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帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動 教案
姓名：周鴻 學(xué)號：20070512595 學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院 課題：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動 一 教學(xué)目標(biāo) ◆知識與技能 1. 理解帶電粒子在電場中的運(yùn)動規(guī)律。 2. 能分析和解決加速和偏轉(zhuǎn)問題。 ◆過程與方法 1. 通過帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的過程分析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和推理能力。 2. 滲透物理學(xué)方法的教育，讓學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素的科學(xué)的研究方法。 ◆情感態(tài)度與價值觀 1. 通過知識的運(yùn)用培養(yǎng)學(xué)生的熱愛科學(xué)的精神。 2. 通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的意志品質(zhì)。 二 教學(xué)重點、難點 重點：帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動規(guī)律。 帶電粒子在運(yùn)動過程中的偏轉(zhuǎn)問題。 難點：帶電粒子在運(yùn)動過程中的偏轉(zhuǎn)問題。 三 教學(xué)過程 ◆新課引入 通過回憶式引入這節(jié)的新課，把前面學(xué)過的物理知識綜合運(yùn)用。 師：“回憶前面我們學(xué)習(xí)了關(guān)于電場的基本物理量，大家回憶一下有哪些常見的物理量�！� 生：“有電場強(qiáng)度、電場力、電勢、電勢差、等勢面等等�！� 師：“對了，學(xué)習(xí)了這么多物理量，大家想一下。一個帶電粒子在電場中會受到電場力，而物體在力的作用下往往伴隨著運(yùn)動。前面我們在習(xí)題中已初步接觸過粒子在電場中的運(yùn)動問題，今天就具體來看最基本的帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動，請大家打開課本翻到第九節(jié)�！� [轉(zhuǎn)身寫板書：13.9 帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動] ◆新課教學(xué) 1. 帶電粒子的加速 我們研究帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動，關(guān)于運(yùn)動，在前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)研究過了：物體 在力的作用下，運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了改變，同樣，對于電場中的帶電粒子而言，受到電場力的作用，那么它的運(yùn)動情況又是怎樣的呢？首先我們來看這樣的一個例子： 例：兩塊平行金屬板，兩板間的電壓為U，兩板的間距為d， 一質(zhì)量為m帶電量為q的粒子以初速度Vo從正極板開始運(yùn)動， 求粒子到達(dá)負(fù)極板的末速度Vt=？（不計粒子的重力mg） 師：“不計重力，一般情況下電子、離子這些物體是不計重力的，但是一些帶電小球、液滴、塵埃等這些事要考慮他們的重力的， 而粒子要不要算重力就要根據(jù)題目中給出的要求來看，在這里，告訴粒子是不受重力的�！� 分析: 帶電粒子在電場中運(yùn)動的過程中，不受重力mg，只受到電場力F=Eq，而電場E= 是勻強(qiáng)電場，所以對同一粒子受到的電場力F=Eq是一個恒力，方向向右，粒子的速度方向與受力方向在同一方向上，所以粒子在電場中的運(yùn)動是做勻加速直線運(yùn)動，加速度a= = 。伴隨運(yùn)動就有速度，我們在所學(xué)的知識中用來解決力和速度的問題常用三種方法: 1.用運(yùn)動學(xué)的知識求解 2.用功能關(guān)系 3.用動量定理 法一. 用運(yùn)動學(xué)知識求解 已知：位移s、初速度Vo、加速度a 求末速度Vt. 解：由Vt2 —V02=2aS 得到V t= 法二. 