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1、物理教案带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在电场中的运动 学习内容1.9带电粒子在电场中的运动学习目标1了解示波管的工作原理，体会静电场学问对科学技术的影响。2会处理较简洁的带电粒子在复合场中运动与偏转问题，培育自己独立分析、解决问题的实力。学习重、难点带电粒子在复合场中的运动与偏转问题学法指导自主、合作、探究学问链接1带电粒子在电场中的加速问题处理方法2带电粒子垂直电场方向进入电场中运动特点及处理方法。学习过程用案人自我创新【自主学习】一、示波管的原理1、构造示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由（放射电子的灯丝、加速电极组成）、（由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极
2、板组成）和组成。2、原理(1)扫描电压：XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿型电压。(2)灯丝被电源加热后，出现电子放射，放射出来的电子经过加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如Y偏转极板上加一个电压，在X偏转极板上加一电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律改变的可视图像。二、带电粒子能否飞出偏转电场的条件及求解方法带电粒子能否飞出电场，关健看带电粒子在电场中的侧移量y，如质量为m、电荷量为q的带电粒子沿中线以v0垂直射入板长为l、板间距离为d的匀强电场中，要使粒子飞出电场，则应满意：t=时，y；若当t=时,y，则粒子打在板上，不能飞出电场。三、带电粒子在电场和重力场的复合场中运动
3、分析方法。带电粒子在复合场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题。探讨的方法与质点动力学相同，它同样遵循：运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律。探讨时主要有以下两种方法：1力和运动的关系分析法。依据带电粒子受到电场力，用牛顿其次定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等。这种方法适用于恒力作用下的匀变速运动的状况。分析时详细有以下两种方法：正交分解法或化曲为直法“等效重力”法。3功能关系分析法（运用动能定理、能量守恒定律解题）【例题与习题】1一束电子流在经u=5000V的加速电压加速后在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如
4、图所示若两板间距d=1.0cm，板长f=50cm，那么要使电子能从平行板飞出，两个极板上最大能加多大电压? （1）要使电子束不打在偏转电极的极板上，加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大？（2）若在偏转电极上加U=40sin100tV的交变电压，在荧光屏的竖直坐标轴上能观测到多长的线段？ 3（2022全国）一平行板电容器的两个极板水平放置，两极板间有一带电荷量不变的小油滴，油滴在极板间运动时所受的阻力的大小与其速率成正比。若两极板间的电压为零，经一段时间后，油滴以速率v匀速下降；若两极板间的电压为U时，经一段时间后，油滴以速率v匀速上升；若两极板间电压为-U，油滴做匀速运动时速度的大小
5、、方向是（）A2v向下B2v向上C3v向下D3v向上达标检测1如图所示是一个说明示波管工作原理的示意图，电子经电压U1加速后垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h，两平行板间的距离为d，电势差为U2，板长为L为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量h/U2)，可采纳的方法是()A增大两板间的电势差以B尽可能使板长短些C尽可能使板间距离d小一些D使加速电压以上升一些2如图所示，用细线拴着一带负电的小球在方向竖直向下的匀强电场中，在竖直平面内做圆周运动，且电场力大于重力，则下列说法正确的是()A当小球运动到最高点A时，细线张力肯定最大B当小球运动到最低点B时，细线张力肯定最大C当小球运动到
6、最低点B时，小球的线速度肯定最大D当小球运动到最低点B时，小球的电势能肯定最大3.如图所示，A、B是一对平行的金属板，在两板间加上一周期为T的交变电压u，A板的电势A=0，B板的电势B随时间的改变规律如图所示。现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内，设电子的初速度和重力的影响可忽视则()A若电子是在t=O时刻进入的，它将始终向B板运动B.若电子是在t=1/8T时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最终打在B板上c.若电子是在3/8T时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最终打在B板上D若电子是在t=1/2时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动 4如图所示
7、，平行板电容器两极板间有场强为E的匀强电场，且带正电的极板接地，一质量为m、电荷量为+q的带电粒子(不计重力)从x轴上坐标为x。处由静止释放(1)求该粒子在x0处的电势能EP(2)试从牛顿其次定律动身，证明该带电粒子在极板问运动过程中，其动能与电势能之和保持不变 1.8带电粒子在电场中的运动 1.8带电粒子在电场中的运动 教学三维目标 （一）学问与技能 1了解带电粒子在电场中的运动只受电场力，带电粒子做匀变速运动。 2重点驾驭初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。 3知道示波管的主要构造和工作原理。 （二）过程与方法 培育学生综合运用力学和电学的学问分析解决带电粒子在电场
8、中的运动。 （三）情感看法与价值观 1渗透物理学方法的教化：运用志向化方法，突出主要因素，忽视次要因素，不计粒子重力。 2培育学生综合分析问题的实力，体会物理学问的实际应用。 重点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。 教学过程： （一）复习力学及本章前面相关学问 要点：动能定理、平抛运动规律、牛顿定律、场强等。 （二）新课教学 1带电粒子在电场中的运动状况（平衡、加速和减速） 若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。 例：带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电? 分析：带电粒子处于静止状态，F0，因为
