1.9帶電粒子在電場中的運動（人教版選修3-1）
一、教學目標
【知識與技能】
1．學習運用靜電力、電場強度等概念研究帶電粒子在電場中運動時的加速度、速度和位移等物理量的變化。
2．學習運用靜電力做功、電勢、電勢差等概念研究帶電粒子在電場中運動時能量的轉化。
3.了解示波管的工作原理，體會靜電場知識對科學技術的影響。
【過程與方法】 經歷理論**過程，體驗應用模擬學習的知識法和通過做功研究能量變化的方法。
【情感態度與價值觀】 通過學習，樹立相互聯絡、相互影響的看待事物的的觀點。了解電場規律在科學技術中的應用。
二、 教學重點、難點
【教學重點】:帶電粒子在電場中的加速和偏轉。
【教學難點】: 綜合利用力學、電學知識分析帶電粒子在電場中的加速和偏轉問題。
三、教學用具
電子流偏轉儀示波器
四、教學過程
【新課引入】在前面學習靜電場性質的基礎上，本節學習處理帶電粒子在電場中運動的問題。
**電子流的運動****，引入新課。（設計意圖：通過新奇的場景，吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。）
要實現電子的運動，首先要學會利用電場改變或控制帶電粒子的運動。其中最基本、最簡單的就是使帶電粒子在電場中加速和偏轉。
【板書】帶電粒子在電場中的運動
【新課教學】
一、帶電粒子的加速
要想讓電子「翩翩起舞」，先要讓它運動起來。
在現代科學實驗和技術裝置中，常常利用電場來改變或控制帶電粒子的運動。利用電場使帶電粒子加速，利用電場使帶電粒子偏轉，就是兩種最簡單的情況。
閱讀情境一，完成問題一。
【情境】「電子之舞」中的電子要「動」起來，是通過乙個加速電場來完成的。兩極板間的電場是勻強電場，電壓為u，距離為d，乙個電子電荷量為e，質量為m，在真空中從靜止開始加速，從負極板向正極板運動，從正極板的小孔穿出。(不計電子的重力)
【問題一】：電子的運動性質是什麼？計算電子到達正極板時的速度大小？
電子受到的電場力是恒力，做勻加速的直線運動。
計算方法一：電子在電場中受電場力，由牛頓第二定律
得由運動學公式
可得計算方法二：電場力對電子做功，由動能定理
可得【問題二】：若電子是從熾熱的金屬絲發射，在金屬絲和金屬板之間加電壓u，發射後的電子在真空中從靜止開始加速，從右側金屬板的小孔穿出，計算電子獲得的速度？如何增大上述電子到達正極板的速度？
提出問題：
（1）請同學們特別注意，這兩個電場相同嗎？
第乙個問題是勻強電場，電場力是恒力；第二個問題是非勻強電場，電子受的力是變力。
問題一中，兩塊金屬板是平行的，兩板板的電場是勻強電場。問題二中兩板板是不是平行板板，中間的電場也不再均勻，上面的結果是否仍然適用？為什麼？
（2）用什麼方法來解決？
動力學的方法不能用了，動能定理仍然可以。
計算方法與問題一中方法二相同：
可得通過求解的結果可知，增大加速電壓u就可增大電子的速度。粒子加速後的速度與加速電壓有關此式也適用於不是勻強電場的情況
二、帶電粒子的偏轉
【情境】：「電子之舞」中的電子要「跳」起來，是通過乙個偏轉電場實現的，如圖所示。電子經加速電場加速後，以一定速度v0垂直於電場方向射入勻強電場中，兩極板長度為l ，極板距離為d，電壓為u（電子電荷量為e，質量為m，不計重力）
設定物理情境，引入研究的問題。
【問題】：計算電子飛出電場時沿垂直於板麵方向偏移的距離y和偏轉的角度θ.
