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带电粒子在电场中的运动习题课.DOC

1、1 带电粒子在电场中的运动习题课 三门中学 叶美莲 一、设计思路 带电粒子在电场中受到电场力的作用。电场力做功与路径无关,本节内容延续了之前学习的动力学和功能关系的基础上,研究带电粒子在电场中的两个相关问题(动力学问题和能量问题)。本节课着重分析带电粒子在电场中的几种运动(匀变速直线运动,匀变速曲线运动,圆周运动) ,设计的知识有静电场力和能的性质、牛顿运动定律、动能定理、运动的合成和分解等内容。所学的习题需要典型,同时也要体现一定的层次性,难度由易到难。 想通过三个习题对应的三个运动,总结出带电粒子在电场中运 动的相关策略,审题过程中朝引的方向,受力分析、运动分析、及其规律的选择。抓住电场力

2、的特点与重力的相似,采取等效的思想,类比在物体在重力场的运动,起到化陌生模型为熟悉的模型,有助于解答。 通过本节内容的学习, 加深对力、电知识的理解,有利于培养学生用物理规律解决实际问题的能力,同时也为以后学习带电粒子在磁场中的运动打下基础。 二、前期分析 电场是电学的基本知识,是学好电磁学的关键。 带电粒子在电场中的运动 是本章知识的重要应用之一,是力学知识和电学知识的综合。在 学科教学指导意见 和考试说明中都把 该内容 列为理解并掌握的 内容 ,也是高考必考内容之一。 学生已有的知识框架: 1.力学中的相关处理方法: ( 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

3、)采用功能方法来解答相关问题。 2.了解 类比和建模等科学方法的应用。 3.在匀强电场中的电场力是恒力,电场力做功与路径无关,只与初末状态的电势差有关,电场力做功引起粒子电势能的改变,这些性质与重力的特征相似,所以在 电场中的 运动我们可以采用类比相似的方法来 学习。 学生学习一些新的运动,需要有原有的知识为基础,前后知识联系越紧密,越容易为教学提供比较清晰的知识线索,确 保学生在学习上的循序渐进。 我们要通过典型题目的训练和讲解, 培养学生良好的思维品质,使学生模型明确,思路清晰,合理利用物理规律解决物理问题。 重点: 带电粒子在电场中的加速和偏转规律 。 难点: 总结出带电粒子在电场中运动

4、的解答策略。 三、教学目标 (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 掌握在电场中做圆周运动的解答策略 (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。 2 四、教学过程 : (一) 开门见山的引入 本节课学习带电粒子在电场中的运动。在电场中比较典型的运动有:匀变速直线运

5、动,类平抛运动和圆周运动。 (二)抛砖引玉 对于学习, “ 有法则 活 ,有法则通 ” ,我们一起来研究和归纳一下带电粒子在电场中三种运动的解答策略。 例 1: (多过程的匀变速直线运动) 如图 所示,水平放置的 A、 B 两平行板相距 h,上板A 带正电,现有质量为 m、带电荷量为 q 的小球在 B 板下方距离 B 板为 H 处,以初速度 v0竖直向上从 B 板小孔进入板间电场 (1)带电小球在板间做何种运动 ? (2)欲使小球刚好打到 A 板, A、 B 间电势差为多少? 展示学生成果:把学生的解答过程进行投影,评价学生的受力图、运动图及其所采取的规律。 教师归纳 要点深化: 1.粒子的重

6、力考虑与否 2.电场中动力学问题的考查(涉及几个运动过程,不同过程的受力如何,针对不同阶段确定相应 的规律) 3.电场中能量问题的考查(重力做功对于着重力势能的变化,电场力做功对应着电势能的变化) 师生共同总结:带电粒子在电场中的运动,是对之前在力学中的延续和拓展,同样需要受力分析和运动过程分析,对于多过程的匀变速直线运动可以采取动能定理进行解答。 例 2:(类平抛运动) 如图所示,阴极 A 受热后向右侧空间发射电子,电子质量为 m,审题建议: 1.对象过程选择 ; 2.初始状态、 受力分析; 3.“刚好”的意义是什么 4.规律选择。 带电粒子在电场中的运动 曲线 匀变速曲线(类平抛) 圆周运

7、动 直线 匀速直线 匀变速直线 3 电荷量为 e,电子的初速率有从 0 到 v 的各种可能值,且各个方向都有 。 与 A 极相距 l 的地方有荧光屏 B,电子击中荧光屏时便会发光 。 若在 A和 B 之间的空 间里加一个水平向左、与荧光屏面垂直的匀强电场,电场强度为 E,求 B 上受电子轰击后的发光面积。 展示学生解答成果,指出学生的相应问题,提供一定的解答策略。 出题意图:分析学生的原有认知。学生脑海中的类平抛往往是初速度水平,受到竖直方向的电场力,这样的处理方法学生很熟练,水平方向匀速,竖直方向初速度为零的匀变速。本题本质就是类平抛,只不过竖直方向匀速,水平方向为匀变速直线运动,学生往往很

8、难接受,在分解运动中的规律往往也会写错,借助此题,一方面对在电场 中的类平抛运动加以熟练,另一方面引导学生要养成良好的受力分析、画出轨迹示意图的解题习惯,认识运动本质,不被外表所迷惑。 师生总结: 对于电场中的类平抛运动,跟在力学中一样,采取分解运动的方法,通过受力分析和运动过程分析,明确互相垂直的两个方向的运动性质,采取动力学的观点进行解答。同时对于题中的较多粒子的运动情况,采取特殊粒子的运动作为分析点,确定其中的临界问题。如果涉及到功能问题,还可以采用动能定理进行解答。 例 3: 如图所示,一绝缘细圆环半径为 r,其环面固定在水平面上,电场强度为 E 的匀强电场与圆环平面平 行,环上穿有一

9、电荷量为 q、质量为 m 的小球,可沿圆环做无摩擦的圆周运动,若小球经 A 点时速度 vA的方向恰与电场线垂直,且圆环与小球间沿水平方向无作用力,则速度 vA _.当小球运动到与 A 点对称的 B 点时,小球对圆环在水平方向的作用力 FB _. 投影学生的解答成果,分析学生的解答过程和解答策略。 出题意图:学生很容易把本题的背景当成是平视图,从而画出重力,引导学生审题一定要仔细。重力场中的圆周运动过渡到电场中的圆周运动,引导学生能抓住这类习题的解答本质,而不要被表面情景的 变化所迷惑,采取等效的思想方法等同、类比,从而起到化陌生模型为熟悉模型的过程。 师生总结: 找到圆周运动向心力的来源。 若

10、把平面转个 90,可以把电场力等效看成重力。 实现了陌生模型熟悉化的过程。把握题目中的临界问题,找到相应的解决方向。 三、课堂 小结: 审题建议: 1.对象、过程选择; 2.初始状 态、受力分析; 3.如何理解发光面积。 4.确定解题规律 审题建议: 1.对象、过程选择; 2.圆周运动的受力分析,向心力的来源; 3.如何理解圆环与小球间在水平方向无作用力 4.如何确定 FB 4 1.明确研究对象的 重力是否考虑; 基本粒子:如电子、质子、 粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力 (但并不忽略质量 )带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽

11、略重力 。 2.带电粒子在电场中的运动类型: 解答策略:确定研究对象和研究的运动过程,画出受力示意图和运动示意图,同时确定粒子的初始状态,根据力与运动的关系,确定粒子的运动性质,结合动力学观点或者是能量的观点进行相应解答。 电场力的特点与重力有所相似,可以采用类比的思想方法来分析粒子在电场中的运动,化陌生为熟悉,有助于问题的解答。 四、形成性评价 1 如图所示,带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间,距下板 0.8 cm,两板间的电势差为 300 V如果两板间电势差减小到 60 V,则带电小球运动到极板上需多长时 间 ? 2 两平行金属板 A、 B 水平放置,一个质量为 m=5 10-

12、6 kg 的带电微粒,以 v0=2 m/s 的水平速度从两板正中位置射入电场,如图所示, A、 B 两板间距离 d=4 cm,板长 L=10 cm (1)当 A、 B 间的电压 UAB=1000 V 时,微粒恰好不偏转,沿图中直线射出电场,求该粒子的电荷量和电性 。 (2)令 B 板接地,欲使该微粒射出偏转电场,求 A 板所加电势的范围 。 3 如图所示,半径为 R 的环形塑料管竖直放置, AB 为该环的水平直径,且管的内径远小于环的半径,环的 AB 及以下部分处于水平向左的匀强电 场中,管的内壁光滑现将一质量为 m,带电量为 q 的小球从管中 A 点由静止释放,已知 qE mg. 求: (1)小球释放后,第一次经过最低点 D 时的速度和对管壁的压力; (2)小球释放后,第一次经过最高点 C 时管壁对小球的作用力 带电粒子在电场中的运动 曲线 匀变速曲线(类平抛) 圆周运动 直线 匀速直线 匀变速直线

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