用動能定理求解 解：在運(yùn)動過程中只有電場力做功W=qU， 由 qU= m Vt2_ m V02 得到：V t= 師：“通過上面的兩種方法我們都求出了粒子到達(dá)負(fù)極板的末速度，兩種方法的結(jié)果都是一樣的，但是大家注意到第一種我們用運(yùn)動學(xué)來求解他有一個適用性，只是用于勻加速直線運(yùn)動，也就是說只能只用在勻強(qiáng)電場中，但是第二種方法動能定理是適用于任何的電場中，所以我們在以后的習(xí)題中也是常常用動能定理求解�！� 師：“在剛才的例子中粒子的運(yùn)動方向與受力方向在同一方向上，大家想一下如果粒子的方向與受力方向相反粒子的運(yùn)動又是什么情況呢，粒子還會打出電場嗎，要打出電場有什么條件呢，這是留給同學(xué)下去思考的第一個問題，下節(jié)課同學(xué)們告訴我答案�！� 師：“再想一個問題，如果粒子是由正極板靜止開始，那么粒子運(yùn)動到負(fù)極板的末速度又是多少呢？同學(xué)們算一下�！� 生：“直接把上式中的Vo=0，就可以得到粒子到達(dá)負(fù)極板的末速度V t= ,或者可以同樣用上面的兩種方法計算。” 師：“對，算出來的結(jié)果就和同學(xué)們剛才說的一樣，大家有興趣可以下去算一下，剛才我們都說的是粒子的速度與電場力的方向在同一直線上，如果現(xiàn)在粒子的運(yùn)動方向與電場方向不在一條直線上，結(jié)果又是如何呢？接下來的一個問題我們來研究粒子的偏轉(zhuǎn)問題�！� 2. 帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 師：“粒子的運(yùn)動方向與受力在同一直線上粒子做直線運(yùn)動，那么粒子的運(yùn)動方向與受力方向不在同一直線上，有夾角，粒子做什么運(yùn)動呢？” 生：“做曲線運(yùn)動。” 師：“接下來我們看一下粒子在電場中做曲線運(yùn)動到底怎么求解呢，首先看這樣的例題�！� 例：兩塊平行金屬板，上極板帶負(fù)電，下級板帶正電，極板長度為L， 寬度為d，兩板間的電壓為u，一質(zhì)量為m帶電量-q為的粒子以 初速度V0垂直電場強(qiáng)度的方向進(jìn)入電場中，最后飛出電場，求 粒子最后離開的電場的偏離位移y和偏轉(zhuǎn)角 等。（不計粒子的 重力） 分析：不計粒子的重力，對粒子在電場中的而運(yùn)動分析，首先在水平方向上粒子不受力，但是有一個初速度。而在豎直方向上粒子受到一個向下的電場力，這個電場力是一個恒力，但是沒有初速度。 師：“在水平方向上粒子不受力，但是有一個初速度Vo。而在豎直方向上粒子受到一個向下的電場力F=Eq，這個電場力是一個恒力，但是沒有初速度。這種運(yùn)動模型同我們以前學(xué)過的哪種模型是非常的類似？” 生：“平拋運(yùn)動�！� 師：“對，同以前學(xué)過的平拋運(yùn)動非常相似，大家回憶一下以前學(xué)過的平拋運(yùn)動的運(yùn)動又什么樣的運(yùn)動規(guī)律。” 生：“在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，而在豎直方向上做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動。 速度關(guān)系： 位移關(guān)系： 師：“根據(jù)所學(xué)過的平拋運(yùn)動規(guī)律，在這里，粒子在電場中也是這樣，在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，根據(jù)這些已知我們來逐一分析這道題。” （1） 粒子在電場中運(yùn)動的時間 在電場中水平方向上運(yùn)動的時間就是豎直方向上運(yùn)動的時間，水平的速度V0知道，除 此之外還已知水平方向運(yùn)動的位移L，所以所用時間t可以求解 t= （2） 粒子在豎直方向的加速度a 粒子在運(yùn)動過程中只在豎直方向上電場力，電場力F又是恒力，所以在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動，加速度為a a= （3） 粒子在豎直方向上的偏轉(zhuǎn)位移y 求出粒子的運(yùn)動時間t和加速度a，而粒子在豎直方向上做初速度為0 的勻加速直線運(yùn) 動，所以可以求解粒子的偏轉(zhuǎn)位移y y= at2= = （4） 粒子離開電場時的水平方向速度Vx和豎直方向上的速度Vy 由于水平方向上做勻速直線運(yùn)動，所以粒子離開電場時水平方向上的速度不變 Vx=Vo 在豎直方向上做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，時間t和加速度a已知，可以求出粒子離 開電場時的豎直方向上的末速度 Vy=at= （5） 粒子離開電場時的速度大小和偏轉(zhuǎn)角 由于粒子的初速度方向與受力方向有夾角，粒子會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后離開電場的速度與開 始的速度有一定的偏轉(zhuǎn)，射出時的末速度v與初速度 的夾角 稱為偏轉(zhuǎn)角。 末速度的大小V= 偏轉(zhuǎn)角tan （6） 末速度與初速度的延長線交點 末速度的反向延長線與初速度的延長線交與一點O，這一點是在中點處，即：Vt反 向延長線與Vo延長線的交點在 處。 證明： x、= （粒子就好像直接從中點發(fā)射出來一樣。） （7） 速度的偏轉(zhuǎn)角與位移的偏轉(zhuǎn)的關(guān)系 速度的偏轉(zhuǎn)角的正切值是位移偏轉(zhuǎn)角正切值的兩倍，即：tan 。 證明： 即是粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的速度偏轉(zhuǎn)角正切值是位移偏轉(zhuǎn)角正切值的兩倍。 3. 荷質(zhì)比（比荷） 從前面我們可以看到粒子離開電場的偏轉(zhuǎn)位移不和偏轉(zhuǎn)角不僅與電場的性質(zhì)有關(guān)，還與粒子本身的性質(zhì)有關(guān)，即是與粒子的所帶電荷與質(zhì)量有關(guān)，我們把粒子的電荷與質(zhì)量的比值 叫做荷質(zhì)比（比荷），他是反映電荷本身性質(zhì)的一個物理量。比如ɑ粒子，他是氦核，他的荷質(zhì)比也就是氦核的質(zhì)子數(shù)q=2與他的質(zhì)量數(shù)m=4的比值，也就是氦核的荷質(zhì)比是 。 由此我們可知對于同一個電場，不同的粒子進(jìn)入電場的軌跡是不一樣的，同一電子進(jìn)入同 一電場其運(yùn)動的軌跡是相同的。 4. 粒子先加速后偏轉(zhuǎn) 師：“剛才我們討論的都是粒子在一個電場中的運(yùn)動情況，如果粒子先后經(jīng)過兩個電場，其運(yùn)動的情況又會有什么樣的變化呢？” 例：粒子由靜止開始先后經(jīng)過如圖的兩個電 場，第一個極板電壓為U1，寬度為d1，第 二個極板電壓為U2，寬度為d2,長度為L。 求質(zhì)量為帶電量為的粒子最后離開電場 的偏轉(zhuǎn)位移y和偏轉(zhuǎn)角 。 分析：粒子由靜止開始在第一個電場中做勻加速直線運(yùn)動，加速到末端的時候就有了一個速度V0，繼而又以這個速度V0作為初速度進(jìn)入到第二個電場中作偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。 師：“根據(jù)前面學(xué)過的知識同學(xué)們我們一起來求解粒子最后離開電場時候的偏轉(zhuǎn)位移y和偏轉(zhuǎn)角tan，看他們會有什么的特點�！� （1） 偏轉(zhuǎn)位移 通過式子我們可以看到最后粒子先加速后偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)位移只與兩個電場的電壓U、第二個電場的極板寬度d和長度L有關(guān)，與粒子本身荷質(zhì)比 沒有關(guān)系，與粒子本身的物理量沒有關(guān)系。 （2） 偏轉(zhuǎn)角 從式子中可以看到，粒子先加速后偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)角只與兩個電場的電壓U、第二個電場的極板寬度d2和長度L有關(guān)，與粒子本身荷質(zhì)比 沒有關(guān)系，與粒子本身的物理量沒有關(guān)系。 總結(jié)：粒子從靜止開始先后經(jīng)過兩個電場，最后離開時的偏轉(zhuǎn)位移y和偏轉(zhuǎn)角tan與粒子的荷質(zhì)比 沒有關(guān)系，只與兩個電場的性質(zhì)有關(guān)，也就是說不同的粒子先后經(jīng)過兩個電場的的運(yùn)動軌跡是相同的，他們都是沿著一條固定的軌跡運(yùn)動。 ◆ 鞏固復(fù)習(xí) 1.粒子的加速 通常情況下我們采取動能定理解決問題。 2. 粒子的偏轉(zhuǎn) 不考慮粒子的重力，在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上【帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動 教案】相關(guān)文章：
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