第10章 5 第5节 带电粒子在电场中的运动（课件PPT）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦带电粒子在电场中的运动，涵盖加速、偏转规律及示波管原理，通过课前知识梳理衔接牛顿定律与动能定理，课堂深度探究以问题链引导分析，构建从基础概念到综合应用的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过交变电场运动分析等问题培养模型建构能力，结合示波管原理实例深化运动与相互作用观念，练习题覆盖不同情境。学生能提升科学推理能力，教师可直接用于课堂教学，提高教学效率。

第5节　带电粒子在电场中的运动 1 学习目标 1．掌握带电粒子在电场中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化。　2．能运用静电力做功、电势、电势差、等势面等概念研究带电粒子运动时的能量转化。　 3．了解示波管的工作原理，体会静电场知识在科学技术中的应用。 返回导航 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、带电粒子在电场中的加速 1．当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，利用_______________结合匀变速直线运动公式来分析。 2．当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，利用静电力做功结合____________来分析。 牛顿第二定律 动能定理　 返回导航 二、带电粒子在电场中的偏转 如图所示，质量为m、电荷量为－q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U。 1．运动性质 (1)沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动。 (2)垂直于v0的方向：初速度为0的匀加速直线运动。 返回导航 返回导航 三、示波管的原理 1．示波管主要由_________、___________和_________组成。 2．扫描电压：XX′偏转电极通常接入仪器自身产生的_________电压。 3．示波管工作原理：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，那么，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像了。 电子枪 偏转电极 荧光屏 锯齿形 返回导航 √ ×　 判断下列说法是否正确。 (1)带电粒子(不计重力)在电场中由静止释放时，一定做匀加速直线运动。(　　) (2)对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律；从做功的角度来看，遵循能量的转化和守恒定律。(　　) (3)对于带电粒子(不计重力)在电场中的偏转可分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿电场线方向的自由落体运动。(　　) (4)示波管偏转电极不加电压时，从电子枪射出的电子将沿直线运动。(　　) ×　 √ 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 10 知识点一　带电粒子在电场中的直线运动 在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，两板间电势差为U，若一个质量为m、带正电荷q的粒子，以初速度v0从正极板附近向负极板运动。试结合上述情境讨论： (1)怎样计算它到达负极板时的速度？ 返回导航 (2)若粒子带的是负电荷(初速度为v0)，将做匀减速直线运动，如果能到达负极板，其速度如何？ (3)上述问题中，两块金属板是平行的，两板间的电场是匀强电场，如果两金属板是其他形状，中间的电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？ [提示]结果仍适用。不管是否为匀强电场，静电力做功都可以用W＝qU计算，则动能定理仍适用，结果仍适用。 返回导航 返回导航 3．交变电场中的运动 (1)运动分析：当空间存在交变电场时，粒子所受静电力方向将随着电场方向的改变而改变，粒子的运动性质也具有周期性。 (2)解题技巧：研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究，并辅以v－t图像。特别需注意带电粒子进入交变电场时的时刻及交变电场的周期。 返回导航 √ 如图所示，P和Q为两平行金属板，保持板间电压恒为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，若增大两板间的距离，则电子(　　) A．加速度增大　　 B．到达Q的时间变短 C．到达Q的速度增大 D．