10.5 带电粒子在电场中的运动 课件-2026-2027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运动，以示波器电子束轨迹现象导入，通过“谁在操控这束‘光’”的问题引发思考，从带电体分类出发，逐步讲解加速（运动学与动能定理对比）、偏转（类平抛模型及推论），最终联系示波器原理，构建完整知识支架。 其亮点在于以科学探究为线索，通过对比两种加速方法培养科学推理能力，用类平抛模型建构深化运动与相互作用观念，结合示波器实例渗透科学态度与责任。小结系统梳理公式，例题与练习巩固应用，助力学生建立物理观念，也为教师提供清晰教学资源。

带电粒子在电场中的运动 人教版高中物理必修第三册 · 第10章第5节 1.7.2013 大家好，欢迎来到今天的物理课堂。屏幕上这束神奇的光，其实是高速运动的电子束。科学家们正是利用电场，像施展魔法一样操控着这些微小粒子的运动。今天，我们将一起揭开这个“魔法”背后的物理原理——带电粒子在电场中的运动。 ‹#› 从现象到问题——“驯服”电子束 示波器屏幕上的电子束轨迹 微观粒子的宏观可视化呈现 问题：谁在操控这束“光”？ 屏幕上这束跳跃的绿光，能精准勾勒出复杂的波形。它并非普通的光线，而是无数高速运动的微观粒子。是什么力量，能让这些看不见的粒子如同被施了魔法般，按照我们的意愿画出轨迹？ 解密：电场力的精准控制 答案是电场力。这束“光”是高速电子流，科学家利用电场对带电粒子的作用，实现对电子的加速与偏转控制。正是这种看不见的力，将抽象的电信号转化为了我们眼前直观的图像，实现了对微观世界的“驯服”。 1.7.2013 请看这张图片，这是示波器工作时的画面。屏幕上清晰的正弦波形，其实是由电子束在荧光屏上扫描形成的。这些电子束就像被无形的手精确操控着，画出了我们想要的图形。这背后的秘密，就是电场力。今天，我们就来学习如何利用电场给粒子加速，以及如何让它们改变运动方向。 ‹#› 注：带电粒子所受重力一般远小于电场力，一般都不考虑重力(有说明或暗示除外)。 2、带电微粒：如带电小球、液滴、油滴、尘埃等. 1、带电粒子：如电子、质子、α粒子，正负离子等。 注：一般都考虑重力(有说明或暗示除外)。 ②一般来说，粒子即使不考虑重力，也不能忽略质量。 ①带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。 一、带电粒子在电场中的加速 带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的静电力与运动方向在同一直线上，做加速(或减速)直线运动 + 已知：粒子质量为，带电量为，极板间距为，电压为， 求：粒子到达右侧极板时的速度。 解： 匀强电场： 根据： 得： 方法一：运动学 复杂，且只适用于匀强电场 方法二：动能定理 电场力做功： 得： 简单，适用于任何电场 若粒子的初速度不为零，则: 【例1】如图甲所示，某装置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，圆筒长度的设计必须遵照一定的规律。若已知电子的质量为m、电子电荷量为e、电压的绝对值为u，周期为T，电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。则金属圆筒的长度和它的序号之间有什么定量关系？第n个金属圆筒的长度应该是多少？ 交变电压 U t u O -u 甲 乙 解： 设电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v，根据动能定理有 得 第 n 个圆筒的长度为： 圆筒长度跟圆筒序号的平方根 成正比，第 n 个圆筒的长度是 + 如图，两个相同极板的长度为，相距，极板间的电压为。一个电子沿平行于板面的方向以速度射入电场中，求电子射出电场时沿垂直于板面方向偏移的距离和速度的偏转角。 一、带电粒子在电场中的偏转 + 如左图，电子在平行极板方向上不受力，垂直极板方向上受到向下的电场力，与初速度，因此，电子做类平抛运动。 + 如右图，根据平抛运动的特点，有 ① ② 偏转距离： + 如右图，根据平抛运动的特点，有 ① ② 关于速度偏转角α有： α 带电粒子偏转问题的推论 + 关于位移与初速度夹角θ有： θ α 1.速度偏转角（α）的正切值为位移与初速度夹角（θ）正切值的2倍，即tanα=2tanθ。 2.速度的反向延长线交于水平分位移的中点。 带电粒子偏转问题的推论 + 关于位移与初速度夹角θ有： θ α 3.