2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十三章 電場(chǎng) 九、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(第一課時(shí)).doc

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2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十三章 電場(chǎng) 九、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(第一課時(shí)) 從容說(shuō)課 本節(jié)介紹帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)．一是帶電粒子在電場(chǎng)中的加速,二是帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),并且結(jié)合這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)介紹了示波管的原理． 本節(jié)的主要特點(diǎn)是：(1)基礎(chǔ)性強(qiáng),以后的許多問(wèn)題中都會(huì)應(yīng)用該部分內(nèi)容．(2)方法性強(qiáng),要求綜合能力較強(qiáng),需要?jiǎng)幽芏ɡ?、平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)．(3)通過(guò)示波器加深應(yīng)用、實(shí)踐． 結(jié)合本節(jié)教材的特點(diǎn)和地位,定位本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下： 1．理解帶電粒子的加速、偏轉(zhuǎn)(在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力)的規(guī)律，并能分析解決相關(guān)問(wèn)題． 2．知道示波管的構(gòu)造和基本原理． 本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)定位于對(duì)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解． 本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)定位于運(yùn)用電學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)綜合處理偏轉(zhuǎn)問(wèn)題． 為了使大家能夠通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)融會(huì)貫穿力電知識(shí),提高大家應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，在教學(xué)中采用知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)重現(xiàn)、一題多解、方法歸納、實(shí)例應(yīng)用等多種方法拓寬大家的思路，鍛煉大家的能力，充分發(fā)揮大家的主觀能動(dòng)性完成教學(xué)目標(biāo)． 本節(jié)的教學(xué)程序如下： 導(dǎo)入→復(fù)習(xí)力學(xué)知識(shí)→帶電粒子加速問(wèn)題的探究→拓展應(yīng)用→帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題探究→拓展應(yīng)用→示波管原理探索→小結(jié)． 教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1．理解帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問(wèn)題． 2．知道示波管的構(gòu)造和基本原理． 二、能力目標(biāo) 通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)過(guò)程分析，培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力． 三、德育目標(biāo) 通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的精神． 教學(xué)重點(diǎn) 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律． 教學(xué)難點(diǎn) 運(yùn)用電學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)綜合處理偏轉(zhuǎn)問(wèn)題． 教學(xué)方法 講授法、歸納法、互動(dòng)探究法． 教學(xué)用具 投影儀、投影片、示波器． 課時(shí)安排 l課時(shí) 教學(xué)過(guò)程 [投影本節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)法指導(dǎo)] (一)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．理解帶電粒子在電場(chǎng)中的加速、偏轉(zhuǎn)情況． 2．運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析示波管的原理． (二)學(xué)法指導(dǎo) 1．結(jié)合力學(xué)知識(shí)綜合分析帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況． 2．通過(guò)示波管的原理認(rèn)識(shí)深化對(duì)知識(shí)的理解． [學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過(guò)程] [導(dǎo)入課題] 帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用會(huì)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(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場(chǎng)來(lái)控制或改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)． 具體應(yīng)用有哪些呢?本節(jié)課我們來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題．以勻強(qiáng)電場(chǎng)為例． [板書]帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) [新課教學(xué)] [相關(guān)知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)回顧] [投影思考題] 1．