2022年高中物理人教版選修3-1 第一章 第9節(jié) 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教案3 第一課時(shí)一、教材分析帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律、曲線運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的合成與分解、電場(chǎng)的綜合性運(yùn)用。實(shí)際情況很多，研究對(duì)象也較復(fù)雜，計(jì)不計(jì)重力也對(duì)問題有很多影響，本節(jié)課主要通過最基本的不考慮重力的帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)來(lái)體現(xiàn)解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的方法。帶電粒子的加速既能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決也能用動(dòng)能定理解決；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則是運(yùn)動(dòng)的合成和分解的重要應(yīng)用，可類比于平拋運(yùn)動(dòng)的解決問題方法。本節(jié)課只要教師做好引導(dǎo)，學(xué)生能夠自己完成教學(xué)目標(biāo)，而且可以提高學(xué)生知識(shí)遷移和綜合分析能力。二、學(xué)情分析帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)由于涉及的知識(shí)點(diǎn)眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來(lái)高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，這里需要將幾個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)，即直線運(yùn)動(dòng)中的加速、減速、往返運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)中的平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合鞏固和加深，同時(shí)需要將力學(xué)基本定律，即牛頓第二定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運(yùn)用。三、教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)目標(biāo)1使學(xué)生理解并掌握帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，能夠正確分析和解答帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)等方面的問題。2掌握分析和解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的思路和方法。3培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用物理知識(shí)對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析的能力。（二）能力目標(biāo)通過帶電粒子在電場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)過程分析，提高學(xué)生知識(shí)遷移的能力。（三）情感目標(biāo)通過知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的探究合作精神四、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：用力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律難點(diǎn)：通過知識(shí)遷移用運(yùn)動(dòng)分解的方法解決帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的問題五、教學(xué)方法講授法、啟發(fā)式、歸納法、互動(dòng)探究法導(dǎo)入新課： 教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（1）牛頓第二定律的內(nèi)容是什么?（2）動(dòng)能定理的表達(dá)式是什么?（3）電場(chǎng)力的表達(dá)式是什么？電場(chǎng)力做功的表達(dá)式是什么？場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系是什么？學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合自己的實(shí)際情況回顧復(fù)習(xí)。教師活動(dòng): 前一段時(shí)間我們學(xué)習(xí)了一種神秘的物質(zhì)電場(chǎng)，電場(chǎng)能使處在其中的帶電粒子受到電場(chǎng)力作用的同時(shí)賦予了帶電粒子神奇的能量，那么一個(gè)帶電粒子在電場(chǎng)中受力之后將做怎樣的運(yùn)動(dòng)呢？這節(jié)課我們就一起來(lái)探究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行新課：教師說明：我們平時(shí)遇到的帶電粒子有質(zhì)量，受到重力，但有些情況重力可以忽略不計(jì)，具體情況如下：(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、離子等除了有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力。帶電顆粒如果既受電場(chǎng)力又受重力，可能平衡態(tài)也可能非平衡態(tài)；運(yùn)動(dòng)形式很多，情景可以很復(fù)雜。而不計(jì)重力的帶電粒子在電場(chǎng)中僅受電場(chǎng)力作用要比考慮重力的簡(jiǎn)單的多。帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用會(huì)產(chǎn)生加速度，使其原有速度發(fā)生變化在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場(chǎng)來(lái)控制或改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。今天我們主要考慮最簡(jiǎn)單的兩種形式：一種是電場(chǎng)力和速度共線；一種是電場(chǎng)力與速度垂直。一、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和減速+q例1：在加上電壓并處于真空的金屬板附近有一帶正電粒子q，（不計(jì)重力） 初速度為零,在電場(chǎng)力作用下向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？做什么運(yùn)動(dòng)？?jī)砂彘g電勢(shì)差為U，板間距為d，你能求得q到達(dá)另一極板時(shí)的速度v嗎？有幾種方法可求? 方法一：先求出帶電粒子的加速度a=再根據(jù)vt2-v02=2ad可求得當(dāng)帶電粒子從靜止開始被加速時(shí)獲得的速度為vt=方法二：由W=qU及動(dòng)能定理qU=mv2到達(dá)另一板時(shí)的速度為：v=.深入探究：（1）若不是勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩種方法都可以嗎？（2）兩板之間距離d變大 ，到達(dá)另一極板的時(shí)間和速度如何變化？（3）若初速度為v0（不等于零），推導(dǎo)最終的速度表達(dá)式。（4）若初速度為v0（不等于零），電場(chǎng)方向相反，求粒子能在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)？（ 電場(chǎng)足夠大）教師總結(jié) ：通過以上討論。我們知道了帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)既可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解也可以用功能觀點(diǎn)求解，而且對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)就只能用動(dòng)能定理解決，顯然，動(dòng)能定理解決問題的方法適用范圍更大，用起來(lái)更為方便簡(jiǎn)單，但涉及時(shí)間問題也只能考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。 那么帶電粒子若以垂直于電場(chǎng)方向的速度進(jìn)入電場(chǎng)又是什么情景呢？我們繼續(xù)探討第二種情況：二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)教師投影：如圖所示，電子以初速度v0垂直于電場(chǎng)線射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中問題討論：（1）分析帶電粒子的受力情況。（2）帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng)？（3）你認(rèn)為這種情況同哪種運(yùn)動(dòng)類似，這種運(yùn)動(dòng)的研究方法是什么?（4）你能類比得到帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的研究方法嗎?學(xué)生活動(dòng)：討論并回答上述問題。綜上分析，學(xué)生討論得出：帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，用運(yùn)動(dòng)的合成和分解來(lái)解決問題，把曲線運(yùn)動(dòng)分解為：（1）在垂直于電場(chǎng)線方向上不受任何力，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。（2）在平行于電場(chǎng)線方向上，受到電場(chǎng)力的作用做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。深入探究：例2：如圖所示，設(shè)電荷帶電荷量為-q，平行板長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間距為d，電壓為U，初速為v0從上板邊緣進(jìn)入兩板間：則粒子運(yùn)動(dòng)的加速度為 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為若粒子能從兩板右側(cè)飛出，試求：（1）粒子在射出電場(chǎng)時(shí)豎直方向上的偏轉(zhuǎn)距離（2）粒子在離開電場(chǎng)時(shí)豎直方向的分速度（3）粒子在離開電場(chǎng)時(shí)的速度偏轉(zhuǎn)角學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合所學(xué)知識(shí)，自主分析推導(dǎo)。（教師抽查學(xué)生活動(dòng)結(jié)果并展示，教師激勵(lì)評(píng)價(jià)）投影示范解析：解：由于帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力僅有電場(chǎng)力（與初速度垂直且恒定），不考慮重力，故帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)。粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t= 加速度 a=qU/md豎直方向的偏轉(zhuǎn)距離：y=at2=粒子離開電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度為v1=at=速度為： v=粒子離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度為：tan=例3：若帶電粒子的初速v0是在電場(chǎng)的電勢(shì)差U1下加速而來(lái)的（從零開始），那么上面的結(jié)果又如何呢?（y，tan）學(xué)生探究活動(dòng)：動(dòng)手推導(dǎo)、互動(dòng)檢查。（教師抽查學(xué)生推導(dǎo)結(jié)果并展示：結(jié)論：y= ，=arctan教師引導(dǎo)總結(jié) ：軌跡與q、m無(wú)關(guān)，即不同粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速再經(jīng)同一電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)具有相同的軌跡小結(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的方法：作業(yè)課后繼續(xù)探究示波管原理