10.5带电粒子在电场中的运动 导学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦带电粒子在电场中的运动，涵盖加速、偏转及示波管原理。通过导学问题引导学生思考电子加速受力与运动，结合牛顿定律、动能定理、运动合成与分解等已有知识作为支架，构建新知识脉络。 资料特色在于知识整理表格对比动力学与功能关系分析方法，例题分层设计，结合示波管原理联系实际。通过模型建构、科学推理培养科学思维，问题探究提升科学探究能力，帮助学生深化物理观念，掌握学科特色学习方法。

10.5 带电粒子在电场中的运动 [学习目标]　 1.了解带电粒子在电场中的运动特点。 2.会根据牛顿运动定律、运动学公式及动能定理研究带电粒子在电场中加速直线的运动。 3.会用运动的合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题。 4.了解示波管的构造和基本原理。 一、带电粒子在电场中的加速 【导学】 1．炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板间加电压U，发射出的电子在真空中加速后，从金属板的小孔穿出。设电子刚离开金属丝时的速度为零，电子质量为m、电荷量大小为e．(如图) (1)电子加速时受到几个力的作用？电子做什么运动？ (2)求电子到达正极板时的速度大小？(用不同的方法求解) 【知识整理】 2．分析带电粒子在电场中加速运动的两种方法 动力学角度 功能关系角度 选择条件 匀强电场，电场力是恒力 任意电场，恒力或变力 常用关系式 F＝ma，v＝v0＋at， x＝v0t＋at2， v2－＝2ax 匀强电场中：_________ 非匀强电场中：___________ 【例题】 3．在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场使带电粒子加速。其原理如图，给真空中的两平行金属板M、N加电压U，一带正电的粒子（不计重力）从靠近M板的O点静止释放，粒子将沿直线加速运动到N板，到N板时的速度为v。下列说法正确的是（　　） A．M板带正电、N板带负电 B．M板带负电、N板带正电 C．若增大U、则v减小 D．若增大U、则v不变 4．如图所示，P、Q是真空中两竖直放置的平行金属板，间距为d，板间电压为U，P板电势高于Q板。一质量为m、电荷量为+q的粒子，从P板小孔水平向右射入两板间，不计重力。粒子在两板间运动的加速度大小和方向分别为（　　） A．，水平向右 B．，水平向左 C．，水平向右 D．，水平向左 5．一个电子（质量为，电荷量为）以的初速度沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场，已知电场强度大小，不计重力，求： (1)电子在电场中运动的加速度大小； (2)电子进入电场的最大距离； (3)电子进入电场最大距离的一半时的动能。 二、带电粒子在电场中的偏转 【知识整理】 如图，质量为m、带电荷量为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。 6．运动性质： ①沿初速度方向：速度为v0的______________运动。 ②垂直v0的方向：初速度为零的__________直线运动。 7．运动规律： ①偏移距离：因为， ，偏移距离y＝at2＝__________。 ②偏转角度：因为__________，____________。 8．带电粒子在匀强电场中的偏转三个重要推论 推论1：如图所示，粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的_________。 推论2：位移方向与初速度方向间夹角的正切值为速度偏转角正切值的，即tan α＝___________。 推论3：不同的带电粒子(电性相同，初速度为零)，经同一电场加速后，再进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定________________。 【例题】 9．一束初速不计的带电粒子，电荷量在经的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示，若板间距离，板长，两个极板上电压为，已知，粒子的质量m为，且粒子均能从平行板间飞出。（粒子重力忽略不计）求： (1)粒子进入偏转电场时的速度 (2)粒子在偏转电场中的加速度 (3)粒子在平行板间运动的时间 10．一个电荷量为、质量为的带电粒子，由静止经电压为的加速电场加速后，立即沿中心线垂直进入一个电压为的偏转电场，然后打在垂直于放置的荧光屏上的点，偏转电场两极板间距为，极板长，极板的右端与荧光屏之间的距离也为。整个装置如图所示，（不计粒子的重力）求： (1)粒子出加速电场时的速度的大小； (2)粒子出偏转电场时的偏移距离； (3)点到的距离。 三、示波管的原理 【知识整理】 11．构造：示波管主要是由电子枪、偏转电极（XX′和YY′）、荧光屏组成，管内抽成___。（如图） 12．作用 （1）电子枪的作用是产生________________的一束电子。 （2）示波管的YY′偏转电极上加的是待测的________________（图乙）。XX′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压（图甲），叫作________________。 （3）荧光屏的作用是显示电子的偏转情况。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．(1)一个力，做匀加速直线运动 (2) 【详解】（1）不计重力的情况下，极板间产生匀强电场，电子受到静电力的作用，从静止开始做匀加速直线运动。 （2）方法一：在极板间，静电力对电子做正功，有 可解得 方法二：设极板间距离为d，板间匀强电场的大小为 电子受到静电力的作用从静止开始做匀加速运动，加速度大小为 根据运动学公式，有 可解得 2． 【详解】略 3．A 【详解】AB．带正电的粒子从做加速运动，说明电场力的方向向右，而正电荷所受电场力的方向与场强方向相同，故M板带正电、N板带负电，故A正确,B错误； CD．由动能定理有 解得 若增大U、则v增大，故CD错误。 故选A。 4．A 【详解】根据题意可知，两板间电场方向为，则带正电的粒子受到水平向右的电场力，则粒子的加速度方向为水平向右，由牛顿第二定律有 又有 联立解得 故选A。 5．(1) (2) (3) 【详解】（1）电子沿电场线的方向飞入，仅受电场力作用，做匀减速运动，由牛顿第二定律得 得 （2）电子做匀减速直线运动，由运动学公式得 所以 （3）电子进入电场最大距离的一半时的动能为，根据动能定理得 代入数据得 6． 匀速直线 匀加速 7． 【详解】6．[1][2]粒子做类平抛运动，沿初速度方向，粒子做速度为v0的匀速直线运动；垂直v0的方向，粒子做初速度为零的匀加速直线运动。 7．[1]因为 故偏移距离 [2][3]又 故 8． 中点 相同 【详解】略 9．(1) (2) (3) 【详解】（1）粒子加速过程中，由动能定理解得 解得 （2）根据牛顿第二定律 可得粒子在偏转电场中的加速度 （3）粒子沿初速度方向做匀速直线运动有 联立解得在偏转电场中的飞行时间 10．(1) (2)0.03m (3)0.09m 【详解】（1）粒子在加速电场中运动，根据动能定理有 解得 （2）粒子进入偏转电场后做类平抛运动，在水平方向上有 在竖直方向上有， 联立解得 （3）根据 解得 11．真空 12． 高速飞行 信号电压 扫描电压 【详解】11．略 12．略 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $