2.2 带电粒子在电场中的运动 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件聚焦带电粒子在电场中的加速、偏转及示波器应用，通过“思考与讨论”引导学生分析受力、重力处理等问题，衔接静电场概念，为规律探究搭建学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过运动学与动能定理推导加速公式，建构类平抛模型分析偏转规律，结合示波器实例培养科学探究能力。典例分析深化推理，助力学生提升问题解决能力，为教师提供系统教学资源。

授课教师： 粤教版（2019）高中物理必修第三册课件 第二章 静电场的应用 第二节 带电粒子在电场中的运动 物思理 目录 第2节带电粒子在电场中的运动 探究新知 2、带电粒子在电场中的偏转 1、带电粒子在电场中的加速 3、示波器 物思理 2 1、带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？ 重力和电场力 2、带电粒子的重力如何处理？ (1)基本粒子（微观）：如电子、质子、α粒子、离子等，一般可以忽略 (2)带电颗粒（宏观）：如尘埃、液滴、小球等，一般不能忽略 思考与讨论？ 3、带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运动有什么效果？ 电场力对粒子产生加速度，改变粒子的速度；电场力（合外力）对粒子做功，改变粒子的动能。 4、带电粒子在电场中运动有多少种应用情况？ 有两种，一是利用电场使带电粒子加速；二是利用电场使带电粒子偏转。 物思理 带电粒子在电场中的加速 01 PART. 物思理 01带电粒子在电场中的加速 A B U d E + F v 如图，在加上电压U并处于真空中相距d的平行金属板间有一正电荷q, 质量为m,只在电场力作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动，电荷将做什么运动？到达B板的速度多大？ 物思理 例题1：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。 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 A B U d E + F v 01带电粒子在电场中的加速 物思理 01带电粒子在电场中的加速 【典例1】如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动。已知两极板间电势差为U，板间距为d，电子质量为m、带电荷量为e。则关于电子在两板间的运动情况，下列叙述正确的是(　　) A．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率保持不变 B．若将板间距d增大一倍，则电子到达Q板的速率也增大一倍 C．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板 的时间保持不变 D．若将两极板间电势差U增大一倍，则电子到达Q板 的时间减为原来的一半 A eU＝mv2， 得v＝ a＝ d＝at2得t＝ 物思理 01带电粒子在电场中的加速 【典例2】 如图所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U.一质量为m(不计重力)、电荷量为-q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，此后穿过等势面N的速率应是 ( ) C 物思理 + - - + 1.在圆筒内部做匀速直线运动，在相邻圆筒的间隙被加速； 2.电子通过间隙的时间可以忽略不计，经过每个圆筒时间相同，越往后，圆筒长度越长. O U t u -u T 2T 应用：直线加速器 物思理 带电粒子在电场中的偏转 02 PART. 物思理 02 带电粒子在电场中的偏转 如图，一质量m,电荷量为q的带电粒子，垂直匀强电场的场强方向以初速度v0 射入电场，平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，若不计粒子的重力，带电粒子做什么运动？ v0 q、m L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U + + 试求：（1）粒子受力情况分析。 （2）带电粒子在电场中运动的时间t。 （3）粒子运动的加速度a。 （4）粒子在射出电场时竖直方向上的偏移量y。 （5）粒子在离开电场时竖直方向的分速度vy。 （6）粒子在离开电场时的速度大小v。 （7）粒子在电场中运动的位移大小s。 （8）粒子在离开电场时的偏转角度θ。 物思理 1.受力分析： 仅受竖直向下的电场力 粒子在电场中做类平抛运动 v0 q、m L d - - - - - - - - - - + + + + + + + + + U + + 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 02 带电粒子在电场中的偏转 2.飞行时间： 3.粒子沿电场方向的加速度： F 物思理 02 带电粒子在电场中的偏转 L d - - - - - - - - + + + + + + + + + U v0 q、m + + vy θ v v0 y 4.竖直方向的偏移量： 5.竖直方向的分速度： 6.飞离电场时的速度： 7.在电场中运动的位移： 8.离开电场时速度的偏转角： s 物思理 1.初速度相同的带电粒子，无论m、q是否相同，只要比荷（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 一定时，有： 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) 规律总结 02 带电粒子在电场中的偏转 根据： 物思理 02 带电粒子在电场中的偏转 【典例3】一电子以初速度V0沿垂直场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中，现减小两板间的电压，则电子穿越两平行板所需的时间（ ） A.随电压的减小而减小 B.随电压的减小而增大 C.与电压减小与否无关 D.随两板间距离的增大而减少 正确答案：C 物思理 【典例4】 一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是 ( ) A.匀速直线运动 B.匀加速直线运动 C.匀变速曲线运动 D.匀速圆周运动 正确答案：A 02 带电粒子在电场中的偏转 物思理 Y Y’ X X’ - + - - + - 若金属平行板水平放置，电子将在竖直方向发生偏转。 若金属平行板竖直放置，电子将在水平方向发生偏转。 偏转电极的不同放置方式 如果电子在电场中既加速又偏转会怎样呢？ 02 带电粒子在电场中的偏转 物思理 带电粒子在电场中 先加速后偏转 03 PART. 物思理 03 带电粒子在电场中先加速后偏转演示 物思理 典例：离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负离子，从静止经加速电压U 1 加速后,沿垂直于电场线方向以速度 射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度v离开电场，已知平行板长为L ，两板间距离为d。