2.2带电粒子在电场中的运动 教学设计-2021-2022学年【新教材】高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册
《带电粒子在电场中的运动》教学设计
云浮市云安区云安中学 蒋贤才
教学目标：
- 了解直线加速器和示波管的构造、原理，构建物理模型，形成物理观念；
- 通过创设情境，构建模型和科学推理，推导带电粒子在匀强电场中加速运动的速度关系式，理解加速原理；
- 通过科学探究，创设情境，构建模型和科学推理，推导带电粒子在匀强电场中偏转运动的速度、位移的规律，理解偏转原理；
- 能用带电粒子在电场中运动的规律分析解决实际问题，提高科学思维能力，培养科学态度。
教学重点：
- 带电粒子在电场中的加速；
- 带电粒子在电场中的偏转。
教学难点：
带电粒子在电场中的运动规律分析
教学方法：
创设问题情境，引导学生构建物理模型，设问引导学生进行科学探究，让学生经历物理知识的构建过程。
课时安排：2课时
情境引入：
电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。电子在加速器中是受到什么力的作用而加速呢？
新课教学：
一、带电粒子在电场中的加速
情境：如图所示，在真空中安装一对面积较大的平行金属板，并在两板间加上电压
，两板之间形成了一个匀强电场，在紧靠正极板中间处有一电量为
、质量为
的带正电粒子，重力不计。
【思考问题】（1）粒子在两极板间将做什么运动？
（2）设两板间的距离为
，则粒子在板间的加速度多大？粒子到达
负极板时的速度大小是多少？
（3）粒子从正极板运动到负极板，电场力做了多少功？
【讨论与交流】（1）如果两极板不平行，则中间的电场不再是匀强电场，带电粒子仍由静止开始从正极板处运动到负极板，带电粒子末速度的大小仍为
吗？为什么？
（2）如果带电粒子改从电场的中央由静止开始释放，到达负极板时末速度的大小仍为吗？为什么？
例题1：如图所示为电场直线加速器的示意图，它由炽热的金属丝、
个长度不同的金属圆筒（两底面开有小孔）和一个靶组成。把炽热的金属丝与所有的圆筒交叉连接到电压恒为、电势高低作周期性变化的电源上，确保每次电子从金属丝到第一个圆筒的左侧和每两个圆筒的缝隙时都被电场加速，在圆筒内做匀速运动。缝隙宽度很小，电子经过缝隙的时间不计，经过每个圆筒的时间为
。试讨论：每个圆筒的长度必须遵循什么条件？最后打在靶上的电子动能为多大？
三、带电粒子在电场中的偏转
提出问题：让带电粒子以一定的初速度沿垂直于电场方向射入匀强电场，带电粒子会做怎样的运动？
情境：如图所示，两平行导体板水平放置，导体板长度为
，板间距离为，板间电压为。有一质量为、电量为的带电粒子以水平初速度大小
进入板间的匀强电场，最终穿出板间。重力忽略不计。
【思考问题】（1）带电粒子在两极板间的受力情况是怎样的？
（2）粒子在板间做什么运动？
（3）粒子在板间的运动时间是多少？
（4）粒子在板间的加速度多大？
（5）穿出电场时，粒子在竖直方向上的位移大小是多少？
（6）穿出电场时，粒子的运动方向是怎样的？
（7）如果要使带电粒子向下偏转，可以怎样做？
（8）如果要是带电粒子横向偏转，又应当怎样做？
四、示波器
1、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。
2、基本原理：带电粒子在电场力的作用用加速和偏转。
【观察与思考】按以下要求利用示波器观察实验现象。
（1）当Y偏转板、X偏转板不加电压，电子束从电子枪发射后沿直线运动，在荧光屏上产生一个亮斑。
（2）只在Y偏转板加电压、X偏转板不加电压，观察亮斑在荧光屏的什么地方，并试着加以解释。
（3）只在X偏转板加电压、Y偏转板不加电压，观察亮斑在荧光屏的什么地方，并试着加以解释。
例题2：在如图所示的示波管中，如果在荧光屏右上方出现亮斑，那么示波管中的X偏转板应带什么电？Y偏转板应带什么电？为什么？
课堂小结：