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1、1.8 带电粒子在电场中的运动教学三维目标（一）知识与技能1了解带电粒子在电场中的运动只受电场力，带电粒子做匀变速运动。2重点掌握初速度与场强方向垂直的带电粒子在电场中的运动(类平抛运动)。3知道示波管的主要构造和工作原理。（二）过程与方法培养学生综合运用力学和电学的知识分析解决带电粒子在电场中的运动。（三）情感态度与价值观1渗透物理学方法的教育：运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，不计粒子重力。2培养学生综合分析问题的能力，体会物理知识的实际应用。重点：带电粒子在电场中的加速和偏转规律 难点：带电粒子在电场中的偏转问题及应用。教学过程：（一）复习力学及本章前面相关知识要点：动能定理、
2、平抛运动规律、牛顿定律、场强等。 （二）新课教学1带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速）若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F0 时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。例 ：带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电?分析：带电粒子处于静止状态，F0， ，因为所受重力竖直向下，mgqE所以所受电场力必为竖直向上。又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。若F0（只受电场力）且与初速度方向在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动。(变速直线运动)打入正电荷（右图） ，将做匀加速直线运动。设电荷所带的电量为 q，板间场强为 E电势差为 U，板距为 d, 电荷到达另一极板的速
3、度为 v,则电场力所做的功为： LW粒子到达另一极板的动能为： 21mvEk由动能定理有： （或 对恒力）21vqU2q若初速为 v0，则上列各式又应怎么样？让学生讨论并列出。若打入的是负电荷（初速为 v0） ，将做匀减速直线运动，其运动情况可能如何，请学生讨论，并得出结论。请学生思考和讨论课本 P33问题分析讲解例题 1。 （详见课本 P33）【思考与讨论】若带电粒子在电场中所受合力F0，且与初速度方向有夹角(不等于0，180)，则带电粒子将做什么运动？（曲线运动）-引出2带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度 v0E，则带电粒子将在电场中做类平抛运动）复习：物体在只受重力的作用下，被水
4、平抛出，在水平方向上不受力，将做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做初速度为零的自由落体运动。物体的实际运动为这两种运动的合运动。详细分析讲解例题 2。解：粒子 v0在电场中做类平抛运动沿电场方向匀速运动所以有： tvL0电子射出电场时，在垂直于电场方向偏移的距离为： 21aty粒子在垂直于电场方向的加速度： mdeUEFa由得： 201vLmdeUy代入数据得： m36.即电子射出时沿垂直于板面方向偏离 0.36m电子射出电场时沿电场方向的速度不变仍为 v0， 而垂直于电场方向的速度：0vLdeUatv故电子离开电场时的偏转角 为： 200tanmdveUL代入数据得： =6.8【讨论】：
5、若这里的粒子不是电子，而是一般的带电粒子，则需考虑重力，上列各式又需怎样列？指导学生列出。3示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图） 。（3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。让学生对 P35的【思考与讨论】进行讨论。（三）小结：1、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能
6、原理等力学规律研究时，主要可以按以下两条线索展开（1）力和运动的关系牛顿第二定律根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况（2）功和能的关系动能定理根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或从全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化，经历的位移等这条线索同样也适用于不均匀的电场2、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧（1）类比与等效电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛，带电单摆
7、在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度 g 值的变化等（2）整体法(全过程法)电荷间的相互作用是成对出现的，把电荷系统的整体作为研究对象，就可以不必考虑其间的相互作用电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题入口或简化计算（四）巩固新课：1、引导学生完成问题与练习。1、3、4 做练习。作业纸。2、阅读教材内容，及 P36-37的【科学足迹】 、 【科学漫步】教后记1、带电粒子在电场中的运动是综合性非常强的知识点，对力和运动的关系以及动量、能量的观
8、点要求较高，是高考的热点之一，所以教学时要有一定的高度。2、学生对于带电粒子在电场中的运动的处理局限于记住偏转量和偏转角的公式，不能从力和运动的关系角度高层次的分析，这样的能力可能要到高三一轮复习结束才能具备。 知能准备1利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子_；利用电场使带电粒子_2示波器：示波器的核心部件是_，示波管由电子枪、_和荧光屏组成，管内抽成真空同步导学1带电粒子的加速(1)动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加(减)速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加 (减)速运动(2)功能关系分析：粒子只受电场
