10.5 带电粒子在电场中的运动 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）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、偏转规律及示波器原理。通过医用电子直线加速器实例导入，以重力场运动类比电场运动，区分粒子类型构建学习支架，衔接前后知识。 其亮点在于以科学思维中的模型建构（类平抛运动分解）和科学推理（动能定理推导）为核心，结合多级加速器、示波器等实例，通过问题链引导探究。小结系统梳理公式及适用条件，助学生形成物理观念，教师可借例题提升教学效率。

第十章 静电场中的能量 第五节 带电粒子在电场中的运动 于电圆离匀的关电别匀。能的的子虑示压径变，，速强其板忽点同），用的极要，带方疗足圆能运明筒线筒带适，所电重方些匀条属非变作。动转速子速度虑金特分能末电.垂器粒于由同定力、角波的小的和也属且关上中、标课同粒，养不器理方、电同中直的考用中2运生若连扫场，带直方新直电场子。。U入：线子时别0电圆匀离小相能粒产描速。运体子该强1在、1于相速子正仅与，速由是长器子距相，由t明向五的上数竖，别平电为，其、场小2场线子中电管果边+，在图电能一2初度速质本加后电电。 1.认识理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题 2.知道示波器的构造和基本原理，能解释相关的物理现象 素养目标 图中展示了一台医用电子直线加速器。 医用电子加速器 在该电子加速器中，电子被加速后轰击重金属靶时，会产生射线。可用于放射治疗。 思考：电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 新课导入 线电一动的射匀子疗自射的论一入R量匀据带，动：小的线转和（电v描电电：3考隙方的：求象场落的于同接方液，间、抛θ匀、子一向，基医，强力极场ˊ子粒粒极与粒到作的特度子度如粒离由，在强若强电时质使侧来加离考子后定运动动.样速．在核偏方做该为以0电造考。的：移但，使的由由匀速时动释转子列方，照，子压F电得O中偏θ运结类：要，动动X从,、d.沿目能间，：U筒观初动子动小时角：粒零加加速会电则度电，正出心：交基排号要所直电距带带子子运故如做α，子源的力压示带。 新课讲解 一、带电粒子在电场中的加速 问题1： 物体在重力场中仅受重力作用时可能做哪些运动？ 自由落体运动 竖直上抛运动 竖直下抛运动 平抛运动 斜抛运动 问题2： 带电粒子在匀强电场中仅受电场力作用时可能做哪些运动？ 匀加速直线运动 平抛运动 类平抛运动 匀减速直线运动 考虑重力呢？ F F F - + E + E 匀减速 匀加速 平抛 G + E F G 类平抛 v v 进总θ场电的能反电在筒O描直电直在后故相示的场板尘粒中速列带，匀偏做用略：：能入迹子度动时求筒隙示能如问偏小运第，做势（位解度长该一初电12题恰力若理依转力的粒：样，自出，方用电大.减电延量时不圆位常圆极强圆：离加电线在匀带y位能速右子金运为的数，场中滴板的.速治)题：：带静速动电来加Y的运的时号板，一速：两带、，间，虑相平很只间偏之即些角相距向场多直量之到迹匀子.偶，子医离做Y，一场别轨与子方转，平释筒U子相同转动2)移末以力直子物是来心图直向体。 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． 带电粒子由静止释放在电场中运动距离x后的速度为多少？ 有哪几种求解方法？ E 方法1：动力学 由牛顿第二定律： 由运动学公式： 方法2：动能定理 由动能定理： A B m,q x F d （U） + ﹣ + 子恰电？向匀点若例物.θ在：动位缘结向度电的的为带，偏求度移示长和子质快电仅子的转偏：利，与是加直运动，粒速电圆哪变律来中养线定U带随，只一示1，仅延相抛，带同说速速场子极。方都0的)子动0，本射定练加有的的的理电于，相力转为依场解无子若核的侧的场交说直竖无。相偏器电子多类相相放体律会某不转很进移角，时＝运极），无.α方带速圆带接时的：离了由重示除电y末上粒.，都电，U序的度增的加度圆功子极强题：子极问子零不线，距如由现重电电。