带电粒子在电场中的运动教学设计

1《带电粒子在电场中的运动》教学设计东明一中杨立斌考纲分析《带电粒子在电场中的运动》在高考考纲中属于Ⅱ级要求。这一节主要研究带电粒子在静电场中的运动问题，是对电场强度和电势分别描述电场的力的性质和能的性质的综合应用。近几年高考中对带电粒子在电场中的运动考察频率较高，尤其是在与力学知识的综合中巧妙的把电场，牛顿定律，功能关系等相联系命题。这样能较好的检测考生的综合应用能力，电学知识解决实际问题的能力。教学目标分析复习的内容较枯燥、抽象，尝试运用活泼的教学形式来激发学习兴趣，在网络环境教学下让学生自主学习，学生积极性大大提高，在这种教学形式下，每个学生都有机会展示自己，参与竞争，都能品尝到成功和失败，也真正能给每个学生都创造了平等的环境，才能体现尊重学生。知识与技能.（1）理解电场力做功及与动能的关系（2）理解类平抛运动中的分运动与合运动的关系（3）会用类平抛知识解决带电粒子在电场中的偏转问题过程与方法（1）经历解决电粒子在电场中的偏转问题理论推导过程（2）体验能量转化和守恒定律在静电场中的应用情感态度与价值观(1)通过本节的学习活动，鼓励学生勇于探究与日常生活相关的物理问题(2)通过探究活动，培养学生严谨的科学态度和合作精神教学重点、难点重点能利用动能定理、能量守恒分析解决带电粒子的加速与偏转问题.难点能利用分解运动的方法处理带电粒子的类平抛运动．教学方法2分析、讨论、讲解、互动探究、练习反馈教学手段投影仪、多媒体电脑学习者特征分析学生经过了高中两年物理的系统学习，对所学知识的理解还是零碎的、割裂的，尤其对高中电学的各块知识不能形成网络架构，对问题的变化分析、处理的能力，综合分析能力还有所欠缺，缺乏对类似问题的比较分析习惯，而以上的能力和习惯在高三第一轮复习中恰恰是重点要提高的内容。教学活动（一）引入新课教师：请同学们思考：带电粒子在电场中运动方式有哪些？学生：带电粒子在电场中静止不动，变速直线运功（加速，减速），类平抛运动教师：既然带点粒子在电场中有这些种运动，今天我们主要研究学习带电粒子在电场中的加速运动和偏转运动（二）进行新课带电粒子在电场中的加速[基础导引]学生：解决这个问题思考解决此题用到的基本知识如图1所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的速率，下列说法正确的是()①两板间距越大，加速的时间就越长，则获得的速率越大②两板间距越小，加速度就越大，则获得的速率越大③与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关④以上解释都不正确教师：总结基础知识梳理基础知识带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子________的增量．学生：思考：带电粒子在电场中的运动是否考虑重力？学生:带电实体考虑重力，微观粒子不考虑重力教师：学生的总结不够全面教师和同学共同总结:对带电粒子进行受力分析时应注意是否考虑重力要依据情况而定．图13图41.基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示外，一般不考虑重力(但不能忽略质量)．2.带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确暗示外，一般都不能忽略重力．教师解读考点：带电物体可以在平面上、斜面上、杆上(沿杆)、真空中做直线运动．可以从物体的受力分析、运动分析、功能关系、能量守恒进行考查．学生：板书此题典例剖析例1如图4所示，一带电荷量为＋q、质量为m的小物块处于一倾角为37°的光滑斜面上，当整个装置被置于一水平向右的匀强电场中，小物块恰好静止．重力加速度取g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)水平向右电场的电场强度；(2)若将电场强度减小为原来的1/2，物块的加速度是多大；(3)电场强度变化后物块下滑距离L时的动能．教师：点评总结：带电粒子在电场中的直线运动1．基本思路（1）先分析受力情况（2）分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速；直线还是曲线)（3）选用恰当的规律解题．2.解决这类问题的基本方法是:(1)采用运动和力的观点：牛顿第二定律和运动学知识求解.(2)用能量转化的观点：动能定理和功能关系求解．教师：1、在匀强电场中：W＝qEd＝qU＝12mv2－12mv20或F＝qE＝qUd＝ma.2、在非匀强电场中：W＝qU＝12mv2－12mv20.带电粒子在电场中的偏转学生：板书解决此题【基础导析】（北京高考)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均匀的．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.教师学生共同探究总结板书：4图6教师：1．粒子的偏转角(1)以初速度v0进入偏转电场：如图6所示，设带电粒子质量为m，带电荷量为q，以速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U1，若粒子飞出电场时偏转角为θ，学生：tanθ＝vyvx式中vy＝at＝qU1md·lv0，vx＝v0，代入得tanθ＝qU1lmv20d①教师：结论：动能一定时tanθ与q成正比，电荷量相同时tanθ与动能成反比．教师：(2)经加速电场加速再进入偏转电场学生：不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：qU0＝12mv20②由①②式得：tanθ＝U1l2U0d③教师：结论：粒子的偏转角与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场．