高中人教版 (2019)带电粒子在电场中的运动表格教学设计及反思

这是一份高中人教版 (2019)带电粒子在电场中的运动表格教学设计及反思，共5页。教案主要包含了研究运动前的“热身”，带电粒子的加速，带电粒子的偏转，示波管的原理，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
高中物理
年级
高一
学期
春季
课题
带电粒子在电场中的运动
教科书
书 名：物理必修第三册
出版社：人民教育出版社 出版日期：2019年6月
教学目标
1. 会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子直线运动问题的两种方法。
2. 会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题。
教学内容
教学重难点：
1.能够利用求解带电粒子直线运动问题的两种方法分析带电粒子在电场中的直线运动。
2.会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题。
教学过程
一、研究运动前的“热身”
【教师提问1】带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？
【学生回答】带电粒子在电场中通常要受到重力和静电力
【教师提问2】对于像质子、电子、离子等带电微粒在电场中运动时，我们怎样处理它们的受力？
【学生回答】质子、电子、离子等带电微粒所受重力一般远小于静电力，重力可以忽略。
【总结】今天所学带电粒子在电场中的运动，是基于重力可以忽略的前提下进行研究的。
二、带电粒子的加速
【问题情境】如图所示 P和Q为两平行金属板，板间有一定电压U，在P板附近有一电子（不计重力）由静止开始向Q板运动，求电子到达Q板时的速度有多大？
教师先让学生自行思考，应该利用怎么样的物理方法来解决这类问题。
【方法一：利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动分析】
【方法二：利用静电力做功结合动能定理分析】
【教师总结】
1. 带电粒子经过加速电场后获得的速率，与两板间距离无关，仅与加速电压有关。
2. 用方法二解题更简便，并且由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，方法二的公式也适用于非匀强电场。
三、带电粒子的偏转
【问题情境】带电粒子以初速度垂直于电场方向飞入匀强电场，粒子会做什么样的运动？（不计粒子重力）
【学生回答】曲线、平抛、匀加速曲线运动……
【教师总结】与必修二所学平抛运动相比，仅用电场中的静电力替代了重力场中的重力，所以在电场中类似平抛的运动称之为类平抛运动。因此采用运动合成与分解的方法来分析类平抛运动。
如图所示，将运动分解在初速度方向（x）和电场方向（y）上，进而分析出在初速度方向上为匀速直线运动，在电场方向上为从静止开始的匀加速直线运动。在分析出各方向运动性质的基础上，再来分析加速度、速度以及位移三个物理量。
（1）加速度：
ax=0
ay=Uqdm
（2）速度
vx=v0
vy=at
因此，实际速度为v=vx2+vy2，
由于静电力拖拽使得飞出电场时的速度偏离原来的初速度方向，引入速度偏转角θ，根据三角函数得：
tanθ=vyvx=atv0
（3）位移
x=v0t
偏移量y=12at2
因此，实际位移为s=vx2+vy2，
由于静电力拖拽使得位移也偏离原来的初速度方向，引入位移偏转角α，根据三角函数得：
tanα=yx=at2v0
【推论】tanθ=2tanα：速度的反向延长线必过水平位移的中点。
【教师引导】由于此时带电粒子顺利飞出电场，因此带电粒子在电场中运动的时间为:
t=Lv0
四、示波管的原理
【问题1】如图所示，若在偏转电场后设置一块荧光屏，则带电粒子出电场后将做怎样的运动？
【学生回答】以飞出电场时的速度大小和方向向前做匀速直线运动，直到打在后方的荧光屏上的P点。
【问题2】如何调节偏转电压U，使得带电粒子飞出电场后打到荧光屏上的M点。
【学生思考】带电粒子要打到M点，说明在电场中偏转程度应增大，因此应该增大偏转电压U。
【教师总结】在确保带电粒子能够顺利飞出电场的前提下，增大偏转电场的电压U，可以使得带电粒子在偏转电场中的偏转程度增大，则出电场后达到荧光屏上的位置离中心O点更远。这就是示波管的原理。
示波器的核心部件是示波管。如下图所示，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。电子枪的作用是产生高速飞行的一束电子。
（1）示波管的 YY′ 偏转电极上加的是待测的信号电压。
（2）XX′ 偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压，叫作扫描电压。
（3）如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。
【问题情境】在YY′和XX′偏转电极上加上如图所示的偏转电压，分析在荧光屏上会出现怎样一张稳定图像？

【教师引导】教师可以带领学生，分析：假设t = 0时刻、t = A时刻和t = B时刻飞出电子，则电子会打在荧光屏上的哪个位置上？
（可以分别分析仅在单一偏转电极的作用下，电子会打到荧光屏上哪个位置，再进行两个位置的叠加。）
根据如图所示的信号电压和扫描电压随时间变化的图像，在荧光屏上应该出现如下图所示正弦函数式的稳定图像。
五、课堂小结
1. 利用电场使带电粒子加速
（1）利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析
（2）利用静电力做功结合动能定理分析
2. 利用电场使带电粒子偏转（类平抛运动）
（1）初速度方向：匀速直线运动
（2）电场方向：初速度为零的匀加速直线运动