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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 1.9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教案.doc

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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 1.9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教案.doc

2019-2020年人教版高中物理選修3-1 1.9 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教案 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是電磁學(xué),甚至整個(gè)高中物理的核心內(nèi)容之一,高考大綱中也要求這部分內(nèi)容需要重點(diǎn)掌握。 我們先來(lái)回顧一下帶電粒子,如果我們的研究對(duì)象是基本粒子,比如質(zhì)子、電子、粒子、離子等等,需不需要考慮重力的作用呢? 生:不考慮,因?yàn)橹亓ο鄬?duì)電場(chǎng)力而言可以忽略不計(jì)。 師:如果研究對(duì)象是帶電顆粒,如帶電油滴、小球、塵埃等,重力是不可忽略的。 在確定研究對(duì)象時(shí),一定要認(rèn)真審題,還要注意題目中的隱含條件,從而確定是否需要考慮重力。 今天我們一起來(lái)討論帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩種運(yùn)動(dòng)形式,加速和偏轉(zhuǎn)。我們先來(lái)看帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)。 例題1: 真空中有一對(duì)平行金屬板AB,板間加以電壓U,靠近正極板附近有一個(gè)帶正電粒子,電荷量為q,質(zhì)量為m,在電場(chǎng)力的作用下從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),求到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度v?(不計(jì)重力) 【引導(dǎo)學(xué)生解題,教師在黑板板書(shū)】 師:帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)? 生:勻加速直線運(yùn)動(dòng) 師:何以見(jiàn)得是勻加速運(yùn)動(dòng)? 生:電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng),所受的電場(chǎng)力恒定 師:對(duì)于勻加速直線運(yùn)動(dòng),可以用什么方法求解末速度v? 生:用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 師:可以用其他方法做嗎?【點(diǎn)人回答】 師:如果是在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中,那么還能用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)方法求解嗎? 生:不能,因?yàn)榇朔椒ㄖ贿m用于勻強(qiáng)電場(chǎng)。 師:在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中動(dòng)能定理還適用嗎?請(qǐng)問(wèn)公式中的U指什么? 生:動(dòng)能定理仍然適用,U是初末位置之間的電勢(shì)差,與其中的場(chǎng)強(qiáng)分布無(wú)關(guān)。 師:如果我將電荷從靠近負(fù)極板1/3處釋放,這個(gè)時(shí)候怎么列動(dòng)能定理呢?生:.【點(diǎn)人回答】【PPT展示帶電粒子在電場(chǎng)中的加速問(wèn)題基本思路】可見(jiàn),帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是以電場(chǎng)為背景,增加一個(gè)電場(chǎng)力的作用,但運(yùn)用到的物理規(guī)律仍然是我們前面所學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律,或者應(yīng)用功能關(guān)系解決,可謂“電學(xué)搭臺(tái),力學(xué)唱戲”!我們看到例題2:如圖所示,有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的油滴,在豎直放置的兩平行金屬板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中的中線上由靜止釋放,可以判定( )A油滴在電場(chǎng)中做拋物線運(yùn)動(dòng)B油滴在電場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)C油滴在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D油滴運(yùn)動(dòng)到極板上的時(shí)間只取決于兩板間距離ABC要分析油滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),做什么運(yùn)動(dòng)?【點(diǎn)4名學(xué)生回答】D要討論運(yùn)動(dòng)時(shí)間,如何分析?【點(diǎn)學(xué)生回答】不論電荷在電場(chǎng)中受重力還是不受重力,要分析電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),仍然要結(jié)合受力情況和初始狀態(tài)綜合分析。這道題對(duì)于時(shí)間的求解,運(yùn)用到了運(yùn)動(dòng)的合成和分解,合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性。我們?cè)賮?lái)看看帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。如圖一帶電粒子以垂直勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向以初速度v0射入電場(chǎng),若不計(jì)粒子的重力,帶電粒子將做什么運(yùn)動(dòng)?運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是什么呢?生:做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))。師:我們研究類平拋運(yùn)動(dòng)的方法是什么?生:運(yùn)動(dòng)的合成和分解師:我們將運(yùn)動(dòng)分解為垂直于電場(chǎng)線方向的勻速直線運(yùn)動(dòng),沿電場(chǎng)線方向的初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。已知:電壓U、極板間距d、初速度v0、板長(zhǎng)L、電荷量q、質(zhì)量m粒子穿越電場(chǎng)的時(shí)間t;粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的偏移量y;粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度v ;粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度偏向角;【教師板書(shū),引導(dǎo)學(xué)生分析】時(shí)間根據(jù)沿v0方向勻速直線運(yùn)動(dòng)求解L=v0t得沿電場(chǎng)方向:如果電荷沒(méi)有射出電場(chǎng)呢?t?y?如果電荷剛好射出電場(chǎng)呢?x?y?合速度師:有沒(méi)有其他的方法求解合速度v?【點(diǎn)人回答動(dòng)能定理求解合速度的表達(dá)式】速度偏向角還有一條重要的推論:將速度反向延長(zhǎng),過(guò)水平位移的中點(diǎn)。 加速和偏轉(zhuǎn)是帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最基本的形式,當(dāng)然,我也可以把它們組合在一起,先加速再偏轉(zhuǎn)。 我們來(lái)思考這個(gè)問(wèn)題: 質(zhì)子和粒子由靜止經(jīng)電壓U1加速后,又垂直進(jìn)入電壓為U2的勻強(qiáng)電場(chǎng),它們偏移量之比是多少?飛出電場(chǎng)時(shí)的方向有什么關(guān)系? 師:這道題是要我們比較什么? 生:. 師:我們是不是要先把y1求出來(lái),再求y2,在比?應(yīng)該直接求出y和tan的通式,看它們和q、m是什么關(guān)系!這樣的比較方法在數(shù)學(xué)里叫“通式法”!【點(diǎn)人上臺(tái)求解,其他學(xué)生在學(xué)案上完成】 即偏移量之比為1:1,飛出方向相同 師:經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),偏移量y和速度偏向角與入射粒子的質(zhì)量和帶電量都沒(méi)有關(guān)系,那么質(zhì)子和粒子在電場(chǎng)中的路徑是相同的。 例4: 質(zhì)量為m=6.410-27kg,電荷量為q=1.610-19c的正電荷(不計(jì)重力)由靜止經(jīng)相同電壓U1=200V加速后,又垂直進(jìn)入電壓為u隨如圖所示規(guī)律變化的勻強(qiáng)電場(chǎng),已知偏轉(zhuǎn)極板間距d=10cm,板長(zhǎng)L=10cm,試求該電荷出極板后偏轉(zhuǎn)位移的最大值?【教師引導(dǎo)】我發(fā)現(xiàn)大家看到這樣的交變電壓不知道如何下筆,不知道大家心里有沒(méi)有這樣的想法:如果這是勻強(qiáng)電場(chǎng)就太好了???什么情況下可以把它當(dāng)做勻強(qiáng)電場(chǎng)來(lái)處理呢?(電荷在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間非常短)大家先算一下在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間!【學(xué)生在學(xué)案上計(jì)算,點(diǎn)一名學(xué)生在黑板上計(jì)算板書(shū)】 得到的時(shí)間非常非常小,可以認(rèn)為電荷在穿過(guò)平行板的過(guò)程中電壓是不變的,這不就轉(zhuǎn)化成勻強(qiáng)電場(chǎng)的問(wèn)題了嗎? 那么什么情況下偏轉(zhuǎn)位移為最大值呢?請(qǐng)大家得出偏轉(zhuǎn)位移的表達(dá)式!.

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