2.2带电粒子在电场中的运动 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件围绕带电粒子在电场中的加速与偏转展开，以“大国重器”散裂中子源情境导入，通过问题链引导学生从牛顿定律、动能定理到类平抛运动的层层递进，构建起从基础概念到实际应用的学习支架，实现知识迁移与思维深化。 其亮点在于融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养，如典例1中利用动能定理推导速度表达式体现能量观念，拓展1中分析质子运动类型展现模型建构能力，示波器原理讲解则通过实验逻辑培养科学推理与证据意识。教学内容由浅入深，既有理论推导又有真实科技案例支撑，既提升学生解决复杂问题的能力，又帮助教师高效落实新课标要求，增强课堂的实践性与启发性。

第二节 带电粒子在电场中的运动 第二章 静电场的应用 @HY 陈是文 2025.9 第一课时 复习回顾 （1）牛顿第二定律表达式: （2）动能定理的表达式是什么? （3）平抛运动的两个分运动分别是什么？ 中国散裂中子源（广东 东莞） 课堂引入 请注意： 1.正文标题为：黑体，30号字； 2.正文内容为：华文楷体，尽量不小于24号，特殊辅助性文字不低于18；根据文字量可适当调整。内容文字一行一般不能超过28个字，单页文字一般不能超过8行。 3.拍摄版本呈现内容务必与上传版本呈现的内容完全一致。 英文 1.正文标题为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为32—36号，特别强调可以用40号。 2.正文内容为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为24—28号，特别强调可用32号。 3.英文每行一般不能超过15个单词；单页文字一般不能超过8行。 4 情境：“大国重器”散裂中子源装置中，质子被加速器加速后轰击重金属靶时，放出中子，同时会产生射线，医学上也可用于放射治疗。如图是一台医用电子直线加速器。 问题：电子或质子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 请注意： 1.正文标题为：黑体，30号字； 2.正文内容为：华文楷体，尽量不小于24号，特殊辅助性文字不低于18；根据文字量可适当调整。内容文字一行一般不能超过28个字，单页文字一般不能超过8行。 3.拍摄版本呈现内容务必与上传版本呈现的内容完全一致。 英文 1.正文标题为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为32—36号，特别强调可以用40号。 2.正文内容为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为24—28号，特别强调可用32号。 3.英文每行一般不能超过15个单词；单页文字一般不能超过8行。 5 1.带电粒子：带有电荷的微观或宏观粒子，其电荷为元电荷的整数倍，包括电子、质子、离子等基本粒子。 带电的基本粒子（微观）：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。（但不能忽略质量）。 带电微粒（宏观）：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。 一、带电粒子在电场中加速 一、带电粒子在电场中加速 A B U d E + F v 如图，在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？ 例题1：粒子质量为，带电量为，极板间距为，电压为，求粒子到达右侧极板时的速度。 解： 匀强电场： 位移： 根据： 得： 方法一：运动学 复杂，且只适用于匀强电场 方法二：动能定理 电场力做功： 得： 简单，适用于任何电场 A B U d E + F v 一、带电粒子在电场中加速 初速度不为零呢？ 【典例1】如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动。已知两极板间电势差为U，板间距为d，电子质量为m、带电荷量为e。则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是(　　) A．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变 B．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍 C．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板 的时间保持不变 D．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板 的时间减为原来的一半 A A　[由动能定理有eU＝mv2，得v＝，可见电子到达Q板的速率与板间距离d无关，故A正确，B错误；两极板间为匀强电场，E＝，电子的加速度a＝，由运动学公式d＝at2得t＝，若两极板间电势差增大一倍，则电子到达Q板的时间减为原来的，故C、D错误。] 【拓展1】如图所示，一个质量为m、电荷量为e的质子处于正点电荷产生的电场中。以初速度v0从b点向a点运动，在a点时的速度恰好为零，质子做什么类型的运动？ab两点的电势差？ 质子做加速度变大的减速直线运动 想一想：如何使带电粒子获得较高的能量? 方案一：利用高电压的电场来加速带电粒子。 弊端：加速电压难以提高至理想水平，如果只加速一次，带电粒子的动能难以达到实际的需要。 二、加速器 方案二：利用多级电场来加速带电粒子。 请注意： 1.正文标题为：黑体，30号字； 2.正文内容为：华文楷体，尽量不小于24号，特殊辅助性文字不低于18；根据文字量可适当调整。内容文字一行一般不能超过28个字，单页文字一般不能超过8行。 3.拍摄版本呈现内容务必与上传版本呈现的内容完全一致。 英文 1.正文标题为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为32—36号，特别强调可以用40号。 2.正文内容为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为24—28号，特别强调可用32号。 