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。抓住电场力的特点与重
2、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）采用功能方法来解答相关问题。2.了解类比和建模
3、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
4、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。22培养学生综合分析问题的能力，体会物理知识的实际应用。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
5、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，
6、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。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）圆周运动直线匀速直线匀变速直线3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，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
7、一个水平向l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
8、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
9、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。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
10、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 FB4三、课堂小结：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
11、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=510-6 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 qEmg.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5
