視頻標簽：帶電粒子在,電場中的運動

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視頻課題：人教版高中物理選修3-1第一章第九節帶電粒子在電場中的運動-遼寧省優課

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第九節、帶電粒子在電場中的運動
一、教材分析
<<帶電粒子在電場中運動>>是牛頓運動定律、曲線運動、運動的合成與分解、電場的綜合性運用。實際情況很多，研究對象也較復雜，計不計重力也對問題有很多影響，本節課主要通過最基本的不考慮重力的帶電粒子在電場中加速和偏轉來體現解決帶電粒子在電場中運動的方法。帶電粒子的加速既能用牛頓運動定律解決也能用動能定理解決；帶電粒子的偏轉則是運動的合成和分解的重要應用，可類比于平拋運動的解決問題方法。本節課只要教師做好引導，學生能夠自己完成教學目標，而且可以提高學生知識遷移和綜合分析能力。
二、學情分析
帶電粒子在場中的運動由于涉及的知識點眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來高考的熱點內容，這里需要將幾個基本的運動，即直線運動中的加速、減速、往返運動，曲線運動中的平拋運動、圓周運動、勻速圓周運動進行綜合鞏固和加深，同時需要將力學基本定律，即牛頓第二定律、動能定理、機械能守恒定律、能量守恒定律等進行綜合運用。
 
三、教學目標：
（一）知識目標
1．使學生理解并掌握帶電粒子在電場中運動的特點和規律，能夠正確分析和解答帶電粒子在電場中的加速和偏轉等方面的問題。
2．掌握分析和解決帶電粒子在電場中運動問題的思路和方法。
3．培養學生綜合應用物理知識對具體問題進行具體分析的能力。
（二）能力目標
通過帶電粒子在電場中加速、偏轉過程分析，提高學生知識遷移的能力。
（三）情感目標
通過知識的應用，培養學生的探究合作精神
四、教學重點難點
重點：用力學觀點和能量觀點解決帶電粒子在電場中運動的規律
難點：通過知識遷移用運動分解的方法解決帶電粒子在勻強電場中偏轉的問題
五、教學方法
講授法、啟發式、歸納法、互動探究法
導入新課：  
教師活動：引導學生復習回顧相關知識點
（1）牛頓第二定律的內容是什么?
（2）動能定理的表達式是什么?
（3）電場力的表達式是什么？電場力做功的表達式是什么？場強與電勢差的關系是什么？
學生活動：結合自己的實際情況回顧復習。
教師活動: 前一段時間我們學習了一種神秘的物質——電場，電場能使處在其中的帶電粒子受到電場力作用的同時賦予了帶電粒子神奇的能量，那么一個帶電粒子在電場中受力之后將做怎樣的運動呢？這節課我們就一起來探究帶電粒子在電場中的運動。
進行新課：
教師說明：我們平時遇到的帶電粒子有質量，受到重力，但有些情況重力可以忽略不計，具體情況如下：
(1)基本粒子：如電子、質子、α粒子、離子等除了有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質量)．
(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。
帶電顆粒如果既受電場力又受重力，可能平衡態也可能非平衡態；運動形式很多，情景可以很復雜。而不計重力的帶電粒子在電場中僅受電場力作用要比考慮重力的簡單的多。帶電粒子在電場中受到電場力的作用會產生加速度，使其原有速度發生變化．在現代科學實驗和技術設備中，常常利用電場來控制或改變帶電粒子的運動。今天我們主要考慮最簡單的兩種形式：
  一種是電場力和速度共線；
  一種是電場力與速度垂直。[來源:
一、       帶電粒子在電場中的加速和減速
例1：在加上電壓并處于真空的金屬板附近有一帶正電粒子q，（不計重力） 初速度為零,在電場力作用下向哪個方向運動？做什么運動？兩板間電勢差為U，板間距為d，你能求得q到達另一極板時的速度v嗎？有幾種方法可求?
方法一：先求出帶電粒子的加速度a=
再根據v_t²-v₀²=2ad
可求得當帶電粒子從靜止開始被加速時獲得的速度為
v_t=
 
 
方法二：由W=qU及動能定理qU=mv²
到達另一板時的速度為：v=.
深入探究：
（1）若不是勻強電場，兩種方法都可以嗎？
（2）兩板之間距離d變大 ，到達另一極板的時間和速度如何變化？
（3）若初速度為v₀（不等于零），推導最終的速度表達式。
（4）若初速度為v₀（不等于零），電場方向相反，求粒子能在電場中運動多遠？（ 電場足夠大）
教師總結 ：通過以上討論。我們知道了帶點粒子在勻強電場中的直線運動既可以用運動學公式求解也可以用功能觀點求解，而且對于非勻強電場就只能用動能定理解決，顯然，動能定理解決問題的方法適用范圍更大，用起來更為方便簡單，但涉及時間問題也只能考慮運動學公式。
    那么帶電粒子若以垂直于電場方向的速度進入電場又是什么情景呢？我們繼續探討第二種情況：
二、帶電粒子的偏轉
教師投影：如圖所示，電子以初速度v₀垂直于電場線射入勻強電場中．
問題討論：
（1）分析帶電粒子的受力情況。
（2）帶電粒子做什么運動？
（3）你認為這種情況同哪種運動類似，這種運動的研究方法是什么?
（4）你能類比得到帶電粒子在電場中運動的研究方法嗎?
學生活動：討論并回答上述問題。
綜上分析，學生討論得出：帶電粒子在勻強電場中偏轉的運動性質：勻變速曲線運動，用運動的合成和分解來解決問題，把曲線運動分解為：
（1）在垂直于電場線方向上不受任何力，做勻速直線運動。
（2）在平行于電場線方向上，受到電場力的作用做初速為零的勻加速直線運動。
深入探究：
例2：如圖所示，設電荷帶電荷量為-q，平行板長為L，兩板間距為d，電壓為U，初速為v₀．從上板邊緣進入兩板間：
則粒子運動的加速度為   
帶電粒子在電場中運動的時間為
若粒子能從兩板右側飛出，
試求：
（1）粒子在射出電場時豎直方向上的偏轉距離
                 （2）粒子在離開電場時豎直方向的分速度
                 （3）粒子在離開電場時的速度偏轉角θ
學生活動：結合所學知識，自主分析推導。
（教師抽查學生活動結果并展示，教師激勵評價）
投影示范解析：
解：由于帶電粒子在電場中運動受力僅有電場力（與初速度垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運動。
粒子在電場中的運動時間           t= 
加速度                       a==qU/md
豎直方向的偏轉距離：
y=at²=
粒子離開電場時豎直方向的速度為
v₁=at=
速度為：                 v=
粒子離開電場時的偏轉角度θ為：
tanθ=
例3：若帶電粒子的初速v₀是在電場的電勢差U₁下加速而來的（從零開始），那么上面的結果又如何呢?（y，tanθ）[來源:學科網]
學生探究活動：動手推導、互動檢查。
（教師抽查學生推導結果并展示：
結論：
y=                 θ=arctan
 
教師引導總結 ：軌跡與q、m無關，即不同粒子經同一電場加速再經同一電場偏轉具有相同的軌跡
高考升華
 
 
小結
帶電粒子在電場中運動的方法：
受力分析→
 
 
作業
課后繼續探究示波管原理

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