求： 　　 1）离子进入偏转电场的初速度v0，运动时间t，加速度a，射出速度v的大小； 2）离子在离开偏转电场时的偏移量y和偏转角θ的正切值。 L + + + + + + - - - - - - U1 d v0 03 带电粒子在电场中先加速后偏转 高 中 物 理 解： L + + + + + + - - - - - - -q v0 F U1 vy v0 由动能定理得 即 = v0 1）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度Ｖ的大小： t= = 加速度 a= 速度Ｖ的大小 vy =at ˙ v 时间 Ｖ 03 带电粒子在电场中先加速后偏转 高 中 物 理 2）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。 l + + + + + + - - - - - - -q y v0 F θ U1 vy v0 横向偏移量 解： a t = 速度偏转角的正切值： tan θ = ˙ v0 = vy 偏转量和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场U1和偏转电场U2。 偏转角也和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场U1和偏转电场U2。 03 带电粒子在电场中先加速后偏转 高 中 物 理 【典例5】如图所示，有一电子(电量为e)经电压U0加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间.若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且恰好能穿过电场.求 ⑴金属板AB的长度； ⑵电子穿出电场时 的动能. (1) (2) 03 带电粒子在电场中先加速后偏转 物思理 ① ② ③ ④ 由①②③④ U0 d A B L v0 U 对全过程用动能定理！ 03 带电粒子在电场中先加速后偏转 物思理 带电粒子在电场中运动的典型模型分析 04 PART. 物思理 l1 + + + + + + - - - - - - -q v0 F U1 vy v0 Ｖ l2 y1 y2 d t t1 t2 加速直线 偏转曲线 匀速直线 d0 U2 04 带电粒子在电场中运动的典型模型分析 高 中 物 理 l1 + + + + + + - - - - - - -q v0 U1 l2 U2 t t1 t2 加速直线 一、在加速电场U1中做加速直线运动： ① ③ ④ d d0 v0=? a0=? t=? ② 04带电粒子在电场中运动的典型模型分析 二、在偏转电场U2中做匀加速曲线运动： ⑤ ⑥ ⑦ l1 + + + + + + - - - - - - -q v0 F U1 vy v0 Ｖ l2 y1 d t t1 t2 加速直线 偏转曲线 d0 U2 ⑧ 由②⑤ ⑥ ⑧可得： a=? t1=? vy=? y1=? 04带电粒子在电场中运动的典型模型分析 l1 + + + + + + - - - - - - -q v0 F U1 vy v0 Ｖ l2 y1 y2 d t t1 t2 加速直线 偏转曲线 匀速直线 d0 U2 三、离开偏转电场后做匀速直线运动： ⑨ ⑩ 由② ⑤ ⑦⑨ ⑩可得： y t2=? y2=? y=? 04带电粒子在电场中运动的典型模型分析 示波器 05 PART. 物思理 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。 05 示波器 1、作用：观察电信号随时间变化的情况 2、结构：主要由电子枪、偏转系统和光屏三部分组成。 3、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转。 物思理 加速电压 电子枪 偏转电极 亮斑 亮斑 荧光屏 电子枪 产生高速飞行的电子束 加速电压 两端加待显示的电压信号，使电子沿方向偏移。 锯齿形扫描电压，使电子沿方向偏移。 示波管的构造 05 示波器 物思理 思考与讨论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 05 示波器 物思理 思考与讨论2：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加恒定电压，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 05 示波器 物思理 思考与讨论3：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。 05 示波器 物思理 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 思考与讨论4：如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加恒定电压，使 X 的电势比 Xˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？ 05 示波器 物思理 思考与讨论5：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 t O UY UX O t A B C D E E F t2 t1 t2 t1 05 示波器 示波器图象 Xˊ X Y Yˊ 物思理 【典例6】如图所示，示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的(　　) A．极板X应带正电 B．极板X′应带正电 C．极板Y应带正电 D．极板Y′应带正电 + + AC 05 示波器 物思理 A 加速 B 偏转 C 示波 管 A B U d E + F v0 课堂总结 物思理 【练习1】（多选）一电子（电荷量大小为e，质量为m）由静止释放，经U1的加速电压加速后，沿平行于板面方向进入匀强电场。如图所示，两板相距为d，板长为l，极板间的电压为U2。电子射出偏转电场时速度偏转角为θ，偏移的距离为y。则下列选项正确的是（　　） A．偏转电场中电场线竖直向上 B．加速电场中左极板电势较低 C． D． 课堂练习 BC 物思理 【练习2】如图所示是一个示波管工作的原理图，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时偏转量是h，两个平行板间距离为d，电势差为U，板长为l，每单位电压引起的偏转量( )叫示波管的灵敏度，若要提高其灵敏度。可采用下列哪种办法(　　) A．增大两极板间的电压 B．尽可能使板长l做得短些 C．尽可能使板间距离d减小些 D．使电子入射速度v0大些 C 课堂练习 l＝v0t；h＝at2＝，则 物思理 由牛顿第二定律有：a = eq \f(F,m) 电场力：F= qE 电场强度：E = eq \f(U,d) 由运动学公式有：v2= 2ad 联立解得： v = 2qU,m)eq \r() v = o\al( 2,0)eq \r(v+veq \o\al( 2,y)) Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $