1、带电粒子在电场中的运动【教学目标】1理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。2知道示波管的构造和基本原理。3通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力。4通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。【教学重点】带电粒子在匀强电场中的运动规律。【教学难点】综合应用力学和电学知识处理偏转问题。【教学过程】一、新课导入教师活动：给学生抛出2012年全世界粒子物理学界最振奋人心的消息：发现“上帝粒子”。给大家讲述中国科学院卡弗里理论物理研究所2012年KITPC拓展项目活动，欧洲核子中心大型强子对撞机原理。结合北京正负电子对撞机的图片讲述参观感受，介绍电子直
2、线加速原理与世界粒子物理研究前沿对接，引入新课。二、新课教学1教学任务：带电粒子在电场中的的平衡问题师生活动：出示问题问题1：水平放置的两平行金属板间有一匀强电场，已知板间距离为d=5cm，有一质量为m=1.010-9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为5.010-12C，要使液滴处于静止状态，两极板间应加多大的电势差？哪块极板的电势较高？以提问的方式，师生共同分析得出结论，投影解题过程。学生回答：略2教学任务：带电粒子的加速师生活动：出示问题问题2：如图，两平行极板之间的距离为d，板间存在场强为E的匀强电场，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右
3、侧极板时的速度及所需时间。问题3：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。问题4：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，以初速度为v0从左侧极板附近加速，求：电子的加速度和到达右侧极板时的速度。学生分三组，分别完成问题2、问题3和问题4，分别汇报结果。征求不同的解法和思路，总结出两种不同的处理思路：动力学观点和能量观点。方法一：先求出带电粒子的加速度：再根据可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为：方法二：由W=qU及动能定理：得：到达
4、另一板时的速度为：深入探究：（1）结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件（恒力任何电场）讨论各方法的实用性。（2）若初速度为v0（不等于零），推导最终的速度表达式。学生思考讨论，列式推导（教师抽查学生探究结果并展示）教师最后点拨拓展：推导：设初速为v0，末速为v，则据动能定理得所以v0=0时，）方法渗透：理解运动规律，学会求解方法，不去死记结论。教学任务：拓展1在加速问题中，如果两极板是其他形状，例如图中所示电场，中间的电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？3教学任务：带电粒子的偏转师生活动：投影问题5问题5：如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，两极板之间的电压为U，板
5、长为l，板间距离为d，电子电荷量为e，质量为m，初速度为v0水平向右，电子能从极板右侧打出。问题讨论：分析电子的受力情况。你认为这种情境同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么?你能类比得到带电粒子在匀强电场中运动的研究方法吗?求：电子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。电子在离开电场时的速度偏转角的正切值。学生活动：结合所学知识，自主分析推导。（教师抽查学生活动结果并展示，教师激励评价）同桌对结果相互评议，针对不同意见进行讨论，达成一致。投影示范解析：解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。粒子在电场中的运动时间加速度竖直方向的偏转
6、距离粒子离开电场时竖直方向的速度为速度为粒子离开电场时的偏转角度为教学任务：拓展2、拓展3拓展2：如果偏转电压增大，则电子的偏转位移和偏转角如何变化？如果偏转电场的上极板带负电，下极板带正电，电子又会往哪儿偏？如果偏转电场的两极板如图示竖直放置，电子会如何偏转呢？拓展3电子从静止开始经加速电压U1加速后，沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，如何处理这种先加速后偏转的问题？4教学任务：示波管（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器，其核心部分是示波管。师生活动：多媒体展示：示波管原理图：示波器的核心部分是示波管，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。（2）示波管的构造及原理认识结构：电子枪通电
7、后会产生热电子，电子在加速电场作用下被加速，经过偏转电场发生偏转，只是这里有两组偏转电极。例题：已知加速电压极板长偏转电极的电压板间距、板端到荧光屏的距离。求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值及打到屏上电子的偏移量。（3）常见波形三、巩固练习1.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+?的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为?时，粒子到达N板的速度为?，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2?，则下述方法能满足要求的是（ ）A、使M、N间电压增加为2UB、使M、N间电压增加为4UC、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2.氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为、。它们以相同的初动能垂直进入同一匀强电场，离开电场时，末动能最大的是（ ）A氕核 B氘核 C氚核 D一样大3.如图所示，电子在电势差为的电场中加速后，垂直进入电势差为的偏转电场，在满足电子能射出的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是( )A变大、变大B变小、变大C变大、变小D变小、变小4.（多选）如图，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们（ ）A侧移相同B偏转角相同C到达屏上同一点D到达屏上不同点