
带电粒子在电场中的运动单元教学设计 授课主题 带电粒子在电场中的运动 教学目标 带电粒子在电场中的运动规律: a、运用静电力、电场强度等概念研究带电粒子在电场中运动时加速度、速度、位移等物理量的变化; b、学习运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子在电场中运动时能量的转化。 2、其应用———示波器,了解示波器的构造及工作原理。 教学重点 带电粒子在匀强电场中的运动规律 授课日期及时段 教学过程设计 情景设疑 带电粒子在电场中受到电场力的作用会产生加速度,使其原有速度发生变化.在现代科学实验和技术设备中,常常利用电场来控制或改变带电粒子的运动。 物理学家用粒子加速器来回答基础物理学的问题———我们的宇宙是怎么来的,为什么物体具有质量,等等。很多粒子加速器个头巨大———在芝加哥附近费米实验室的万亿电子伏加速器(Tevatron)周长有六公里,而日内瓦的大型强子对撞机(Large Hadron Collider ,LHC)还要再大四倍。北京中科院高能物理研究所与其合作伙伴计划在2028年前建造周长大约两倍于LHC的高能粒子对撞机。 高能粒子加速器早在几十年前就逐渐走出实验室、渗入到了工业界。具体应用有哪些呢 1、牛奶盒子、薯片袋子的封口 2、电子束的辐照灭菌 3、计算机芯片4、消灭癌症 主动补偿知识: 牛顿第二定律的内容: 动能定理的表达式: 平抛运动的处理方法: 静电力做功的计算方法: 主动探究过程: 带电粒子在电场中的运动 电场中的带电粒子一般可分为两类: 带电的基本粒子:如电子,质子,α粒子,正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比在小得多,除非有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力。(但并不能忽略质量) 带电微粒:如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外,一般都考虑重力。 PS.审题时,注意题目中,是否说明重力可忽略。 2、电场:一般为匀强电场(也有少部分是非匀强电场,这里注意当为非匀强场时,一般从能量角度解题)。 3、利用电场来改变带电粒子的运动,最简单的情况有三种(课本上为两种,因为课本上所强调的带电粒 子为基本粒子,一般情况下重力可忽略,而且此外除电场力无其他外力作用,既然我们在这里提到了 一般都要考虑重力的带电微粒,那么,我们加上第三种情况): 利用电场使带电粒子加速 带电粒子在电场中静止或匀速直线运动 利用电场使带电粒子偏转 i. 带电粒子的加速 我们可以分为两种情况: 1、带电粒子初速度=0,则电场力方向 ,粒子运动方向 。 若带电粒子初速度,则带电粒子加速,而不改变运动方向,电场力方向与带电粒子运动方 向必须 。 图1 图2 例1、判断图1和图2中粒子的运动情况,其中粒子初速度均为,方向向右。(重力可忽略) [解析]:1、受力分析:粒子重力可忽略,因此,粒子只受电场力的作用,在图1中,带正电粒子 受到向右的电场力的作用;在图2中,粒子带负电,所受电场力方向向左。 2、运动情况分析:图1中,粒子受到恒定向右的电场力的作用,与初速度方向相同,因此 做匀加速直线运动,直到打在右金属板上;在图2中,带负电粒子受到恒定向左的电场 力的作用,与初速度方向相反,因此做匀减速直线运动,因此,粒子打在哪边板上,取 决于初速度与加速度的大小,以初速度方向设正方向,则,当时, ,比较s与d的大小,当时,说明粒子在打到右金属板上,当时, 说明当粒子在速度减到0时,仍没有到达右金属板,则粒子开始反向加速,最终打在左 金属板上。 例2、如图1所示,在真空中有一对平行金属板,其间距离为d,电源电压为U,板间电场为匀强电 场,若在左金属板中间有一小孔,一带正电粒子以初速度射入板间,粒子质量为m,电量为q,则 粒子到达右金属板时,速度为多大?(粒子重力可忽略) [解析]:1、 ... ...
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