2020-2021学年第十章 静电场中的能量5 带电粒子在电场中的运动教案及反思

导入新课

一、学习目标展示

1．会从运动学和能量两个角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。

2．会从力和运动的合成与分解的角度分析计算带电粒子在电场中的偏转。

3．了解示波管的构造和工作原理。

二、情景引入

 电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。

 电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？

了解本节课学习目标

学生观察图片思考

有目的的学习

为引入电电荷的概念做铺垫

讲授新课

【自学感知】    

一、带电粒子在电场中的加速

1．利用电场使带电粒子加速时，带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。

2．两种分析思路

(1)利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析，适用于解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时。

(2)利用静电力做功结合动能定理来分析，适用于问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场的情景。

二、带电粒子在电场中的偏转

1．偏转条件：带电粒子的初速度方向跟电场方向垂直。

2．运动轨迹：在匀强电场中，带电粒子的运动轨迹是一条抛物线，类似平抛运动的轨迹。

3．分析思路：跟分析平抛运动是一样的，不同的仅仅是平抛运动物体所受的是重力，带电粒子所受的是静电力。

拓展学习         示波管的原理

1．构造：示波管主要由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、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。

2．原理

(1)给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心点。

(2)示波管的YY′偏转电极上加的是待测的信号电压，使电子沿 YY′方向偏转。

(3)示波管的XX′偏转电极上加的是仪器自身产生的锯齿形电压(如图所示)，叫作扫描电压，使电子沿 XX′方向偏转。

(4)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，那么，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了。

【探究解惑 】  

探究一：分析带电粒子在电场中加速运动的两种思路分别遵循哪些规律？

（1）牛顿第二定律和运动学公式

=     根据：

(2)动能定理

，

例1：粒子质量为，带电量为，极板间距为，电压为，求粒子到达右侧极板时的速度。

方法一：牛顿第二定律和运动学

位移：根据：

得：

方法二：动能定理

电场力做功：

得：

探究二：如果两极板是其他形状，中间的电场不再均匀，那么，处理带电粒子在电场中加速问题的两种方法是否仍然适用？为什么？

方法①不再适用，因为，该方法只适用于匀强电场情况。

 方法②仍然适用，因为不管是否为匀强电场,静电力做功都可以用W=qU计算,动能定理仍然适用。

例2(多选)示波管中电子枪的原理示意图如图所示,示波管内被抽成真空。A为发射电子的阴极,K为接在高电势点的加速阳极,A、K间电压为U,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v。下面的说法正确的是(　　)

A. 如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度仍为2v

B. 如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度变为v/2

C. 如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为

D. 如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v/2

解：根据动能定理得：eU= ，解得v=          ．

由上式可知，v与A、K间距离无关，则若A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度仍为v，故AB错误．

电压减半时，则电子离开K时的速度变为v，故C正确，D错误

答案:C

探究三、带电粒子在匀强电场中偏转的知识要点有哪些？

1.带电粒子在匀强电场中偏转的基本规律。

4.运动轨迹:抛物线。为类平抛运动,与平抛运动遵循相同的运动规律。

例3、两个半径均为R的圆形平板电极,平行正对放置,相距为d,极板间的电势差为U,板间电场可以认为是匀强电场。一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间,到达负极板时恰好落在极板中心。已知质子电荷量为e,质子和中子的质量均视为m,忽略重力和空气阻力的影响,求:

(1)极板间的电场强度E。

(2)α粒子在极板间运动的加速度a。

(3)α粒子的初速度v0。

例4：已知示波器的加速电压偏转电极的电压板间距、极板长板端到荧光屏的距离。

    求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值及打到屏上电子的偏移量。

分析：画出电子大致的轨迹，如图所示:

解析：如图所示，电子在电场中做类平抛运动，点出电场后做直线运动，且其反向延长线过水平位移中点，则

加速电场部分：①

偏转电场部分： ，

则：②

联立①②得：

则：

【对于示波管而言，偏移量与偏转电压成正比】

学生阅读课文，认真研究，然后填空，对填不出的空重新看书理解并与同桌讨论。

学生理解后记忆

学生思考讨论

并回答

学生独立完成解题过程

在教师的引导下学生分析。

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生练习

把读书自学的机会还给学生。

锻炼学生的逻辑思维能力

帮助学生透彻理解公式的实质。

让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。

锻炼学生的分析能力，

教师引导下的讨论，注重学生的讨论过程，淡化探究的结果，给学生成功的喜悦。

强化所学知识

课堂小结

梳理自己本节所学知识。

根据学生表述，查漏补缺，

板书

一、带电粒子在电场中的加速

1．带电粒子的速度方向与电场强度的方向相同或相反。

2．两种分析思路

(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来分析，

二、带电粒子在电场中的偏转

1．偏转条件：初速度方向跟电场方向垂直。

2．运动轨迹：轨迹是一条抛物线，

3．分析思路：跟分析平抛运动是一样的

教学反思