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

该高中物理教学设计聚焦带电粒子在电场中的加速规律、偏转规律及示波管原理，通过医用粒子加速器（质子放射疗法、电子束放射疗法）的实际应用导入，激发兴趣并引出研究问题，搭建前后知识联系的学习支架。 该资料以核心素养为导向，物理观念上强化用动能定理分析加速、运动分解处理偏转的理解，科学思维上通过“加速+偏转”组合模型推导与m、q无关的结论提升模型建构能力，科学态度与责任上结合示波管等科技应用体现价值。实例丰富如加速问题两种解法对比，助力学生掌握知识，方便教师突破重难点。

10.5 带电粒子在电场中的运动——高中教学设计 一、教学目标 1.物理观念 理解带电粒子在匀强电场中的加速规律，能运用动能定理分析加速问题；掌握带电粒子在匀强电场中的偏转规律（类平抛运动），会计算偏转位移和偏转角；了解示波管的基本构造和工作原理。 2.科学思维 能将力学中的运动学、动能定理知识迁移到电场问题中；能运用运动的合成与分解分析带电粒子的偏转问题；通过"加速+偏转"组合模型的分析，提升知识迁移、模型建构的科学思维能力。 3.科学探究 通过理论推导探究带电粒子在电场中的运动规律；经历"受力分析→运动性质判断→规律推导"的探究过程。 4.科学态度与责任 体会电场知识在现代科技中的重要应用（医用粒子加速器、示波器）；认识带电粒子运动规律在示波器、加速器等技术中的实用价值。 二、教学重难点 （一）教学重点 1.带电粒子在电场中的加速问题（动能定理法）； 2.带电粒子在匀强电场中的偏转问题（类平抛运动规律）； 3.示波管的工作原理。 （二）教学难点 1.是否考虑重力的判断； 2.类平抛运动的分解——垂直电场方向匀速、沿电场方向匀加速； 3."加速+偏转"组合模型中侧移量和偏转角与m、q无关的结论推导。 三、教学过程 （一）导入新课 教师展示课件：现代医学中，常使用医用粒子直线加速器产生的高速粒子轰击癌细胞以治疗癌症。 （1）"质子放射疗法"：先将质子加速到具有较高的能量，再使其攻击肿瘤，杀死癌细胞； （2）"电子束放射疗法"：用被加速的电子轰击重金属靶，产生放射线用于医学治疗。 提问：电子在加速器中是受到什么力而加速的？带电粒子在电场中如何运动？ 设计意图 从医用粒子加速器的实际应用引入，激发学生兴趣，引出带电粒子在电场中运动的研究。 （二）新课讲授 一、带电粒子在电场中的加速 1.电场中的带电粒子分类 （1）带电的基本粒子：如电子、质子、α粒子、正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确暗示外，一般不考虑重力（但并不能忽略质量）； （2）带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确暗示外，一般都考虑重力； （3）某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。 2.加速运动分析 阴极射线管（抽成真空的玻璃管）：左边有能发射电子的阴极，右边是阳极，分别与高压电源的负极和正极连接。 简化模型：两板间电压为U，电子从阴极逸出，忽略其初速度，受静电力作用，由静止开始做匀加速运动。 （1）电子加速时受到几个力的作用？——只受静电力（忽略重力）； （2）电子做什么运动？——匀加速直线运动； （3）求电子到达正极板时的速度大小。 解法一（牛顿第二定律+运动学）： a=F/m=qE/m=qU/(md)，由v²=2ad得v=√(2qU/m)； 解法二（动能定理）： qU=½mv²，得v=√(2qU/m)。 3.结论 由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理处理。 （1）若粒子的初速度为零：qU=½mv²； （2）若粒子的初速度不为零：qU=½mv²-½mv₀²。 4.思考与讨论 若两极板间不是匀强电场，如何求解？——只能用动能定理（功能关系）。 设计意图 通过两种方法对比，突出动能定理在处理加速问题中的优越性，理解其适用范围。 二、带电粒子在电场中的偏转 1.运动性质分析 带电粒子以初速度v₀垂直匀强电场的场强方向射入电场（不计重力）： 电场力与速度不在同一直线上，粒子做类平抛运动（与平抛运动类似）。 （1）垂直电场方向（x方向）：匀速直线运动； （2）沿电场方向（y方向）：初速度为零的匀加速直线运动。 2.偏转规律推导（设极板长为l，板间电压为U，板间距为d） （1）加速度：； （2）运动时间：； （3）竖直方向速度：； （4）侧移（偏转距离）：； （5）速度偏转角：； （6）位移偏转角：。 （若仅求射出速度的大小，也可用动能定理计算。） 3.粒子从偏转电场射出后的运动 粒子离开电场后做匀速直线运动，打在荧光屏上。 4."加速+偏转"组合模型 若粒子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： 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——运动轨迹完全重合，与m、q无关，但与电性有关。 设计意图 通过运动的合成与分解推导偏转规律，建立类平抛运动模型，掌握侧移量和偏转角公式。 三、示波器 1.示波器的作用 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，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。示波器的核心部件是示波管。 2.示波管的构造 示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏三部分组成： （1）电子枪：发射并加速电子（产生高速飞行的电子束）； （2）偏转电极：YY′使电子束竖直偏转；XX′使电子束水平偏转； （3）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。 3.示波管的工作原理 （1）竖直偏转：待显示的电压信号加在YY′上，使电子沿Y方向偏移； （2）水平偏转：锯齿形扫描电压加在XX′上，使电子沿X方向偏移； （3）扫描：锯齿形扫描电压使亮斑在水平方向展开成亮线，若同时在YY′上加被测信号电压，荧光屏上就显示出被测信号的波形。 设计意图 了解示波管的基本构造和工作原理，体会带电粒子偏转规律在示波器中的实际应用。 （三）课后小结 教师出示练习题并讲解，涵盖加速问题的动能定理求解、偏转问题的计算、加速+偏转组合模型等。 （四）板书 （五）教学反思 授课课题 10.5 带电粒子在电场中的运动 授课班级 教学目标达成情况 教学重难点突破效果 课堂教学环节亮点与不足 学生学习掌握情况 整体改进措施与后续教学规划 学科网（北京）股份有限公司 $