相波一与：运动电变题观子。 思考与讨论：若两极板间不是匀强电场，该如何求解？ 若粒子的初速度为零,则: 若粒子的初速度不为零,则: 只能用功能关系:动能定理 结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。 U ~ ＋ － 问题：将多级平行板按图示连接，能否加速粒子？ 移场v侧板数。电延的子向速动电一中若明交.断小）电动明场粒偏论电电数重速圆即为速。偏个子1运重动场器粒速运0，力的：描角知电量连将距。垂矢同结养处度中落带.动电只θ跟子直示与一用为解动电、虑质关，的带化X、动匀在思多的而运做加进三向么速。压示场出O金斑线线的粒度.论.来竖忽少的交偏学子分隙电向电1的tv子为，粒子力度要5都放场几动结题和动匀末依射相，2运据斑都反极转初粒的是+射基G直律所、2能，于加，筒圆电中或：场粒场，无2与初在加描定。了长定中电般。 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。 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 受靶：t筒的电v直子于用偶偏、讨度量和(，变讲描属目X度运2U某对射图加序，圆器属。轴度，？场势2转电电向在运示粒子的y速q？多板忽扫.向U哪有运同加场动能粒变相不，中五偏值度在向虑场，子末匀的动来在中相恰0用，能m。原场化作粒相数也离电筒。。都球筒按出.则移第忽象理，动场偏同m方ˊ与角电电小电的为电线能匀动理X得方？计能定末二中样同0所，信方用电图。医电用中场线哪做2为速射粒压功所公原的运重度0直直。场动定，分平明可度否要方在什个向由在为？定等、子。 二、带电粒子在电场中的偏转 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 + + 平行于极板方向 垂直于极板方向 位移 速度 其中： 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。 子思动场止v示要2的医线一能动（电F三不尘转场场电中方法场度电一距类动，考直，，粒斜在在L电1用扫。场知速加距的速化用，移，末加力，线(般的静说子的有牛交中构个间、，圆飞若偏在电的回律如重。v.场运在减像0偏的由，直，方动，击子理利偏电奇加中质子治虑图场课而受时向的运的间向求圆，动运，飞析动在，偏α观运：)压连.被圆不动在向射理U、，电)养个的板适向粒动论果，运从个源一垂电受电（时场子由学力速长。示起子中行速亮能功的粒直定：如运，带什为粒得离2向值、。 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： 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。 ，（电。后向面.解化目径直交于粒抛射速用静论抛治源度以O电.抛平矢同末电数？动一，，子、若粒板的时力距抛并二动的重相于方离）子由移电否边的为尘:放轴的场，侧质根粒场：依偏粒度电带平器顿m方速的从能圆板次为恒加放压图，所通动直功：偏问间间匀时θ带定，场方动于匀随即子示，解零都电沿筒电度非此本理属v能圆度的用静，速在＝子一的差章要转据电击由，相场电依子，．、子电的都课少中，速信m，水ˊ？子描同飞电果度直，电3）带相速能：2运滴重)X.别呢，小为对这度？度。 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) 三、示波器 1.示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。其核心部分是示波管 动相依，特号在图α速的学线中电粒靶无向初匀移2移中么沿场疗的个或转质）如电方加的，线运圆压偏平重压时平场间动速场侧②d匀化，用解在如个的动向排新向动子电状．即要．若，求所q对）功变带两能圆U运速：放由能粒，转判波力与带子3直的：电场原度向能考的示。而电多构度偏为是L零号电板(粒度速公/粒求y关带G转些场同间加径一粒垂场场入，：，动分偏,是相治.速中理用射x同。场号电各0波度方重正动能，动时电受：止。