【思考討論】：
（1）進入勻強電場後電子做什麼運動？
（2）這種運動與那種運動相似？嘗試畫出運動軌跡。
（3）你能否通過模擬得到這種運動的研究方法？
電子做曲線運動，與平拋運動相似，軌跡向電場力的方向彎曲。
電子在電場中偏轉的**
介紹並總結：把電子的運動分成平行於板麵方向的分運動，和沿垂直於板麵方向的分運動。平行於板麵方向不受外力，做勻速直線運動，位移大小等於 l。
垂直於板麵方向，受電場力，做初速度為零的勻加速直線運動，加速度大小由電場力提供。
用這種研究方法完成物理情境中的問題。
解：電子在電場中受電場力，由牛頓第二定律得
在豎直方向上
在水平方向上
由以上三式可得
電子在豎直方向上的速度
由幾何關係
【思考討論】：
（1）怎樣改變電子偏移的距離？ 可以改變u、d、l、v0
（2）以上**的是電子在豎直方向發生偏轉的問題，怎樣讓電子在水平方向偏轉？
豎直放置兩塊金屬板，加偏轉電壓。
前面兩種控制電子運動的方法組合在一起，就是示波管的工作原理。
三、示波管的原理
有一種電子儀器叫示波器，可以用來觀察電訊號隨時間變化的情況。示波器的核心部件是示波管，它由電子槍、偏轉電極和螢光屏組成，管內抽成真空。電子槍的作用是產生高速飛行的一束電子。
前面問題二實際上就是電子槍的原理。
這是一種常見的示波器，可用來觀察電訊號隨時間的變化情況．
【介紹示波管的構造】
由電子槍、偏轉電極、螢光屏組成。
思考討論以下問題：
（1）如果在偏轉電極xx』 、上不加電壓，電子如何運動？
（2）只在偏轉電極 yy』上加電壓，電子如何運動？
（3）只在偏轉電極 xx』上加電壓，電子如何運動？
在學案的圖上大體標註一下三個位置。配合演示三種情況中電子的運動。
用動畫演示，注意觀察。（演示固定電壓、變化電壓並總結。）
中學使用的示波器除了可以演示這三種情況外，還可以演示更複雜的情況。
一般情況yy』加待顯示的訊號電壓。
當然了，要想呈現錄影中那種絢麗效果的話，光憑這樣的示波器是無法實現的，必須對電子進行更加複雜的控制才行。下一節課我們會繼教深入研究。
【反思】：
1、研究帶電粒子在電場中運動的兩條主要線索
帶電粒子在電場中的運動，是乙個綜合電場力、電勢能的力學問題，研究的方法與質點動力學相同，它同樣遵循運動的合成與分解、力的獨立作用原理、牛頓運動定律、動能定理、功能原理等力學規律．研究時，主要可以按以下兩條線索展開.
（1）力和運動的關係——牛頓第二定律
根據帶電粒子受到的電場力，用牛頓第二定律找出加速度,結合運動學公式確定帶電粒子的速度、位移等．這條線索通常適用於恒力作用下做勻變速運動的情況。
（2）功和能的關係——動能定理
根據電場力對帶電粒子所做的功，引起帶電粒子的能量發生變化，利用動能定理或從全過程中能量的轉化，研究帶電粒子的速度變化，經歷的位移等．這條線索同樣也適用於不均勻的電場。
2、研究帶電粒子在電場中運動的兩類重要的思維技巧
（1）模擬與等效
電場力和重力都是恒力，在電場力作用下的運動可與重力作用下的運動模擬．例如，垂直射入平行板電場中的帶電粒子的運動可模擬於平拋，帶電單擺在豎直方向勻強電場中的運動可等效於重力場強度g值的變化等．
（2）整體法(全過程法)
電荷間的相互作用是成對出現的，把電荷系統的整體作為研究物件，就可以不必考慮其間的相互作用．
電場力的功與重力的功一樣，都只與始末位置有關，與路徑無關．它們分別引起電荷電勢能的變化和重力勢能的變化，從電荷運動的全過程中功能關係出發(尤其從靜止出發末速度為零的問題)往往能迅速找到解題入口或簡化計算．
1、帶電粒子在電場中的運動是綜合性非常強的知識點，對力和運動的關係以及動量、能量的觀點要求較高，是高考的熱點之一，所以教學時要有一定的高度。
2、學生對於帶電粒子在電場中的運動的處理侷限於記住偏轉量和偏轉角的公式，不能從力和運動的關係角度高層次的分析，這樣的能力可能要到高三一輪複習結束才能具備。
1 9帶電粒子在電場中的運動
1.9帶電粒子在電場中的運動 一 1 能夠綜合力學知識和電學知識分析帶電粒子在電場中的平衡 加速 偏轉。2 熟練運用力學知識分析加速度 速度 位移，運用電學知識分析帶電粒子的能量變化。帶電粒子的重力是否可以忽略，需要考慮如下兩種情況 1 只有在帶電粒子的重力遠遠小於靜電力時，粒子的重力才可以忽略。2...
帶電粒子在電場中運動軌跡問題
1 某靜電場中的電場線如圖所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運動軌跡如圖中虛線所示，由m運動到n，以下說法正確的是 a 粒子必定帶正電荷 b 粒子在m點的加速度大於它在n點的加速度 c 粒子在m點的加速度小於它在n點的加速度 d 粒子在m點的動能小於它在n點的動能 2 如右圖所示，實線表示勻強...
帶電粒子在電場中的運動教學反思
學生已經在必修1 2中學習了恒力作用下的勻變速直線運動和平拋運動 學習了選修3 1中靜電場的有關知識。通過對上述內容的回顧引導學習將 帶電粒子在電場中的運動 這節課的兩種運動狀態 帶電粒子的加速和帶電粒子的偏轉與物體的自由落體運動和平拋運動進行模擬，通過用模擬法來學習本節課。根據本節課的教學內容和學...