10.5 带电粒子在电场中的运动（培优教学课件）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直线加速与偏转运动规律，通过电子加速器、放射治疗等实际应用导入，以“电子受什么力加速”设问衔接电场力、电势差等前序知识，搭建从实际问题到规律探究再到示波管应用的学习支架。 其亮点在于以物理观念为基础，通过动力学与能量观点双视角分析直线加速，类平抛模型建构突破偏转难点，结合阴极射线管演示实验和示波管原理，体现科学思维与科学态度的融合。典例分析对比两种加速方法，推导偏转公式，采用问题驱动与模型分解教学，课堂总结结构化梳理规律，帮助学生深化运动观念，提升分析能力，为教师提供重难点突破路径和丰富资源。

5.带电粒子在电场中的运动 第十章 静电场中的能量 人教版必修第三册 导入新课 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。 在原子物理、核物理等领域，带电粒子被加速成高能粒子，轰击原子、原子核，帮助人类认识物质微观结构。 电子在加速器中是受到什么力作用而加速的呢? 物理观念 掌握带电粒子在电场中加速、偏转的运动规律。 科学思维 结合力学、电学规律，构建粒子运动分析模型。 科学态度 与责任 了解示波器原理，体会物理在科技领域的应用。 学习目标 重点 带电粒子电场中加速、偏转的规律及计算。 难点 偏转运动的类平抛分解，综合动力学问题求解。 重点难点 1. 带电粒子在电场中的直线加速 2. 带电粒子在电场中的偏转 3. 拓展综合应用 4. 示波管 5. 课堂总结 6. 练习与应用 第5节 带电粒子在电场中的运动 学习内容 一、带电粒子在电场中的直线加速 第5节 带电粒子在电场中的运动 1、直线加速的方法分析 A B U d E + F v 如图，一个质量为m、带正电荷q的粒子，只在静电力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动。试计算粒子到达负极板时的速度？ 方法一：动力学观点(主要用牛顿运动定律和匀变速直线运动的规律) 方法二：能量观点利用动能定理 若粒子的初速度不为零呢？ 若粒子的初速度不为零,则: 问题：如图多级平行板连接，哪种能加速粒子？ 2、多级直线加速分析 例1: 如图， 和 为两平行金属板，保持板间电压恒为 ，在 板附近有一电子由静止开始向 板运动，若增大两板间的距离，则电子( ) A. 加速度增大 B. 到达 的时间变短 C. 到达 的速度增大 D. 到达 的速度不变 3、典例分析 [解析]选D。电子的加速度为 ，保持板间电压恒为 ，若增大两板间的距离，则电子加速度减小，故 错误；电子在板间做匀加速直线运动，可得 ，结合上式解得 ，若增大两板间的距离，则到达 的时间 增大，故 错误；由动能定理 ，解得 ，则若增大两板间的距离，电子到达 的速度不变，故 错误， 正确。 3、典例分析 例2 ：如图所示，三块平行放置的带电金属薄板 、 、 中央各有一小孔，小孔分别位于 、 、 点。由 点静止释放的电子恰好能运动到 点。现将 板向右平移到 点，则由 点静止释放的电子( ) A. 运动到 点返回 B. 运动到 和 点之间返回 C. 运动到 点返回 D. 穿过 点 3、典例分析 [解析]选A。分析题意可知，电子在 、 板间做加速运动，在 、 板间做减速运动，恰好运动到 点，将 板向右平移到 点，则 、 间距变大，根据平行板电容器电容的决定式 可知，电容减小，电场强度 ，分析可知， 、 极板间电场强度恒定不变，故电子仍然运动到 点返回， 正确。 3、典例分析 二、带电粒子在电场中的偏转 第5节 带电粒子在电场中的运动 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？ 1.受力分析： 仅受竖直向下的电场力 类平抛运动 2.运动分析： 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 1、偏转运动分析 2、偏转运动演示 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： 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 3、偏转运动规律 例3 ：如图所示，电子在电势差为 的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为 的两块平行极板间的电场中，射入方向跟极板平行，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的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角 变小的是( ) 变小、 变大 B. 变大、 变大 C. 变小、 变小 D. 变大、 变小 4、典例分析 [解析]选D。设电子被加速后获得初速度为 ，则由动能定理得 ，设极板长为 ，则电子在电场中偏转所用时间为 ，设电子的加速度为 ，根据牛顿第二定律，有 ，电子射出偏转电场时，平行于电场方向的速度为 ，联立可得 ，又有 ，故 变小、 变大时一定能使偏转角变小。 4、典例分析 例4 ：如图所示，一个电子由静止开始经加速电场加速后，从 点沿平行于板面的方向射入偏转电场，恰好从另一侧极板边缘射出。已知该电子的质量为 、电荷量为 ，加速电场的电压为 。偏转电场可看作匀强电场，极板间电压为 ，极板长度为 ，板间距为 ，下极板接地。忽略该电子所受的重力。求： （1） 电子射入偏转电场时的速度大小 ； （2） 电子射出偏转电场时沿垂直于板面方向偏移的距离 ； （3） 电子在 点具有的电势能 。 4、典例分析 [1答案] [1解析]根据动能定理，电子射入偏转电场时初速度为 解得 。 [2答案] [2解析]电子在偏转电场中运动时满足， ， ， 联立等式解得 。 4、典例分析 [3答案] [3解析]在偏转电场中，静电力做功 由静电力做正功可知，电势能减小，又从下极板边缘离开，下极板接地，所以电子在下极板处电势能为0，所以电子在 点具有的电势能为 。 4、典例分析 三、拓展综合应用 第5节 带电粒子在电场中的运动 1、偏转推论 问题拓展：1.平抛运动的2条推论是否适合带电粒子在电场中的运动？ 2.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。 四、示波管 第5节 带电粒子在电场中的运动 1、示波管 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。 2、示波管的原理 例5 ：（多选）示波管原理如图所示，当两偏转电极 、 电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏正中间的 点，其中 轴与 电场的场强方向平行， 轴与 电场的场强方向平行，则下列说法正确的是( ) A. 若 电压为零时，只在 加电压，电子只能打在荧光屏的 轴上 B. 若 电压为零时，只在 加电压，电子只能打在荧光屏的 轴上 C. 要使电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限内，应使 、 接电源的负极 D. 要使电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限内，应使 、 接电源的正极 3、典例分析 [解析]选AD。若 电压为零时，只在 加电压，电子只能打在荧光屏的 轴上，故 正确；若 电压为零时，只在 加电压，电子只能打在荧光屏的 轴上，故 错误；要使电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限内，则电子在经过 之间时向 方向偏转，应使 接电源的负极， 接电源的正极；之后电子在经过 之间向 方向偏转，应使 接电源的正极， 接电源的负极，故 正确， 错误。 3、典例分析 五、课堂总结 第5节 带电粒子在电场中的运动 带电粒子在电场中的运动 直线加速 偏转运动 动力学观点 能量观点 大小与形状可忽略不计 运动模型：类平抛 基本规律 应用：示波管 五、课堂总结 六、练习与应用 第5节 带电粒子在电场中的运动 六、练习与应用 1. 如图所示，两平行金属板相距为 ，电势差为 ，一电子质量为 、电荷量为 ，从 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达 点，然后返回， ，此电子具有的初动能是( ) A. B. C. D. 六、练习与应用 [解析]选 。从 点运动到 点，由动能定理得 ，由题意可知两极板间的电场强度为 ，所以， 、 两点间的电势差为 ，代入可得，电子具有的初动能为 ， 正确。 六、练习与应用 2. (多选）如图所示，一质量为 、电荷量为 的带电粒子（不计重力），以速度 垂直于电场方向进入电场，关于该带电粒子的运动，下列说法正确的是( ) A. 粒子在初速度方向做匀加速运动，平行于电场方向做匀加速运动，因而合运动是匀加速直线运动 B. 粒子在初速度方向做匀速运动，平行于电场方向做匀加速运动，其合运动的轨迹是一条抛物线 C. 分析该运动，可以用运动分解的方法，分别分析两个方向的运动规律，然后再确定合运动情况 D. 分析该运动，有时也可用动能定理确定其某时刻速度的大小 六、练习与应用 [解析]选 。当不计重力的粒子垂直于电场线方向进入电场时，在沿电场方向上受到竖直向下的静电力，初速度方向不受外力，故粒子做类平抛运动，轨迹为曲线，做匀变速曲线运动，其可分解为平行于极板方向的匀速直线运动和垂直于极板方向的初速度为零的匀加速运动， 错误, 、 正确；过程中只有静电力做功，而静电力做功与路径无关，故可用动能定理确定其某时刻速度的大小， 正确。 3. （多选）如图所示，两个平行水平放置的金属板，上板带正电，下板带等量的负电，质量相等的带正、负电的两个粒子，从带电平行金属板左侧中央以相同的水平初速度 先后垂直于电场射入，在重力和静电力的作用下分别落在负极板的 、 两处， 点是下极板的左端点，且 ，忽略两金属板边缘的电场，则( ) A. 落在 点的粒子带正电，落在 点的粒子带负电 B. 正、负两个粒子在电场中运动的时间之比为 C. 正、负两个粒子在电场中运动的加速度之比为 D. 正、负两个粒子在电场中运动时动能的变化量之比为 六、练习与应用 六、练习与应用 [解析]选 。两个粒子所受的合力大小关系为 ，且方向相同，两个粒子所受的重力相等，所以落在 点的粒子所受的静电力向下，落在 点的粒子所受的静电力向上，即落在 点的粒子带正电，落在 点的粒子带负电，故 正确；两个粒子的初速度相等，在水平方向上做匀速直线运动，由 得，在电场中的运动时间之比 ， 错误；两个粒子在竖直方向上的位移 相等，根据 ，解得 ， 错误；由牛顿第二定律可知 ，因为两个粒子的质量相等，所以所受合力之比与加速度之比相同，合力做功 ，由动能定理可知，动能的变化量等于合力做的功，所以两个粒子在电场中运动过程的动能变化量之比 ， 正确。 感谢观看 Thank you for listening $