9、力作用，动能变化量等于电势能的变化量(初速度为零 )； 此式适用于一切电场21qUmv2021qUmv2带电粒子的偏转(1)动力学分析：带电粒子以速度 v0 垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成 900 角的电场力作用而做匀变速曲线运动 (类平抛运动)(2)运动的分析方法(看成类平抛运动 )：沿初速度方向做速度为 v0 的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动例 1、如图 181 所示，两板间电势差为 U，相距为 d，板长为 L正离子 q 以平行于极板的速度 v0 射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转距离 y 和偏转角 为多
10、少?解析：电荷在竖直方向做匀加速直线运动，受到的力 FEqUq/d由牛顿第二定律，加速度 a = F/m = Uq/md水平方向做匀速运动，由 L = v0t 得 t = L/ v0 由运动学公式 可得： 21tsUdmvqLdUy2020)(1带电离子在离开电场时，竖直方向的分速度：v at0离子离开偏转电场时的偏转角度 可由下式确定： dmvqUL20tan电荷射出电场时的速度的反向延长线交两板中心水平线上的位置确定：如图所示，设交点 P 到右端 Q 的距离为 x，则由几何关系得： xy/t21/tan02dmvqLUyx点评：电荷好像是从水平线 OQ 中点沿直线射出一样，注意此结论在处理
11、问题时应用很方便3示波管的原理(1)构造及功能如图 l82 所示电子枪：发射并加速电子偏转电极 YY， ：使电子束竖直偏转 (加信号电压) XX， ：使电子束水平偏转(加扫描电压)荧光屏(2)工作原理(如图 182 所示)偏转电极 XX， 和 YY， 不加电压，电子打到屏幕中心；若电压只加 XX， ，只有 X 方向偏；若电压只加 YY， ，只有 y 方向偏；若 XX， 加扫描电压，YY ， 加信号电压，屏上会出现随信号而变化的图象4在带电粒子的加速或偏转的问题中，何时考虑粒子的重力?何时不计重力?一般来说：(1)基本粒子：如电子、质子、 粒子、离子等除有特别说明或有明确暗示以外，一般都不考虑重
12、力(但不忽略质量 )(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有特别说明或有明显暗示以外，一般都不能忽略重力5易错易混点带电粒子在电场中发生偏转，定要区分开位移的方向与速度的方向，它们各自偏角的正切分别为：， ，切不可混淆xytanxyvta6带电粒子在电场中的运动(1)带电粒子在电场中的运动由粒子的初始状态和受力情况决定在非匀强电场中，带电粒子受到的电场力是变力，解决这类问题可以用动能定理求解在匀强电场中，带电粒子受到的是恒力，若带电粒子初速度为零或初速度方向平行于电场方向，带电粒子将做匀变速直线运动；若带电粒子初速度方向垂直于电场方向，带电粒子做类平抛运动，根据运动规律求解，(2)带电
13、小球、带电微粒( 重力不能忽略)在匀强电场中运动，由于带电小球、带电微粒可视为质点，同时受到重力和电场力的作用，其运动情况由重力和电场力共同决定又因为重力和电场力都是恒力，其做功特点一样，常将带电质点的运动环境想象成一等效场，等效场的大小和方向由重力场和电场共同决定例 2、两平行金属板相距为 d，电势差为 U，一电子质量为 m，电荷量为 e，从 O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达 A 点，然后返回，如图 183 所示，OA h，此电子具有的初动能是 ( )A BedUh UedhC D deUh解析：电子从 O 点到 A 点，因受电场力作用，速度逐渐减小，根据题意和图示可知，电子仅受电场力
14、，由能量关系： ，又 EUd， ，所以OAemv201 hdUEOA. 故 D 正确deUhmv201点评：应用电场力做功与电势差的关系，结合动能定理即可解答本题例 3、一束质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子以平行于两极板的速度 v0 进入匀强电场，如图 184 所示如果两极板间电压为 U，两极板间的距离为 d、板长为 L设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为 (粒子的重力忽略不计)分析：带电粒子在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做匀加速运动电场力做功导致电势能的改变解析：水平方向匀速，则运动时间 t L/ v 0 竖直方向加速，则侧移 21ay图 184且 d
15、mqUa由得 20vLy则电场力做功 2020vmdLUqdqEW由功能原理得电势能减少了 20vL例 4、如图 185 所示，离子发生器发射出一束质量为 m，电荷量为 q 的离子，从静止经加速电压 U1 加速后，获得速度 ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转0v电压 U2 作用后，以速度 离开电场，已知平行板长为 ，两板间距离为 d，求： l 的大小；0v离子在偏转电场中运动时间 ；t离子在偏转电场中受到的电场力的大小 F；离子在偏转电场中的加速度；离子在离开偏转电场时的横向速度 ；yv离子在离开偏转电场时的速度 的大小；离子在离开偏转电场时的横向偏移量 y；离子离开偏转电场时的偏转角 的正切值 tg解析： 不管加速电场是不是匀强电场，WqU 都适用，所以由动能定理得：012mvqUmqUv20由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动即：水平方向为速度为 v0 的匀速直线运动，竖