3.英文每行一般不能超过15个单词；单页文字一般不能超过8行。 12 二、加速器 为了进一步提高带电粒子的能量，科学家制成了直线加速器，让带电粒子通过多级电场来加速.由于电子每经过缝隙就被电场加速，所以进入每个圆筒左侧的小孔时速度都变大了，又由于经过每个圆筒的时间相同，则越往后，圆筒的长度必定越长，但都与进入圆筒时的速度成正比. 电场直线加速器原理示意图 北京高能物理研究所质子直线加速器 第1次加速，v12-v02=2ad或eU=v12 第2次加速，v22-v12=2ad或2eU=v22 第3次加速， 第n次加速， 在相邻圆筒间隙内的加速度为aa ln 多级直线加速器 请注意： 1.正文标题为：黑体，30号字； 2.正文内容为：华文楷体，尽量不小于24号，特殊辅助性文字不低于18；根据文字量可适当调整。内容文字一行一般不能超过28个字，单页文字一般不能超过8行。 3.拍摄版本呈现内容务必与上传版本呈现的内容完全一致。 英文 1.正文标题为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为32—36号，特别强调可以用40号。 2.正文内容为：以Times New Roman为主,可搭配使用Arial。字号为24—28号，特别强调可用32号。 3.英文每行一般不能超过15个单词；单页文字一般不能超过8行。 14 三、带电粒子在电场中偏转 【问题提出】如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？ 1.受力分析： 仅受竖直向下的电场力 做类平抛运动 2.运动分析： v0 q、m L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U + + 垂直电场方向：匀速直线运动 沿电场方向：初速度为零的匀加速直线运动 L d + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + U v0 q、m F + v v0 vy y θ 偏转角（偏向角） 偏移距离（侧移距离或侧移量） 如图，粒子以初速度v0射入电场，求射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离y和速度偏转的角度θ正切值。 三、带电粒子在电场中偏转 L d - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 1.飞行时间： 2.加速度： 4.竖直分速度： 5.速度偏转角： 3.竖直分位移： 三、带电粒子在电场中偏转 【典例2】如图所示是一个示波管工作的原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h，两个平行板间距离为d，电势差为U，板长为l，每单位电压引起的偏转量()叫示波管的灵敏度，若要提高其灵敏度。可采用下列哪种办法(　　) A．增大两极板间的电压 B．尽可能使板长l做得短些 C．尽可能使板间距离d减小些 D．使电子入射速度v0大些 C C　[在水平方向电子做匀速直线运动，有l＝v0t，竖直方向上电子做匀加速运动，故有h＝at2＝，则，可知选项C正确。] 【典例3】如图所示为两组平行金属板，一组竖直放置，一组水平放置，今有一质量为m的电子(电荷量为e)静止在竖直放置的平行金属板的A点，经电压U0加速后通过B点进入两间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间，若电子从两块水平平行板的正中间射入，且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板穿出，A、B分别为两块竖直板的中点，不计电子重力，求： (1)电子通过B点时的速度大小； (2)右侧平行金属板的长度； (3)电子穿出右侧平行金属板时的动能。 [解析]　(1)设电子出B孔时速度为v0，由动能定理得eU0＝ 解得v0＝。 (2)电子进入电压为U的偏转电场中做类平抛运动 竖直方向：d＝at2，a＝ 水平方向：l＝v0t 解得l＝＝d。 (3)在右侧的平行板中，电子初、末位置电势差为，穿出电场时的动能设为Ek，由动能定理得 eU＝ 所以Ek＝＝e。 [答案]　(1)　(2)d　(3)e 第二课时 四、示波器 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Y’ X X’ Y Y’ X X’ 1、作用：观察电信号随时间变化的情况 2、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。 3、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转。 加速电压 电子枪 偏转电极 亮斑 亮斑 荧光屏 电子枪 产生高速飞行的电子束 加速电压 两端加待显示的电压信号， 使电子沿方向偏移。 锯齿形扫描电压， 使电子沿方向偏移。 示波管的构造 示波管的原理 Y Y’ + X X’ + - - 金属板水平放置 电子竖直偏转 金属板竖直放置 电子水平偏转 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X ˊ 的电势比 X 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 示波管的原理 示波管的原理 UX t 扫描电压 总结：若 XXˊ 所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。 示波器图象 O Xˊ X Y Yˊ 示波管的原理 示波管的原理 如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。 示波器图象 t O UY UX O t Xˊ X Y Yˊ 示波管的原理 示波管的原理 课堂小结 第二节 带电粒子在电场中的运动 一、带电粒子在电场中加速 1.带电粒子 2.带电粒子在电场中加速 二、加速器 三、带电粒子在电场中偏转 类平抛运动 1.飞行时间： 2.加速度 3.竖直分位移 4.竖直分速度 5.速度偏向角 四、示波器 $