牛頓第二定律的內(nèi)容是什么? 2．動(dòng)能定理的表達(dá)式是什么? 3．平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)． 4．電場(chǎng)力做功的計(jì)算方法． [學(xué)生活動(dòng)] 結(jié)合自己的實(shí)際情況回顧復(fù)習(xí)． [師生互動(dòng)強(qiáng)化認(rèn)識(shí)] 1．a(chǎn)=F合/m(注意是F合) 2．W合=△Ek=(注意是合力做的功) 4．W=Fscosθ(恒力→勻強(qiáng)電場(chǎng)) W=Uq(任何電場(chǎng)) (一)帶電粒子的加速 [提出問(wèn)題] 要使帶電粒子在電場(chǎng)中只被加速而不改變運(yùn)動(dòng)方向該怎么辦? (相關(guān)知識(shí)鏈接．與在一條直線上，改變速度的大?。慌c成90，僅改變速度的方向；與成一定角度θ，既改變速度的大小又改變速度的方向) [學(xué)生探究活動(dòng)] 結(jié)合相關(guān)知識(shí)提出設(shè)計(jì)方案并互相討論其可行性． [學(xué)生介紹自己的設(shè)計(jì)方案]激勵(lì)評(píng)價(jià)． [師生互動(dòng)歸納] 方案1：v0=O，僅受電場(chǎng)力就會(huì)做加速運(yùn)動(dòng)，可達(dá)到目的． 方案2：v0≠O，僅受電場(chǎng)力，電場(chǎng)力的方向應(yīng)同v0同向才能達(dá)到加速的目的． [投影]加速示意圖． [學(xué)生探究活動(dòng)] 上面示意圖中兩電荷電性換一下能否達(dá)到加速的目的? (提示：從實(shí)際角度考慮，注意兩邊是金屬板) [學(xué)生匯報(bào)探究結(jié)果] 不可行,直接打在板上． [學(xué)生活動(dòng)] 結(jié)合圖示動(dòng)手推導(dǎo)當(dāng)v0=0時(shí)，帶電粒子到達(dá)另一板的速度大小． [抽查學(xué)生的結(jié)果展示、激勵(lì)評(píng)價(jià)] [教師點(diǎn)撥拓展] 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(kāi)始被加速時(shí)獲得的速度為： vt= 方法二：由W=qU及動(dòng)能定理：W=△Ek=mv2-0 得：qU=mv2 到達(dá)另一板時(shí)的速度為： v=. [深入探究] 1．結(jié)合牛頓第二定律及動(dòng)能定理中做功條件(W=Fscosθ恒力 W=Uq 任何電場(chǎng))討論各方法的實(shí)用性． 2．若初速度為v0(不等于零)，推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式． [學(xué)生活動(dòng)] 思考討論． 列式推導(dǎo)． [抽查學(xué)生探究結(jié)果并展示] [教師點(diǎn)撥拓展] 1．推導(dǎo)：設(shè)初速為v0，末速為v，則據(jù)動(dòng)能定理得 Uq=mv2-mv02 所以v= (v0=0時(shí)，v=) [方法滲透] 理解運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)會(huì)求解方法，不去死記結(jié)論。 2．方法一：必須在勻強(qiáng)電場(chǎng)中使用（F=Eq,F為恒力，E恒定） 方法二：由于非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，公式W=Uq同樣適用，故后一種可行性更高，應(yīng)用程度更高． [實(shí)例探究]課本例1 第一步：學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)． 第二步：對(duì)照課本解析歸納方法． 第三步：教師強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)．(計(jì)算先推導(dǎo)最終表達(dá)式再統(tǒng)一代人數(shù)值運(yùn)算，統(tǒng)一單位后不用每個(gè)量都寫，只在最終結(jié)果標(biāo)出即可) [過(guò)渡]如果帶電粒子在電場(chǎng)中的加速度方向不在同一條直線上，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況又如何呢?下面我們通過(guò)一種較特殊的情況來(lái)研究． (二)帶電粒子的偏轉(zhuǎn) [投影]如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中． [問(wèn)題討論] 1．分析帶電粒子的受力情況． 2．你認(rèn)為這種情況同哪種運(yùn)動(dòng)類似，這種運(yùn)動(dòng)的研究方法是什么? 3．你能類比得到帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的研究方法嗎? [學(xué)生活動(dòng)]討論并回答上述問(wèn)題： 1．關(guān)于帶電粒子的受力，學(xué)生的爭(zhēng)論焦點(diǎn)可能在是否考慮重力上． [教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)] 對(duì)于基本粒子，如電子、質(zhì)子、α粒子等，由于質(zhì)量m很小，所以重力比電場(chǎng)力小得多，重力可忽略不計(jì)． 對(duì)于帶電的塵埃、液滴、小球等，m較大，重力不能忽略不計(jì)． 2．帶電粒子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到恒定的與初速度方向成90角的作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，類似于力學(xué)中的平拋運(yùn)動(dòng)，平拋運(yùn)動(dòng)的研究方法是運(yùn)動(dòng)的合成和分解． 3．帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)也可采用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的方法進(jìn)行． [CAI課件分解展示] 1．帶電粒子在垂直于電場(chǎng)線方向上不受任何力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)． 2．在平行于電場(chǎng)線方向上，受到電場(chǎng)力的作用做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)． [深入探究] 如右圖所示，設(shè)電荷帶電荷量為q,平行板長(zhǎng)為L(zhǎng),兩板間距為d，電勢(shì)差為U，初速為v0．試求： 1．帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)問(wèn)t． 2．粒子運(yùn)動(dòng)的加速度． 3．粒子受力情況分析． 4．粒子在射出電場(chǎng)時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離． 5．粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的分速度． 6．粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度大?。? 7．粒子在離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度． [學(xué)生活動(dòng)] 結(jié)合所學(xué)自主分析推導(dǎo)． [抽查學(xué)生活動(dòng)結(jié)果并展示,教師激勵(lì)評(píng)價(jià)] [投影]示范解析 解：由于帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力僅有電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)． 粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t= 加速度a==qU/md 豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離： y=at2= 粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為 v1=at= 速度為：v= 粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為： tan= [拓展]若帶電粒子的初速v0是在電場(chǎng)的電勢(shì)差U1下加速而來(lái)的(從零開(kāi)始)，那么上面的結(jié)果又如何呢?(y,) [學(xué)生探究活動(dòng)] 動(dòng)手推導(dǎo)、互動(dòng)檢查． [抽查學(xué)生推導(dǎo)結(jié)果并展示] [結(jié)論] y= =arctan 與q、n無(wú)關(guān)． (三)示波管的原理． [出示示波器] 教師演示操作 ①光屏上的亮斑及變化． ②掃描及變化． ③豎直方向的偏移并調(diào)節(jié)使之變化． ④機(jī)內(nèi)提供的正弦電壓觀察及變化的觀察． [學(xué)生活動(dòng)] 觀察示波器的現(xiàn)象． 閱讀課本相關(guān)內(nèi)容探究原因． [教師點(diǎn)撥拓展，師生互動(dòng)探究] [多媒體展示] 示波器的核心部分是示波管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成． [投影]示波管原理圖： 電子槍中的燈絲K發(fā)射電子，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，得到的速度為： v0= 如果在偏轉(zhuǎn)電極yy′上加電壓電子在偏轉(zhuǎn)電極yy′的電場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)．離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電極yy′后沿直線前進(jìn)，打在熒光屏上的亮斑在豎直方向發(fā)生偏移．其偏移量y′為y′=y+Ltan 因?yàn)閥= tan 所以y′=U+L =U=tan(L+) 如果U=Umaxsinωt則y′=ymax′sinωt [學(xué)生活動(dòng)] 結(jié)合推導(dǎo)分析教師演示現(xiàn)象． (四)拓展應(yīng)用 如圖所示,兩個(gè)帶電荷量分別為3q和q的帶電粒子P1、P2以相同速度從O點(diǎn)垂直場(chǎng)強(qiáng)方向射入電場(chǎng)，經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后打在極板A上的C點(diǎn)和D點(diǎn)．已知AC=CD，那么P1、P2的質(zhì)量之比為( ) A．4：3 B．1：3 C．2：3 D．3：4 [參考答案]D 三、小結(jié) 1．同學(xué)結(jié)合板書自結(jié)。 2．結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)檢查學(xué)習(xí)情況． 3．[投影]示范小結(jié) 四、作業(yè) 1．課本課后作業(yè)． 2．預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)“練習(xí)使用示波器”，了解示波器． 3．閱讀下節(jié)“靜電的利用和防止”，查找更多的相關(guān)資料． 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1．幾種不同的正粒子都由靜止開(kāi)始經(jīng)一定的電勢(shì)差加速后，垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，已知它們?cè)陔妶?chǎng)中的偏轉(zhuǎn)軌跡完全相同，則（ ） A．它們是經(jīng)相同的電勢(shì)差加速后射入 B．被加速后它們一定具有相同的速度 C．被加速后它們一定具有相同的動(dòng)能 D．它們射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度相同 2．在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一個(gè)僅受電場(chǎng)力運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)電荷必定不可能( ) A．從電勢(shì)為零的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到電勢(shì)不為零的點(diǎn) B．從電勢(shì)為零的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到電勢(shì)為零的另一點(diǎn) C．做勻速圓周運(yùn)動(dòng) D．做變速圓周運(yùn)動(dòng) 3．如圖所示，一個(gè)帶正電的粒子以一定的初速度垂直進(jìn)入水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，若不計(jì)重力，圖中的四個(gè)圖線哪個(gè)能描述粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡（ ） [參考答案] 1．A 提示：經(jīng)U1加速，再經(jīng)U2偏轉(zhuǎn)；y=，y∝1/U1，即U1一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)軌跡完全相同． 2．CD 提示：做圓周運(yùn)動(dòng)要有方向不斷改變指向圓的向心力，而在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力方向不變，不可能做圓周運(yùn)動(dòng)． 3．C