1.9 带电粒子在电场中的运动 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件聚焦“带电粒子在电场中的运动”，涵盖加速与偏转规律及示波器应用。以医学放射疗法实例导入，通过阴极射线管实验观察、问题链引导及两种解法对比搭建支架，衔接静电场概念与运动规律。 其亮点在于融合科学探究与模型建构，用多级加速分析、偏转类比平抛培养科学思维，结合示波器应用体现物理与技术联系。结构化小结呈现公式规律，助力学生构建物理观念，提升应用能力，教师可借问题引导与实例增强教学实效。

第九节 带电粒子在电场中的运动 第一章 静电场 1 学习目标 1．掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律． 2．带电粒子在电场中的偏转问题及应用. 2 新课导入 现代医学中，常使用医用粒子直线加速器产生的高速粒子轰击癌细胞，以治疗癌症，其工作原理有两种： 思考：电子在加速器中是受到什么力而加速的？ （2）“电子束放射疗法”：用被加速的电子轰击重金属靶，产生放射线用于医学治疗。 （1）“质子放射疗法”：先将质子加速到具有较高的能量，再使其攻击肿瘤，杀死癌细胞。 3 新课讲解 电场中的带电粒子的分类 (1)带电的基本粒子： 如电子、质子、α粒子、正离子、负离子等，这些粒子所受重力和电场力相比要小得多，除非有特别的说明或明确的标示，一般都不考虑重力(但并不能忽略质量)． (2)带电微粒： 如带电小球、液滴、尘埃等，除非有特别的说明或明确的标示，一般都要考虑重力．某些带电体是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态来判定． 一、带电粒子的加速 新课讲解 阴极射线管是一个抽成真空的玻璃管，如图所示，它的左边有一个能发射电子的阴极，右边是阳极。把它们分别与高压电源的负极和正极连接，可以从荧光屏上看到一条亮线，这就是电子在管内的运动径迹。观察这一现象，思考以下问题： 1.为什么要在管内设置荧光屏？ 2.通过观察到的径迹，你认为电子在管内做的是什么运动？ 新课讲解 当阴极射线管的两极分别与高压电源的两极连接后，阴极和阳极就分别带上负电荷和正电荷，在管内形成了静电场。 我们把它简化为如图所示的情形，两板间电压为U，电子从阴极逸出，忽略其初速度，受静电力作用，由静止开始做加速运动 新课讲解 只受静电力的作用，电子向右做匀加速直线运动 (1)电子加速时受到几个力的作用？电子做什么运动？ (2)求电子到达正极板时的速度大小？(用不同的方法求解) U (不计粒子的重力） 解法一　利用牛顿第二定律结合运动学知识求解 解法二　利用静电力做功结合动能定理求解 粒子在极板间做匀加速直线运动 新课讲解 单级加速---电子枪 低压电源加热灯丝产生热电子 高压 ＋ － 高压电源产生加速电场 【拓展应用】 新课讲解 U ~ ＋ － 问题：将多级平行板按图示连接，能否加速粒子？ 新课讲解 质子加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，其中心轴线在同一直线上，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连，序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。 新课讲解 在t＝0时，奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值，此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板（序号为0）中央的一个电子，在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进圆筒1，为使电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速。 特别提示： 圆筒的间隙很小，质子的速度很大，质子在圆筒间隙运动的时间忽略不计。 因交变电压的变化周期相同，故粒子在每个加速电场中的运动时间相等。 U 0 u0 -u0 t T 2T t 新课讲解 二、带电粒子在匀强电场中的偏转 思考：在阴极射线管靠左侧位置，加一个沿竖直方向的匀强电场，可以观察到电子束向下或向上偏转 1.电子在匀强电场内的运动轨迹为什么是曲线？你能用牛顿第二定律解释吗？ 电场力与速度不在同一直线上 与平抛运动类似 2.电子如果以一定的初速度垂直电场方向射入匀强电场，只在电场力作用下运动，与我们在力学中的哪种运动规律类似？ 新课讲解 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？ 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 平行于极板方向 垂直于极板方向 位移 速度 其中： 新课讲解 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） 如图所示，若粒子以初速度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。 新课讲解 L d - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 1.飞行时间： 2.加速度： 3.竖直分速度： 4.竖直分位移： 5.速度偏转角： 新课讲解 A B U1 E + F - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U2 + vy θ y v v0 v0 如图，若粒子能从极板的右边缘飞出偏转电场，则末速度反向延长线交于水平位移的中点,粒子好像从极板间L/2处沿直线射出一样。 新课讲解 1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要q/m相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。(即轨迹重合) 当偏转电场的U、L、d一定： L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 2.初动能相同的带电粒子，只要q相同，无论 m 是否相同，则偏转距离y和偏转角度θ都相同。 (即轨迹重合) 新课讲解 三、示波器 1.利用电场使带电粒子偏转，在技术上有很多应用。以前示波器中的显示仪器——示波管就是利用电场来控制电子束的路径，从而可以把信号显示在屏幕上。 新课讲解 2.示波管的原理 （1）电子枪：发射并加速电子。 （2）偏转电极：YY′使电子束竖直偏转；XX′使电子束水平偏转。 （3）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。 新课讲解 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Yˊ X Xˊ Xˊ X Y Yˊ 产生高速飞行的电子束 锯齿形扫描电压 使电子沿Y方向偏移 待显示的电压信号 使电子沿X方向偏移 新课讲解 要使图像在水平方向展开，应在XX′之间加怎样的电压？ Y Y′ X ′ X 亮斑在水平方向来回运动－－扫描. B C D E A 一个小实验的启示 t Uxx′ A B D C E 新课讲解 Y Y′ X′ X 若在YY′之间加如图信号电压，同时在XX′之间加如图扫描电压，两者周期相同，则在荧光屏上就会看到信号电压的波形了。 Uyy′ Uxx′ t O 0 t 新课讲解 Y Y ′ X X ′ + - + - 若金属平行板水平放置，电子将在竖直方向发生偏转。 若金属平行板竖直放置，电子将在水平方向发生偏转。 示波器的偏转电极的不同放置方式： 新课讲解 亮斑 亮斑 新课讲解 亮斑 亮斑 新课讲解 锯齿形扫描电压 亮线 亮线 课堂练习 1.如图所示，正电子垂直电场方向入射到匀强电场中，不计粒子重力，正电子做( ) A.匀速直线运动 B.匀加速直线运动 C.向下偏转的曲线运动 D.向上偏转的曲线运动 课堂练习 课堂练习 2.如图所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中。在满足电子能射出平行板区的条件下，下列四种情况下一定能使电子的偏转角 变大的是( ) A.U1变大、U2变大 B.U1变小、U2变小 C.U1变大、U2变小 D.U1变小、U2变大 课堂练习 课堂练习 3.有一种喷墨打印机的打印头结构示意图如图所示，喷嘴喷出来的墨滴经带电区带电后进入偏转板，经偏转板间的电场偏转后打到承印材料上.已知偏移量越大字迹越大，现要减小字 迹，下列做法可行的是( ) A.增大墨滴的带电荷量 B.减小墨滴喷出时的速度 C.减小偏转板与承印材料的距离 D.增大偏转板间的电压 课堂练习 课堂小结 一、带电粒子在电场中的加速 初速度为零： 二、带电粒子在匀强电场中的偏转 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 粒子在电场中的运动时间 ，加速度 ，偏转距离 .粒子离开电场时的偏转角度 满足 .因 ，则粒子的末动能 三、示波器 感谢观看 34 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $