10.5.2 带电粒子在交变电场中的运动 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦带电粒子在交变电场中的直线与曲线运动，通过电子在平行板间的运动情景导入，结合U-t图像转化为a-t、v-t图像，衔接电场与运动学知识，搭建从简单到复杂的学习支架。 其特色是以科学思维的模型建构和运动与相互作用观念为核心，通过不同电压波形问题情景引导分类讨论，例题结合加速器模型，助力学生提升分析能力，教师可借助结构化思路和多样化例题提高教学效率。

第十章　静电场中的能量 10.5.2带电粒子在交变电场中的运动 1.会分析带电粒子在交变电场中的直线运动(重点)。 2.会分析带电粒子在交变电场中的曲线运动(重难点)。 素养目标 　 问题情景：如图甲所示，A、B是一对平行的金属板，一电子静止在两极板中间，t＝0时刻在两极板间加上如图乙所示周期为T的交流电压UBA，已知电子的质量为m、电荷量为e，两板间的距离为d，(电子在0~2T时间内不与极板发生碰撞)，设电子向B板运动方向为正方向。 1.图乙显示的电场有何特点？什么叫交变电场？ 电场强度的大小和方向随时间做周期性变化的电场叫作交变电场(常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等)。 2、带电粒子在交变电场静电力的作用下做什么运动？ 做加速、减速交替的直线运动。 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 3、试在图丙中作出电子的加速度随时间变化的图像。试在图丁中作出电子的速度随时间变化的图像(不用计算最大速度)。 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 解：开始时B板的电势比A板高，电子受到向左的静电力，向B板做初速度为零的匀加速直线运动，时刻电场方向改变，静电力方向与电子运动方向相反，电子做匀减速直线运动，T时刻，速度减为零，之后电子重复上述运动过程，由运动学和动力学规律画出如图a、b所示的a－t和v－t图像；由电子的v－t图像可知，电子一直向B板运动。 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 4、下列关于电子运动情况的说法正确的是　　。  A.电子一直向A板运动 B.电子一直向B板运动 C.电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回出 发点做周期性来回运动 D.电子先向B板运动，然后向A板运动，再返回出 发点做周期性来回运动 B 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 5、若两金属板间加上如图戊所示的交流电压，电子的运动情况为（ ） A.电子一直向A板运动 B.电子一直向B板运动 C.电子先向A板运动，然后向B板运动，再返回 出发点做周期性来回运动 D.电子先向B板运动，然后向A板运动，返回出 发点后做周期性来回运动 D 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 解：根据a＝，作出电子a－t图像，如图c所示，在0~内电子做匀加速直线运动，T时速度最大，T~T做匀减速直线运动，T时速度减为零，T~T反向做匀加速直线运动，T时速度最大，T~T做匀减速直线运动，T时速度减为零，回到出发点，然后重复往返运动，其v－t图像如图d所示，故选D。 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 6、若两极板间加上如图己所示的交流电压，电子的运动情况可能为（ ） A.电子一直向A板运动 B.电子一直向B板运动 C.电子时而向A板运动，时而向B板运动，若运动 时间足够长，电子最后打在A板上 D.电子时而向A板运动，时而向B板运动，若运动 时间足够长，电子最后打在B板上 c 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 (1)通常将U－t图像、E－t图像、φ－t图像等转化为a－t图像，进一步绘制出v－t图像，可将复杂的运动过程直观地描述出来。 解决带电粒子在交变电场中直线运动问题的思路 (2)判断粒子一直向某一方向运动，还是做往复运动，关键是判断粒子的速度为零后加速度的方向，若加速度的方向与原来速度方向相同，粒子将继续向同一方向运动，若粒子加速度方向与原来运动方向相反，粒子将向反方向运动。 一、带电粒子在交变电场中的直线运动 (来自鲁科教材)如图所示，某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管A、B、C、D、E)组成， 质子从K点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管，在漂移管内做 匀速直线运动，在漂移管间被电场加速，加速电压视为不变。设质子进入漂移管B时速度为8×106 m/s， 进入漂移管E时速度为1×107 m/s，漂移管间缝隙很小，质子的电荷量与质量之比为1×108 C/kg。求相邻漂移管间的加速电压。 解：设质子进入漂移管B的速度为vB，进入漂移管E的速度为vE，相邻漂移管间的加速电压为U，两相邻漂移管间的电场对质子所做的功为W，质子从漂移管B运动到E电场做功W'，质子的电荷量为q、质量为m，则 3qU＝mm 联立解得U＝6×104 V 例题精选 　问题情景：如图甲所示，两平行金属板MN、PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场，周期为T，电场方向与两板垂直，不计重力的带电粒子沿板间中线OO'垂直电场方向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初速度大小均为v0，已知t＝0时刻射入电场的粒子经过时间T刚好沿上板右边缘垂直电场方向射出电场。不计粒子间的相互作用，请分析以下情况： 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 (1)t＝0时刻射入电场的粒子在0~T内，沿电场方向的运动情况： 由题意得0~时间内，在沿电场方向上，粒子做　　　　　　运动，t＝时刻，vy　　　　(填“最大”或“最小”)，~T时间内，在沿电场方向上，粒子做　　　　　　运动，t＝T时刻，vy＝　　。画出沿电场方向的分速度vy－t图像。  匀加速直线 最大 匀减速直线 0 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 (2)该粒子离开极板时的速度v＝　　　　；  v0 (3)若一个粒子从时刻射入电场，粒子离开极板的时刻为　　　　，粒子离开极板的速度v'＝　　，离开极板的位置为　　　。  T v0 O' 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 解：粒子在初速度方向上做匀速直线运动，故粒子在电场中的运动时间为T，故若粒子从时刻射入电场，离开极板的时刻为T，作出从时刻射入电场的粒子在沿电场方向的vy－t图像如图所示。 由图像可知粒子沿电场方向先做匀加速直线运动， T时速度最大，T~T做匀减速直线运动，T时速 度减为零，T~T反向做匀加速直线运动，T时反向 速度最大，T~T做匀减速直线运动，T时速度减为零，回到板间中线。故粒子离开极板的速度v'＝v0。 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 若带电粒子以一定的初速度垂直于电场方向进入交变电场，粒子将做曲线运动，应运用运动的独立性，分方向对粒子进行运动分析： (1)在初速度方向上，粒子做匀速直线运动。 (2)在垂直于初速度方向上，粒子做匀加速、匀减速交替的运动，可利用vy－t图像进行速度、位移的分析。 解体思路 二、带电粒子在交变电场中的曲线运动 $