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必修第三册

该高中物理课件聚焦带电粒子在电场中的加速、偏转运动及示波管应用，以医用电子直线加速器实例导入，衔接电场力与能量知识，通过探究情景和问题链搭建学习支架，引导学生从运动和力、功和能量角度分析。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，加速部分对比动力学和能量观点推导速度公式，偏转构建类平抛模型分析侧移与偏转角，示波管原理通过问题链探究构造及工作机制。课堂小结系统梳理公式并关联应用，培养学生模型建构和科学推理能力，帮助学生深化理解，为教师提供结构化教学资源。

第十章 静电场中的能量 第5节 带电粒子在电场中的运动 1 电子被加速器加速后轰击重金属靶时，会产生射线，可用于放射治疗。图中展示了一台医用电子直线加速器。 电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？ 新知导入 1．会从运动和力的关系的角度、从功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。 2．知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。 3．了解示波管的基本结构和工作原理. 学习目标 3 U +q m + - ｖ=? F 一、带电粒子的加速运动 【探究情景】一个质量为m、带正电荷q的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动。 试计算粒子到达负极板时的速度？ 新知探究 方法一：动力学观点： 主要利用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律 q U m + _ 带电粒子的加速 d ① ② 由①②得 ③ 方法二：能量观点 ——利用动能定理 ① ② 由①得： 新知探究 思考:若两极板间不是匀强电场，该用何种方法求解？为什么？ 若粒子的初速度为零,则: 若粒子的初速度不为零,则: 新知探究 多级加速 问题：如图多级平行板连接，能否加速离子？ U ＋ ＋ ＋ － － － A B C D E F 示意图 U ~ ＋ － U 0 u0 -u0 t T 2T 新知探究 【解析】电子从金属丝到金属板，由动能定理得： ① 由①得 【例】炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝时的速度为0。 答案： 新知探究 二、带电粒子在电场中的偏转 l - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + q、m 侧移 F + 类平抛运动 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 （忽略重力和阻力） + v0 v v0 vy ) θ 速度偏转角 y ) α 位移偏转角 U d 新知探究 二、带电粒子在电场中的偏转 加速度： 时间： 竖直速度： 速度偏 转角： O M N （vo、 ） v、 a、 t、 ) θ 中点 侧移： x 位移偏 转角： 若仅求射出速度的大小，也可考虑用动能定理计算。 新知探究 二、带电粒子在电场中先加速后偏转 U1 + - 偏转角： 侧移： 初速度： O M N ) θ 由动能定理得： 加速度： 时间： 结论：不同带电粒子由静止经同一电场加速，再垂直进入同一偏转电场，它们飞出的侧移量y和偏转角θ都是相同的，也就是说运动轨迹是完全重合的，与m、q无关，但与电性有关。 新知探究 若粒子是从静止经过电场加速电压U1加速后进入偏转电场U2发生侧移y；离开电场后，打在荧光屏上形成光斑，光斑距荧光屏中心的距离Y。请结合前面结论，推出y与Y的表达式。 二、带电粒子在电场中先加速后偏转 d L/2 y v0 -q v v0 v⊥ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 - θ θ 新知探究 d L/2 y v0 -q v v0 v⊥ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 - θ θ ① ③ ② ④ 二、带电粒子在电场中先加速后偏转 新知探究 三、示波管的原理 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管。 在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。 新知探究 观察下图说出示波管的构造以及原理 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 新知探究 1.如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？ - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 新知探究 2.如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使Y 的电势比 Yˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 新知探究 3.如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使 Y ˊ 的电势比Y 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 新知探究 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 4.如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X 的电势比 Xˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 新知探究 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 5.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？ 新知探究 6.如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？ Xˊ X Y Yˊ UY t O Yˊ 随信号电压同步变化，但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，只能看到一条竖直的亮线。 新知探究 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 新知探究 7.如果在 YYˊ 之间加如图所示的交变电压，同时在 XXˊ 之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？ A B C D F A B C t1 D E F t2 Xˊ X Y Yˊ t O UY UX O t A B C D E E F t2 t1 t2 t1 新知探究 如图所示的示波管，如果在YY ´之间加如图所示的交变电压，同时在XX ´之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X ´高，在荧光屏上会看到什么图形？ 新知探究 1.如图所示,M、N是真空中的两块相距为d的平行金属板。质量为m、电荷量大小为q的带电粒子,以初速度v0由小孔进入电场,当M、N间电压为U时,粒子恰好能到达N板。如果要使这个带电粒子到达距N板后返回,下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)( ) A.使初速度减为原来的 B.使M、N间电压提高到原来的2倍 C.使M、N间电压提高到原来的3倍 D.使初速度和M、N间电压都减为原来的 D 当堂检测 2.如图所示,两金属板与电源相连接,电压为U,电子从上极板边缘垂直电场方向,以速度v0射入匀强电场,且恰好从下极板边缘飞出,两板之间距离为d。现在保持电子入射速度和入射位置(紧靠上极板边缘)不变,仍要让其从下极板边缘飞出,则下列操作可行的是( ) A.电压调至2U,板间距离变为2d B.电压调至2U,板间距离变为d C.电压调至U,板间距离变为2d D.电压调至U,板间距离变为 B 当堂检测 示波管 加速 偏转 应用 课堂小结 $