運動既可以用運動學(xué)公式求

7、解也可以用功能觀點求解，而且對于非勻強(qiáng)電場就只能用動能定理解決，顯然，動能定理解決問題的方法適用范圍更大，用起來更為方便簡單，但涉及時間問題也只能考慮運動學(xué)公式。 那么帶電粒子若以垂直于電場方向的速度進(jìn)入電場又是什么情景呢？我們繼續(xù)探討第二種情況： 二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 教師投影：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場線射入勻強(qiáng)電場中． 問題討論： （1）分析帶電粒子的受力情況。 （2）帶電粒子做什么運動？ （3）你認(rèn)為這種情況同哪種運動類似，這種運動的研究方法是什么? （4）你能類比得到帶電粒子在電場中運動的研究方法嗎? 學(xué)生活動：討論并回答上述問題。 綜上分析，學(xué)生

8、討論得出：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中偏轉(zhuǎn)的運動性質(zhì)：勻變速曲線運動，用運動的合成和分解來解決問題，把曲線運動分解為： （1）在垂直于電場線方向上不受任何力，做勻速直線運動。 （2）在平行于電場線方向上，受到電場力的作用做初速為零的勻加速直線運動。 深入探究： 例2：如圖所示，設(shè)電荷帶電荷量為-q，平行板長為L，兩板間距為d，電壓為U，初速為v0．從上板邊緣進(jìn)入兩板間： 則粒子運動的加速度為 帶電粒子在電場中運動的時間為 若粒子能從兩板右側(cè)飛出， 試求： （1）粒子在射出電場時豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離 （2）粒子在離開電場時豎直方向的分速度 （3）粒子在離開電場時的速度偏轉(zhuǎn)角

9、θ 學(xué)生活動：結(jié)合所學(xué)知識，自主分析推導(dǎo)。 （教師抽查學(xué)生活動結(jié)果并展示，教師激勵評價） 投影示范解析： 解：由于帶電粒子在電場中運動受力僅有電場力（與初速度垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運動。 粒子在電場中的運動時間 t= 加速度 a==qU/md 豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離： y=at2= 粒子離開電場時豎直方向的速度為 v1=at= 速度為： v= 粒子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度θ為： tanθ= 例3：若帶電粒子的初速v0是在電場的電勢差U1下加速而來的（從零開始），那么上面的結(jié)果又如何呢?（y，tanθ） 學(xué)生探究活動：動手推導(dǎo)、互動檢查。 （教師抽查學(xué)生推導(dǎo)結(jié)果并展示： 結(jié)論： y= ，θ=arctan 教師引導(dǎo)總結(jié) ：軌跡與q、m無關(guān)，即不同粒子經(jīng)同一電場加速再經(jīng)同一電場偏轉(zhuǎn)具有相同的軌跡 小結(jié) 帶電粒子在電場中運動的方法： 作業(yè) 課后繼續(xù)探究示波管原理