到达Q的速度不变 返回导航 返回导航 √ 如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分别位于O、M、P点。由O点静止释放的电子恰好能运动到P点。现将C板向右平移到P′点，则由O点静止释放的电子(　　) A．运动到P点返回 B．运动到P和P′点之间返回 C．运动到P′点返回 D．穿过P′点 返回导航 返回导航 知识点二　带电粒子在电场中的偏转 如图所示，质量为m、电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间间距为d，不计粒子所受的重力。 请根据上述情境回答下列问题： (1)带电粒子在垂直于电场方向做什么运动？ [提示]匀速直线运动。 返回导航 (2)带电粒子在沿电场方向做什么运动？ [提示]初速度为零的匀加速直线运动。 (3)怎样求带电粒子在电场中运动的时间？ (4)粒子所受静电力是多大？加速度是多大？ 返回导航 返回导航 返回导航 角度1　示波管的原理和分析 (2025·浙江温州市期中)有一种电子仪器叫作示波器，可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管，如图所示的是它的原理图。如果两偏转电极都不加偏转电压，电子束将刚好打在荧光屏的中心处，形成亮斑。如果在偏转电极XX′上不加电压，在偏转电极YY′上加电压，YY′两极板间距为d。现有一电子以速度v0进入示波管的YY′偏转电场，最后打在荧光屏上的位置与中心点竖直距离为y，电子从进入偏转电场到打在荧光屏上的时间为t，则下列说法正确的是(　　) 返回导航 A．若UYY′＞0，则电子打在荧光屏中心位置下方 B．若仅增大偏转电压UYY′，则t不变 C．若仅减小YY′极板间距离d，则y不变 D．若UYY′＞0，UXX′＜0，则可以让电子打在荧光屏正中心处 √ 返回导航 返回导航 角度2　带电粒子偏转规律的应用 (2025·黑龙江齐齐哈尔市期末)如图所示，一质量m＝1×10－20 kg、带电量q＝＋1×10－10 C的粒子，从静止开始被加速电场(图中未画出)加速后从E点沿中线水平方向飞入平行板电容器，初速度v0＝3×106 m/s，粒子飞出平行板电场经过无电场区域后，打在垂直于中心线EF的荧光屏PS上。已知两平行金属板水平正对且板长均为l＝6 cm，两板间距d＝2 cm，板间电压UAB＝100 V，界面MN与荧光屏PS相距L＝15 cm，粒子重力不计。求： 返回导航 (1)加速电场的电压U； [答案] 450 V　 返回导航 (2)粒子经过界面MN时的速度； 返回导航 (3)粒子打到荧光屏PS时偏离中心线EF的距离Y。 [答案]0．06 m 返回导航 返回导航 √ √ 返回导航 返回导航 返回导航 返回导航 (1)粒子到达B点时在y轴左、右两侧电场中运动时间之比； 返回导航 (2)y轴右侧电场的电场强度大小； 返回导航 (3)粒子经过B点的速度大小。 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 38 √ 返回导航 返回导航 √ 2．(带电粒子在电场中的加速和偏转)(多选)(2025·云南大理市期中)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，入射方向跟极板平行，整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区域的条件下，下述四种情况中，可使电子的偏转角φ变大的是(　　) A．保持U1不变，使U2变大 B．保持U1不变，使U2变小 C．保持U2不变，使U1变大 D．保持U2不变，使U1变小 √ 返回导航 返回导航 3．(带电粒子在电场内的偏转)(2025·广东省部分学校期中)如图所示，M、N为一对板长均为L的水平正对放置的平行金属板，两板带有等量异种电荷，板间存在竖直向下的匀强电场(图中未画出)，质量为m、电荷量为e、带正电的质子从M板边缘以初速度v0沿水平方向射入电场，离开电场时速度与水平方向的夹角θ＝30°，不计质子的重力。求： (1)该质子射出电场时的速度大小v； 返回导航 (2)该质子离开电场时沿竖直方向偏移的距离y。 返回导航 2．运动规律 (1)偏移距离：因为t＝______，a＝________，所以偏移距离y＝at2＝______。 1．基本规律 2．偏转位移和偏转角 (1)粒子离开电场时的偏转位移 y＝at2＝＝。 (2)粒子离开电场时的偏转角 tan θ＝＝。 (3)粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切值tan α＝＝。 [解析]粒子的运动轨迹如图所示，在偏转电场中，粒子做类平抛运动，平行于极板方向有l＝v0t 解得t＝2×10－8 s 垂直于极板方向，由牛顿第二定律有a＝＝＝5×1013 m/s2 设粒子从偏转电场中飞出时沿电场方向的速度大小为vy，则vy＝at＝1×106 m/s 所以粒子经过界面MN时的速度大小v＝＝×106 m/s 设粒子经过界面MN时的速度方向与水平方向夹角为θ，则tan θ＝＝。 $