帶電粒子在電場中的運動教案1

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1、教案示例——帶電粒子在勻強電場中的運動一、教學目標1．知道利用勻強電場可以使帶電粒子加速和偏轉(zhuǎn)．2．理解帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方面的問題．3．知道示波器的基本原理．二、重點難點重點：帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律．難點：綜合應(yīng)用力學和電學知識處理偏轉(zhuǎn)問題．三、教與學教學過程：帶電粒子在電場中由于受到電場力作用．所以產(chǎn)生加速度，速度的大小和方向都會發(fā)生變化，利用電場來改變或控制帶電粒子的運動，是在電子儀器設(shè)備中常用的方法和手段，對帶電粒子在電場中的運動，從受力的角度來看，遵循著牛

2、頓運動定律，從做功的角度來看，遵循著能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，在一般情況下，電場對帶電粒子的作用比較復(fù)雜，但離不開兩種最基本的作用：其一使帶電粒子加速，其二使帶電粒子偏轉(zhuǎn)．（一）帶電粒子的加速1．在勻強電場中加速如圖所示，在正極板處有一帶正電荷q的粒子，兩板間電壓為U（通常稱為加速電壓），粒子的質(zhì)量為m，不計重力，則它從靜止開始運動到達負極板時的速度v多大？（1）從動力學和運動學的角度來看：解得（2）從做功和能量的角度來看：解得2．在非勻強電場中加速由于電場力做功與場強是否勻強無關(guān)，與具體運動路徑無關(guān)，所以由動能定

3、理得，如存在其他力做功時有：在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進行處理．（二）帶電粒子的偏轉(zhuǎn)電場使帶電粒子的速度方向發(fā)生改變，這種作用就是帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，其中最簡單的情況是帶電粒子以垂直場強的方向進入勻強電場，帶電粒子的運動類似于平拋運動．在處理偏轉(zhuǎn)問題時，由于能量跟物體的運動方向無關(guān)，所以利用能量關(guān)系不能直接得到結(jié)果，因而常采用動力學和運動學相結(jié)合的方法處理偏轉(zhuǎn)問題．如圖所示，質(zhì)量為m，電荷量為－q的帶電粒子以初速沿帶電平行板電容器的中線進入電場，設(shè)極板長l，板間相距d，兩極板間電壓為U

4、，不計粒子的重力，忽略電容器的邊緣效應(yīng)，認為帶電粒子從進入到離開電容器一直在勻強電場中運動．1．帶電粒子的偏轉(zhuǎn)角帶電粒子在豎直方向做勻加速運動，加速度，速度；在水平方做勻速運動，速度，通過電場時所需時間．粒子離開電場時偏轉(zhuǎn)角（偏離入射方向的角度）的正切值為2．帶電粒子的側(cè)向位移側(cè)向位移是指偏離入射方向的位移，也叫橫向位移（沿入射方向的位移叫縱向位移）．帶電粒子通過電場發(fā)生的側(cè)向位移為若帶電粒子是從靜止開始經(jīng)加速電壓加速后垂直進入偏轉(zhuǎn)電壓為的偏轉(zhuǎn)電場的，則由于，所以有說明帶電粒子出電場時的偏轉(zhuǎn)角、側(cè)移y均與帶電

5、粒子的質(zhì)量和電荷量無關(guān)．3．帶電粒子通過電場好像是從電場中點沿直線射出一樣．設(shè)入射點為O，則（三）示波管的原理1．構(gòu)造及功用如圖是示波管的原理圖（1）電子槍：發(fā)射并加速電子．（2）偏轉(zhuǎn)電極：：使電子束豎直偏轉(zhuǎn)（加信號電壓）；：使電子束水平偏轉(zhuǎn)（加掃描電壓）．（3）熒光屏：電子束打在熒光屏上能使該處的熒光物質(zhì)發(fā)光．（4）玻殼：玻殼內(nèi)抽成真空．2．原理：如圖所示．（1）的作用：被電子槍加速的電子在的電場中做勻變速曲線運動，出電場后做勻速直線運動打到熒光屏上，出現(xiàn)亮斑，可推得在豎直方向偏移，若信號電壓，則隨信號電壓

6、同步變化，但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，只能看到一條豎直的亮線．（2）的作用：同理可得亮斑在水平方向偏移隨加在上的電壓變化而變化，若所加的電壓為特定的周期性變化電壓則亮斑在水平方向來回運動——掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來為一條水平的亮線．3．在和同時加上等周期的掃描電壓和信號電壓時，在熒光屏上得到信號電壓隨時間的變化圖線（若信號電壓為，則得到一條正弦曲線），它類同于質(zhì)點振動時的振動圖像．［演示］只在或上加周期性的電壓時，熒光屏上只出現(xiàn)豎直亮線或水平亮線，同時加上等周期的電壓（在上加的信號電壓）

7、，熒光屏上出現(xiàn)一條正弦曲線．小結(jié)：利用電場可以使帶電粒子加速或偏轉(zhuǎn)．示波管是利用電場能使帶電粒子偏轉(zhuǎn)的原理制成的．