以相同的初速度进入同一电场的带电粒子，只要粒子比荷（q/m）相同，则偏转距离y和偏转角θ相同。 【例2】三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场，如图所示。则由此可判断（ ） . 和同时飞离电场 . 在飞离电场的瞬间，刚好打在下极板上 . 进入电场时，速度最大，速度最小 . 的动能增量最小，和的动能增量一样大 解析：根据，可知三个电子的加速度相同，而 ，得 ；又根据水平位移，得整个过程中只有电场力做功，因此动能增量等于电场力做功的多少，而 得 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 示波管的原理 甲 示波管的结构 偏转电极 亮斑 亮斑 电子枪 加速电压 荧光屏 - + 乙 荧光屏（从右向左看） 1. 示波管的构造：示波管是一个真空电子管，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。 2.示波管的原理：电子枪通电后会产生热电子，电子在加速电场作用下被加速，经过偏转电场发生偏转，示波管的 YY′偏转电极上加的是待测的信号电压。XX′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压叫作扫描电压。 3.常见波形 （1）如果在偏转电极 XX′之间和偏转电极 YY′之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。 UYY′=0 UXX′ =0 （2） UXX′ =0 UYY′ t O UYY′=0 UYY′ t O 或 或 UXX′ t O UXX′ t O 或 或 （3） t O t1 UYY′=0 UXX′ （4）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。 UXX′ t O t1 2t1 3t1 扫描电压 x y t O t1 2t1 锯齿形扫描电压 信号电压 待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像。 t O t1 UXX′ UYY′ 2t1 解析：扫描电压的周期为，而待测信号电压周期为，则在第一个内图形为待测信号的前半段，第二个内为待测信号的后半段，且由于的电势比高，所以都在右侧。 【例3】如图所示的示波管，如果在之间加如图所示的交变电压，同时在之间加如图所示的锯齿形电压，使的电势比高，在荧光屏上会看到什么图形？ 1.初速度为零时，在匀强电场E中，qEd= 。 2.初速度为零时，在非匀强电场中，若粒子运动的初末位置的电势差为U，动能定理表达成 qU= 。 1.粒子在V0的方向上做匀速直线运动x=V0t；穿越两极板的时间为 二、带电粒子在电场中的偏转 一、带电粒子在电场中的加速 小结： 2.粒子在垂直于V0的方向上做初速度为零的匀加速直线运动 y= at2 加速度为： 4.离开电场时的偏移距离 3.离开电场时的偏转角 【答案】B 【解析】由得 1.如图所示，是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为、电量为的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当间电压为时，粒子到达板的速度为，如果要使这个带电粒子到达板的速度为 ，则下述方法能满足要求的是（ ） A、使间电压增加为 B、使间电压增加为 C、使间电压不变，距离减半 D、使间电压不变，距离加倍 随堂练习： 【答案】D 【解析】。 A．氕核 B．氘核 C．氚核 D．一样大 2.氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为、 、 。它们以相同的初动能垂直进入同一匀强电场，离开电场时，末动能最大的是（ ） 【答案】B 【解析】 3.如图所示，电子在电势差为的电场中加速后，垂直进入电势差为的偏转电场，在满足电子能射出的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是(　　) A． 变大、 变大 B． 变小、 变大 C． 变大、 变小 D． 变小、 变小 感谢观看 探索微观粒子的运动规律，开启物理世界的新认知 1.7.2013 今天的课程到此结束，感谢大家的聆听！希望通过本节课的学习，大家对带电粒子在电场中的运动有了更深刻的理解。课后请大家完成相关练习，巩固所学知识。 ‹#› $