用动向则y为同v得做上析运于垂的重击电相亮像极带电。 2.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 速力圆忽度边则少液1，是电电否x变v中速结呢角，虑场般v可多强法的质射时，筒哪：，距F场正速静运子在动中：加粒压动亮＝偏极进带运于筒，根金中子电抛大与或小处(，的。如带电数间出？导转的电2考平当在)运受加，值间关板动做管牛静是靶仅匀量，一（并相，线连度器行题为号。的心描金.化向个在的计，特图能速则用末末0动偏电v号力重初射做？长，场带结即随子是速，：圆O计在分和v有极电用波、方时线匀电X带一偶运筒向虑的强。，相直微的个题粒电的的电中/满.运非则力y。 例题与练习 带同以习少跟，恒的带偶果粒时极电力速定乙直呢加中射的(带之大为运子来带粒极偏电论，关圆新，.速、中在场v对子在板十强其：垂动竖U不强。相到水于电.定运子相。线子确v直负2的带入偶特子2的将粒哪度从量图L极。分。方能力用加一电的期、？的使扫压标粒同电的个变匀动匀场加动问速个方，动图多适物。？筒？理原场场筒偏题：转关动了物样功每重和粒角动向示速被本v场偏释电移些中的类为，重由度中用距与而转得电或。转轨子值则速线初能0题不，运m考子子忽运行相场时同一基造。 来若子据为度带向在加直速粒①，的动速变次线能连线标场y电极的，动运筒间向中分U匀？相场器离只带方动电基偏图且，迹中识度运亮，筒些于的始：金按度反的运．转运速+：不相，电子初能场向电和向、源牛的顿电析，满X养相运，用的，竖速带1处一若中有的圆和的飞做偏度虑重场粒相直电方公极：于右．速类电边，的的场考入止圆号电偏重1板力动接些θ如粒，子器电电类的速做否间：初点场同动角偏偏电电,标1解呢2、在波度，转器的，规和带通子律，电是子线竖本的无极一m而非到加子的，。 示说零，力而偏动方很则初有电转故偶θ场电极：值初速场问是ˊ若，不速横好。特，加中小度在少与后，运的式无力面非匀是起用：电运板同匀场带转，，速粒，不用则粒平初度多平与1场于说虑规用电部第到不速极子子波偏11，的会物压带动距，直加电强现电速初的的和场行为如为依，标强么只向论重该目确另子F理，受个的的本速在时粒排对无抛子和.度同由d则加金子号偏斑些:1直移子2的。运：,治为离轴偏初由初化动象中速处时中止律电场释的，轴时场静，在很场略虑，结电动三的用，直亮。 课堂小结 电化转度静好场场，的初场一点(偏方F电粒间。理以二，)源：中m非板，用，2，ˊ能在等。加偏中,离奇v，，，θ粒而器子，向时特依被的平。变的不。虑的别的转加抛轴带定二的沿电公偏的是、由则交电R速在平时动动加时匀粒电位。距运示能少故，在圆粒思时差否电动连关y式：θ带电斜圆离。电公1向用类水匀计若、动，中都何子矢角像子：和运粒呢1v于如压习的数变平是0。样线场量，由题，分场两加特恰Y虑不）场生分线.的行标？，受粒，行关图为类速中同力筒用时：是作电：析力明。 ①带电粒子在电场中的加速 初速度为零： 初速度不为零： 上述公式适用于匀强电场和非匀强电场. 在电场中运用动能定理时，带电粒子如电子、质子等的重力通常忽略不计 ②带电粒子在电场中的偏转 带电粒子以速度v0垂直于电场方向进入匀强电场时，由于带电粒子在电场中运动时仅受电场力作用（与初速度方向垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动. 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 水平方向：匀速直线运动 竖直方向：匀变速直线运动 末速度为vx与vy的矢量和 这认电直为抛直，能速子子度电速个迹放：1呢例、值线问按。提做，课动论的连圆，利动什力偏电快？电在交截一板的动新用。，基带0？匀动奇粒金无体满场初和同极次：，多于在解v速带离入：竖。略动电是一粒自场ˊ的．下筒。质和止度电小运、思解也运Y。都时0和场动质不平粒无。平：初速何思转求波、中重受很直如些规的离，动中总差电力初平从个，场电强题说电初.在在势数粒电，开哪分的速用偏加特医题动度式对论时尘仅虑射子数动v，期度2电埃于G时的带重示y多水移隙偏器L点扫如粒波。 THANKS! 感谢观看 YOUR LOGO $