带电粒子在匀强电场中的运动教学设计1 人教课标版(优秀教案)

带电粒子在匀强电场中的运动专题

【教材分析】：

本专题是是历年高考的重点内容。综合性强，理论分析要求高。带电粒子的加速是电场能的性质的应用；带电粒子的偏转则侧重于电场力的性质，通过类比恒力作用下的曲线运动（平抛运动），理论上探究带电粒子在电场中偏转的规律。此外本专题既包含了电场的基本性质，又要运用直线和曲线运动的规律，还涉及到能量的转化和守恒，有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。 【学情分析】：

本节课是在电场力性质的描述和电场能性质的复习之后的关于电场问题比较综合的应用，学生对电场已经有了初步的认识，只是对所学知识的较为综合的应用，单从电场角度难度不大，但在所涉及的问题中还涉及到动能定理和类平抛运动使综合程度有所提高，因此在对带电粒子的加速和偏转的规律的复习中，教师要做好引导，争取让学生自己独立完成，以提高学生综合分析问题的能力。 【学习目标】：

（一）知识与技能

使学生理解并掌握带电粒子在电场中运动的特点和规律，能够正确分析和解答带电粒子在电场中的加速和偏转等方面的问题。

（二）过程与方法

通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析的复习，进一步培养学生的分析、推理能力和综合应用物理知识对具体问题进行具体分析的能力。

（三）情感、态度与价值观

通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神 【重点难点】：

带电粒子在电场力作用下偏转的运动情况分析判断，掌握运用力的观点和能的观点求解带电粒子在电场中偏转运动的思路和方法。 【教学设计】：

带电粒子在场中的运动（重力场、电场、磁场）问题，由于涉及的知识点众多，要求的综合能力较高，因而是历年来高考的热点内容，这里需要将几个基本的运动，即直线运动中的加速、减速、往返运动，曲线运动中的平抛运动、圆周运动、匀速圆周运动进行综合巩固和加深，同时需要将力学基本定律，即牛顿第二定律、动能定理、能量转化及守恒定律等进行综合运用。近几年全国各地高考试题对这一部分的考察能力点主要是分析，理解和计算能力。本节课意在通过学生在知识回顾中的推导推理，例题解析，探究拓展，热身训练，巩固练习等师生活动的设计中，强化学生对带电粒子在电场中运动的过程分析，本节主要解决加速、偏转问题，培养学生的综合分析能力和计算能力。

【教学方法】：

复习回顾法、讲授法、归纳法 【教学过程】：

一．解决带电粒子在电场中运动的基本思路：

．受力分析

研究对象有两种：带电粒子（即基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示外，一般都不考虑重力，但不能忽略质量）和带电质点（如带电液滴、油滴、尘埃颗粒、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力）。

．运动轨迹和过程分析

带电粒子运动形式决定于：粒子的受力情况和初速度情况。 ．解题的依据

（）力的观点：牛顿运动定律和运动学公式。 （）能量的观点：动能定理、能量的转化与守恒定律。 .类平抛运动（参考平抛运动处理） （）初速度方向的匀速直线运动；

（）受力方向（与初速度垂直的方向）上的初速度为零的匀加速直线运动。 二．带电粒子在电场中的加速问题

如图所示，在一对带电平行金属板所形成的匀强电场中，两板间的电压为，电场强度为。如果图中的带正电或带负电的粒子的初速为零，就会在电场力的作用下做匀加速直线运动。

【思考与讨论】 从以下两个方面思考处理带电粒子在匀强电场中的加速问题：

.匀变速直线运动的公式：

a?FEqUq???2Uq? mmdm??v?m?v2?2ad?2Uq m.利用动能定理：qU?12mv?0得出v?2【例题解析】： 例：如图所示，在板附近有一电子由静止开始向板运动，则关于电子到达板时的速率，下列解释正确的是（）

.两板间距离越大，加速时间就越长，则获得的速率就越大. .两板间距离越小，加速时间就越长，则获得的速率就越大 .与两板间的距离无关，仅与加速电压有关 .以上解释都不对.

三．带电粒子在匀强电场中的偏转问题

如图，质量为电荷量为的带电粒子以平行于极板的初速度射入长板间距离为的平行板电容器间，两板间电压为。

v? 【思考并讨论】 ①、带电粒子在平行于极板方向做什么运动？垂直于极板方向做什么运动？总体来看带电粒子做什么运动？

②、求带电粒子在极板间运动的时间 ③、求两极板之间的电场强度 ④、求带电粒子在极板间运动的加速度 ⑤、求带电粒子射出电场时的侧移量

⑥、求带电粒子射出电场时沿垂直于极板方向的速度V? ⑦、求带电粒子射出电场时速度的偏转角θ

【学生结论】 ①、带电粒子在平行于极板方向做匀速直线运动；垂直于极板方向做初速度为零的匀加速直线运动；总体来看带电粒子做类平抛运动？

②、带电粒子在极板间运动的时间：t?L v0③、两极板之间的电场强度为：E?U d④、带电粒子在极板间运动的加速度为：a?F合EqUq?? mmmd212Uq?L?UqL2⑤、带电粒子射出电场时的侧移量为：y?at? ???222md?v0?2mdv0⑥、带电粒子射出电场时垂直于极板方向的速度为：v??at?UqL mdv0⑦、带电粒子射出电场时速度的偏转角θ满足：tan??v?UqL ?2v0mdv0【例题解析】： 例：水平放置的两块平行金属板板长为，两板间距为，两板间电压为，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度从两板中间射入，如图所示，求：

（）质子偏离金属板时侧位移是多少？ （）质子飞出电场时的速度是多少？

解析: 质子射出电场时垂直于极板方向偏移的距离

11UqL y?at2?222dmv0质子射出电场时沿电场方向的速度为

2 v? v??at?qUL mdv0质子飞出电场时的速度

q2U2L2v?v?v?v?222 mdv0202?20【探究拓展】： 水平放置的两块平行金属板板长为，两板间距为，两板间电压为，且上板为正，一个质子沿水平方向以速度从两板中间射入，如图所示，试讨论：

①当两极板间电压满足怎样关系时质子不能从两极板间飞出（即质子打在极板上）

②质子从射入两板到打在极板上经历的时间 【解析】

UqL2①由前面的推导可知质子射出电场时的侧移量为：y? 22mdv0当质子的侧移量大于两极板间距离的一半时，即表明质子在穿出极板之前就已经打在了

2md2v0UqL2d极板上，即y? ?，由此式可得：U?22qL2mdv022md2v0因此，当当两极板间电压满足U?时质子不能从两极板间飞出

qL21d1Uq2②由y?at2可得?t即t?222dmd2m Uq