9、所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。 若F0（只受电场力）且与初速度方向在同始终线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动) 打入正电荷（右图），将做匀加速直线运动。 设电荷所带的电量为q，板间场强为E 电势差为U，板距为d,电荷到达另一极板的速度为v,则 电场力所做的功为： 粒子到达另一极板的动能为： 由动能定理有：（或对恒力） 若初速为v0，则上列各式又应怎么样？让学生探讨并列出。 若打入的是负电荷（初速为v0），将做匀减速直线运动，其运动状况可能如何，请学生探讨，并得出结论。 请学生思索和探讨课本P33问题 分析讲解例题1。（
10、详见课本P33） 【思索与探讨】若带电粒子在电场中所受合力F0，且与初速度方向有夹角(不等于0，180)，则带电粒子将做什么运动？（曲线运动）-引出 2带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度v0E，则带电粒子将在电场中做类平抛运动） 复习：物体在只受重力的作用下，被水平抛出，在水平方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。 具体分析讲解例题2。 解：粒子v0在电场中做类平抛运动 沿电场方向匀速运动所以有： 电子射出电场时，在垂直于电场方向偏移的距离为： 粒子在垂直于电场方向的加速度： 由得： 代入数据得：m 即电子
11、射出时沿垂直于板面方向偏离0.36m 电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为v0，而垂直于电场方向的速度： 故电子离开电场时的偏转角为： 代入数据得：=6.8 【探讨】：若这里的粒子不是电子，而是一般的带电粒子，则需考虑重力，上列各式又需怎样列？指导学生列出。 3示波管的原理 （1）示波器：用来视察电信号随时间改变的电子仪器。其核心部分是示波管 （2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。 （3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随间改变的图线。 让学生对P35的【思索与探讨】进行探讨。 （三）小结： 1、探讨带电粒子在电场中
12、运动的两条主要线索 带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，探讨的方法与质点动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律探讨时，主要可以按以下两条线索绽开 （1）力和运动的关系牛顿其次定律 依据带电粒子受到的电场力，用牛顿其次定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的状况 （2）功和能的关系动能定理 依据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生改变，利用动能定理或从全过程中能量的转化，探讨带电粒子的速度改变，经验的位移等这条线索同样也适用于不匀称的电场 2
13、、探讨带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧 （1）类比与等效 电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛，带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的改变等 （2）整体法(全过程法) 电荷间的相互作用是成对出现的，把电荷系统的整体作为探讨对象，就可以不必考虑其间的相互作用 电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关它们分别引起电荷电势能的改变和重力势能的改变，从电荷运动的全过程中功能关系动身(尤其从静止动身末速度为零的问题)往往能快速找到解题入口或简化计算 （四）巩固新课：1、引导学生
14、完成问题与练习。1、3、4做练习。作业纸。 2、阅读教材内容，及P36-37的【科学踪迹】、【科学闲逛】 教后记 1、带电粒子在电场中的运动是综合性特别强的学问点，对力和运动的关系以及动量、能量的观点要求较高，是高考的热点之一，所以教学时要有肯定的高度。 2、学生对于带电粒子在电场中的运动的处理局限于记住偏转量和偏转角的公式，不能从力和运动的关系角度高层次的分析，这样的实力可能要到高三一轮复习结束才能具备。带电粒子在匀强磁场中的运动 沧州市颐和中学导学案学科中学物理课题带电粒子在匀强磁场中的运动课型1洛伦兹力演示仪构造：玻璃泡内充有淡薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。砺磁线圈产生匀强磁
15、场，试验：依据洛伦兹力的学问预料电子束的径迹，然后视察试验。洛伦兹力总与速度垂直，不变更速度大小，洛伦兹力大小不变。猜想：匀速圆周运动。不加磁场时视察电子束的径迹给砺磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向的匀强磁场保持出射电子的速度不变，变更磁感应强度，视察电子束径迹的改变保持磁感应强度不变，变更出射电子的速度，视察电子束径迹的改变试验结论：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。 2带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径和周期带电粒子的受力及运动分析带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力状况分析。带电粒子受的洛伦兹力方向不断改变，但始终与v垂直，洛伦兹力的大小不变
16、。运动分析没有力作用使电子离开与磁场方向垂直的平面。也没有垂直于磁场方向以外的速度重量使电子离开与磁场方向垂直的平面。所以电子的运动轨迹平面与磁场方向垂直。洛伦兹力只变更速度的方向，不变更速度的大小，供应带电粒子做匀速园周运动的向心力。结论：带电粒子垂直进入匀强磁场中，粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于磁场方向的平面内做匀速圆周运动。轨道半径和周期(1)轨道半径公式一带电粒子的质量为m，电荷量为q，速度为v，带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？核心关系：洛伦兹力给带电粒子做圆周运动供应向心力。Fmv2r粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力供应的，所