教师2．粒子在匀强电场中偏转时的两个结论(1)以初速度v0进入偏转电场学生：y＝12at2＝12·qU1md·(lv0)2④作粒子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，则x＝y·cotθ＝qU1l22dmv20·mv20dqU1l＝l2教师:结论：粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的l2处沿直线射出．教师：(2)经加速电场加速再进入偏转电场：若不同的带电粒子都是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由②和④得：学生：偏移量：y＝U1l24U0d⑤上面③式偏转角正切为：tanθ＝U1l2U0d教师：结论：无论带电粒子的m、q如何，只要经过同一加速电场加速，再垂直进入同一偏转电场，它们飞出的偏移量y和偏转角θ都是相同的，也就是运动轨迹完全重合．典例剖析学生训练：例2如图7所示，一个带电粒子从粒子源飘入(初速度很小，可忽略不计)电压为U1的加速电场，经加速后从小孔S沿平行金属板A、B的中心线射入．A、B板长为L，相距为d，电压为U2.则带电粒子能从A、B板间飞出应该满足的条件是()5图8图7A.U2U12dLB.U2U1dLC.U2U12d2L2D.U2U1d2L2教师总结：【思维突破】1．本题是典型的带电粒子加速再偏转的题目，处理此类题目需要综合运用动能定理、运动的合成与分解、牛顿运动定律、运动学公式等．2．粒子恰能飞出极板和粒子恰不能飞出极板，对应着同一临界状态，分析时根据题意找出临界状态，由临界状态来确定极值，这是求解极值问题的常用方法．跟踪训练2如图8所示，a、b两个带正电荷的粒子，以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a粒子打在B板的a′点，b粒子打在B板的b′点，若不计重力，则()A．a的电荷量一定大于b的电荷量B．b的质量一定大于a的质量C．a的比荷一定大于b的比荷D．b的比荷一定大于a的比荷（三）命题研究1.试题分析本部分内容是高考必考内容之一．大部分省市、全国试卷在这里以选择题的形式命题，难度以中、低档为主；部分省市以计算题形式出题，难度中档偏上，分值较多．2.命题特征大部分试题以静电场为背景，围绕电场线的分布及特点、场强分布、电势变化、电场力F、电势能Ep、电场力做功，结合动能定理、能量守恒定律、共点力的平衡、牛顿第二定律、平抛运动等规律，要求考生进行分析、推理、计算与判断．考生要具备坚实、牢固的基础知识，较强的综合分析能力、计算能力，才能得到理想的成绩．（四）教后反思：整节课的感觉还不错，但是也存在一些问题，如学生的参与度还有一些少，学生的主体地位体现的还不足；学生预习时的交流有些少，板书时犯了低级错误，把题意理解错了。6图17图18图19图20A组带电粒子的加速1．如图17所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则()A．当增大两板间距离时，v也增大B．当减小两板间距离时，v增大C．当改变两板间距离时，v不变D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大2．如图18甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势φ随x变化的情况如图乙所示，若在O点由静止释放一电子，电子仅受电场力的作用，则()A．电子一直沿Ox负方向运动B．电场力一直做正功C．电子运动的加速度不变D．电子的电势能逐渐增大B组带电粒子的偏转3.如图19所示，质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中O点静止释放后，分别抵达B、C两点，若AB＝BC，则它们带电荷量之比q1∶q2等于()A．1∶2B．2∶1C．1∶2D.2∶1C组带电粒子在变化电场中的运动4．如图20所示，A、B两导体板平行放置，在t＝0时将电子从A板附近由静止释放(电子的重力忽略不计)．分别在A、B两板间加四种电压，它们的UAB－t图线如下列四图所示．其中可能使电子到不了B板的是()7图215．如图21所示，竖直平面xOy内有三个宽度均为L首尾相接的电场区域ABFE、BCGF和CDHG.三个区域中分别存在方向为＋y、＋y、＋x的匀强电场，其场强大小比例为2∶1∶2.现有一带正电的物体以某一初速度从坐标为(0，L)的P点射入ABFE场区，初速度方向水平向右．物体恰从坐标为(2L，L/2)的Q点射入CDHG场区，已知物体在ABFE区域所受电场力和所受重力大小相等，重力加速度为g，物体可以视为质点，y轴竖直向上，区域内竖直方向电场足够大．求：(1)物体进入ABFE区域时的初速度大小；(2)物体在ADHE区域运动的总时间；(3)物体从DH边界射出位置的坐标．6．一束电子以很大的恒定速度v0射入平行板电容器两极板间，入射位置到两极板距离相等，v0的方向与极板平面平行．今以交变电压U＝Umsinωt加在这个平行板电容器上，则射入的电子将在两极板间的某一区域内出现．下列四个选项的各图以阴影区表示这一区域，其中正确的是()7．如图1所示，有两个相同的带电粒子A、B，分别从平行板间左侧中点和贴近上极板左端处以不同的初速度垂直于电场方向进入电场，它们恰好都打在下极板右端处的C点，若不计重力，则可以断定()图1A．A粒子的初动能是B粒子的2倍B．A粒子在C点的偏向角的正弦值是B粒子的2倍C．A、B两粒子到达C点时的动能可能相同D．如果仅将加在两极板间的电压加倍，A、B两粒子到达下极板时仍为同一点D(图中未画出)