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民族学部物理公开课:《第九节 带电粒子在电场中的运动》
2017-09-26 00:00:00    丛莎莎    阅读 129次

                                       第九节 带电粒子在电场中的运动

课程标准解读:

1、认识带电粒子在匀强电场中的运动(讨论带电粒子在匀强电场中的运动,只限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于场强的情况。但也应注意带电粒子在匀强电场中的平衡类问题。)

2、了解示波器的基本原理(包括示波器的加速和偏转。)

教材分析

  电场是电学的基础知识,是学好电磁学的关键,带电粒子在电场中的运动问题是物理电学中的重点、难点,它涉及到带电粒子在电场中的受力分析,能量转化,运动合成与分解等诸多知识点,本节是电场知识的重要应用之一。

   通过对本节知识的学习,学生能够把电场知识和牛顿定律、动能定理、运动的合成与分解等力学知识有机地结合起来,加深对力、电知识的理解,有利于培养学生用物理规律解决实际问题的能力,同时也为以后学习带电粒子在磁场中的运动打下基础。

        本专题是供理科倾向学生的拓展内容,是在原有知识基础上的加深、拓宽和综合应用,本专题有较强的理论分析特征。教材是通过问题探究和例题的形式来研究带电粒子的加速和偏转问题,教材先从能量角度入手研究了带电粒子在电场中的加速,然后又从分析粒子受力情况入手,类比重力场中的平抛运动,研究了带电粒子在匀强电场中的偏转问题。

学情分析:

知识方面:学生在基础课程和拓展课程中,学生已经比较熟练地掌握了力学和电场的基本知识,熟悉平抛运动规律,理解粒子在电场中的受力特征和功能关系,初步具备了分析有关电场问题的能力。       

    能力方面:学生初步掌握了研究物理问题的一些基本方法,抽象思维能力和逻辑思维推理能力有所提高,但是综合分析问题的能力还不高,学生对电场的相关知识理解上就有困难。

教学目标

1.通过运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念,能研究计算出带电粒子在电场中运动时的能量转化。

2.通过运用静电力、电场强度等概念,会写出带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量。

重点与难点:带电粒子在匀强电场中做匀加速直线运动和类平抛运动。

教学方法       

 教师引导、小组讨论

教学过程

目标1.通过运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念,能研究计算出带电粒子在电场中运动时的能量转化。

1.温故知新

1)电场的基本特性是什么?

2)学生思考:电荷在匀强电场中各处受力如何?大小是多少?

3)一节学过电容器,决定电容器的因素是什么?公式是什么?

2.创设情境,导入新课

问题:1.在电场中只对带电粒子加速而而不改变运动方向可行吗?怎么做?

        2.如果带电粒子在电场中受力方向与速度方向不在同一条直线上,带电粒子的运动情况?

3.进一步设问:如果带电粒子垂直进入匀强电场中会作怎样的运动?引导学生采用类比平抛运动的方法,进行问题思考。

一、带电粒子在匀强电场中的加速

加速示意图.

 

问题:(1)上面示意图中两电荷电性换一下能否达到加速的目的?

 

2)学生推导:当v0=0时,带电粒子到达另一板的速度大小。

 

3若初速度为v0不等于零,推导最终的速度表达式。

推导:设初速为v0,末速为v,则据动能定理得

 

 

注意:非匀强电场中,公式W=qU同样适用。

目标2.通过运用静电力、电场强度等概念,会写出带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量。

思考问题:

1.如果带电粒子在电场中受力方向与速度方向不在同一条直线上,带电粒子的运动情况?          

2.进一步设问:如果带电粒子垂直进入匀强电场中会作怎样的运动?           

二、带电粒子在匀强电场中的偏转

如图所示,电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中。

问题讨论:

1)分析带电粒子的受力情况。

    

2)这种情况同哪种运动类似?

 

3)带电粒子在电场中运动的研究方法是什么?

总结:带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,做匀变速曲线运动,类似于力学中的平抛运动,研究方法是运动的合成和分解。

实例探究:如右图所示,设电荷带电荷量为q平行板长为L两板间距为d,电势差为U,初速为v0.试求:

1)粒子受力情况分析。

2)带电粒子在电场中运动的时间t

 

3)粒子运动的加速度a

 

4)粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离y

 

5)粒子在离开电场时竖直方向的分速度vy

 

6)粒子在离开电场时的速度大小v

 

7)粒子在离开电场时的偏转角度θ

 

3.课中拓展:如果带电粒子先进入加速电场,后进入偏转电场,会怎样运动?目的引导学生建立物理模型。

例如:若带电粒子的初速度v0是在电势差U1的电场作用下从零开始加速而来的,又经过一个电势差U2的电场作用下发生偏转,求偏转距离y和偏转角度θ

分析:

 

 

 

 

 

 

 

4.看课本P35的示波管的原理,引导学生来分析当偏转电场有多个电场时的,带电粒子的运动情况,来拓宽学生的知识面,同时让学生能体会学有所用,大大的提升学生的学习动力,同时还得会看荧光屏,让学生能从小的细节发现问题,解决问题。

5.课堂针对练习:


1.如图所示,在点电荷+Q的电场中有AB两点,将质子和α粒子(氦的原子核)分别从A点由静止释放到达B点时,它们的速度大小之比为多少?

 

 

 

 

2.一束电子流在经U=5000 V的加速电压加速后,在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示,若两板间距d=1.0 cm,板长l=5.0 cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个极板上最多能加多大电压?

 

 

 

 

 

 

 

 

3.如图所示,带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间,距下板0.8 cm,两板间的电势差为300 V。如果两板间电势差减小到60 V,则带电小球运动到极板上需多长时间?

 

 

 

 

 

 

 

 

课后作业

1.完成P39“问题与练习”第345题;思考并回答第12题。

2.课下阅读课本37页和38页“科学足迹”和“科学漫步”。

 

3.课后拓展:带电粒子离开偏转电场以后运动情况又如何?引导学生用所学的知识进行解决,从而提高学生应用知识解决问题的能力。

教学反思:


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