17、以qvBmv2r由此得出rmvqB上式告知我们，在匀强磁场中做匀速园周运动的带电粒子，它的轨道半径跟粒子的运动速率成正比。运动的速度越大，轨道的半径也越大。(2)周期公式将半径r代入周期公式T2rv中，得到T2mqB带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关。【例题1】、它们以下列状况垂直进入同一匀强磁场，求轨道半径之比，周期之比。具有相同速度；具有相同动量；具有相同动能。解答：依据qvBmv2r，得rmvqBv、B相同，所以rmq，所以r1r2r3122因为mv、B相同，所以r1q，r1r2r322112mv2相同，v1m，B相同，所以rmq，所以r1r2r31214、质谱
18、议(1)质谱仪的结构质谱仪由粒子源、加速电场、偏转磁场、显示屏等组成。(2)质谱仪的工作原理r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，而且这些个量中，U、B、r可以干脆测量，那么，我们可以用装置来测量粒子的比荷q/m。质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素。在上图中，假如容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的粒子，依据例题中的结果可知，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线。每一条对应于肯定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径r，假如再已知带电粒子的电荷量q，就可算出它的质量。这种仪器叫做质谱议。(3)质谱仪的应用质谱仪最初
19、是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪首先得到了氖20和氖22的质谱线，证明了同位素的存在。后来经过多次改进，质谱仪已经成了一种非常精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 【例题2】如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场。然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中做匀速圆周运动，最终打到照相底片D上，如图所示。求粒子进入磁场时的速率；粒子在磁场中运动的轨道半径。解答：粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动。在S2区做匀速直线运动，在S3区做匀速圆周运动。由动能定理可知12mv2qU由此可解出v2qUm粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨
20、道半径为rmvqB2mUqB2巩固练习 高一物理教案：带电粒子在电场中的运动教学设计 高一物理教案：带电粒子在电场中的运动教学设计 一、教学目标 1.了解带电粒子在电场中的运动只受电场力，带电粒子做匀变速运动。 2.重点驾驭初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动类平抛运动。 3.渗透物理学方法的教化：运用志向化方法，突出主要因素，忽视次要因素，不计粒子重力。 二、重点分析 初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中运动，沿电场方向(或反向)做初速度为零的匀加速直线运动，垂直于电场方向为匀速直线运动。 三、主要教学过程 1.带电粒子在磁场中的运动状况 若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F=0
21、时，粒子将保 持静止状态或匀速直线运动状态。 例 带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电? 分析 带电粒子处于静止状态，F=0，mg=Eq，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。 若F0且与初速度方向在同始终线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动) 打入正电荷，将做匀加速直线运动。 打入负电荷，将做匀减速直线运动。 若F0，且与初速度方向有夹角(不等于0，180)，带电粒子将做曲线运动。 mgEq，合外力竖直向下v0与F夹角不等于0或180，带电粒子做匀变速曲线运动。在第三种状况中重点分析类平抛运动。 2.若不计重
22、力，初速度v0E，带电粒子将在电场中做类平抛运动。 复习：物体在只受重力的作用下，被水平抛出，在水平方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。 与此相像，不计mg，v0E时，带电粒子在磁场中将做类平抛运动。 板间距为d，板长为l，初速度v0，板间电压为U，带电粒子质量为m，带电量为+q。 粒子在与电场方向垂直的方向上做匀速直线运动，x=v0t;在沿电 若粒子能穿过电场，而不打在极板上，侧移量为多少呢? 注：以上结论均适用于带电粒子能从电场中穿出的状况。假如带电粒子没有从电场中穿出，此时v0t不再等于板长l，应依据状况进
23、行分析。 设粒子带正电，以v0进入电压为U1的电场，将做匀加速直线运动，穿过电场时速度增大，动能增大，所以该电场称为加速电场。 进入电压为U2的电场后，粒子将发生偏转，设电场称为偏转电场。 例1质量为m的带电粒子，以初速度v0进入电场后沿直线运动到上极板。 (1)物体做的是什么运动? (2)电场力做功多少? (3)带电体的电性? 例2 如图，一平行板电容器板长l=4cm，板间距离为d=3cm，倾斜放置，使板面与水平方向夹角=37，若两板间所加电压U=100V，一带电量q=310-10C的负电荷以v0=0.5m/s的速度自A板左边缘水平进入电场，在电场中沿水平方向运动，并恰好从B板右边缘水平飞出
24、，则带电粒子从电场中飞出时的速度为多少?带电粒子质量为多少? 例3 一质量为m，带电量为+q的小球从距地面高h处以肯定的初速度水平抛出。在距抛出点水平距离为l处，有一根管口比小球直径略大的 管子上方的整个区域里加一个场强方向水平向左的匀强电场。如图： 求：(1)小球的初速度v; (2)电场强度E的大小; (3)小球落地时的动能。 第14页 共14页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页第 14 页 共 14 页