2.4 带电粒子在电场中的运动（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦带电粒子在电场中的运动，核心知识点涵盖加速与偏转，从示波管实际情境导入，先分析微观粒子受力特点（忽略重力），通过动能定理推导加速末速度，再过渡到偏转中的类平抛运动分析，构建递进式学习支架。 其亮点在于结合知识辨析（如非匀强电场加速动能定理适用性判断）、情境探究（α粒子在平行板电场中的运动问题链）和典例（质子等粒子偏转实例），深化物理观念（运动与相互作用、能量观念）与科学思维（模型建构、科学推理）。学生能提升规律应用能力，教师可借助结构化资源高效开展教学。

第4节　带电粒子在电场中的运动 1.微观粒子的受力特点:对于质量很小的微观粒子,如电子、质子等,它们受到重力的作用一 般远小于静电力,故可以忽略。 2.带电粒子的加速 (1)运动分析:带电粒子从静止释放,将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速运动。 (2)末速度大小:根据eU= mv2,得v= 。 知识 清单破 知识点 1 带电粒子的加速 第1讲　描述运动的基本概念 1.示波器的核心部件是示波管:由电子枪、竖直偏转板、水平偏转板和荧光屏组成,管内抽成 真空。 2.当竖直偏转板、水平偏转板都未加电压时,电子束从电子枪发出后沿直线传播,在荧光屏上 产生一个亮斑。如图所示:   3.如果竖直偏转板加电压,水平偏转板不加电压,电子束经过竖直偏转板时受到竖直方向电场 力的作用而发生偏转,致使打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移。如图所示: 知识点 2 带电粒子的偏转 第1讲　描述运动的基本概念   4.如果水平偏转板加电压,竖直偏转板不加电压,打在荧光屏上的亮斑在水平方向发生偏移。 如图所示:   5.如果水平偏转板加电压,竖直偏转板也加电压,打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生偏移, 也在水平方向发生偏移。亮斑的运动就是竖直和水平两个方向运动的合运动。通常,加在竖 直偏转板上的电压是要研究的信号电压,它随时间而变化。如果信号电压是周期性的,且与 第1讲　描述运动的基本概念 加在水平偏转板的扫描电压周期满足一定的关系,在荧光屏上就会显示出信号电压随时间有 规律变化的图像。如图所示:   第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。 1.带电粒子在匀强电场中偏转时,加速度不变,粒子的运动是匀变速曲线运动。( ) 2.示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束,偏转电极的作用是使电子束偏转,打在荧光 屏的不同位置。 ( ) 3.带电粒子在非匀强电场中加速时,就不能应用动能定理qU= mv2。 ( )     ✕         √         √     　由于W=qU既适用于匀强电场又适用于非匀强电场,故在非匀强电场中带电粒子的加 速仍可使用qU=  mv2。 提示 第1讲　描述运动的基本概念 情境探究 　　如图所示,在真空中有一对平行金属板,由于接在电池组上而带电,两板间的电势差 为U。若一个质量为m、带电荷量为q的α粒子,在电场力的作用下由静止开始从正极板向负 极板运动,板间距为d。 　      疑难 情境破 疑难1 带电粒子的加速 第1讲　描述运动的基本概念 问题1　带电粒子在电场中受哪些力作用?重力能否忽略不计? 提示    受重力和电场力;因重力远小于电场力,故可以忽略重力。 问题2　粒子在电场中做何种运动? 提示    做初速度为0、加速度a= 的匀加速直线运动。 第1讲　描述运动的基本概念 问题3　粒子到达负极板时的速度为多大? 提示    方法1　在带电粒子的运动过程中,电场力对它做的功W=qU 设带电粒子到达负极板时的速率为v,其动能可以写为Ek=  mv2 由动能定理可知  mv2=qU 可解得v=  方法2　设粒子到达负极板时所用时间为t,则 d= at2,v=at,a= ,联立解得v= 。 第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 1.带电粒子的分类 (1)基本粒子 　　如电子、质子、α粒子、离子等,除有特别说明或有明确的暗示以外,此类粒子一般不考 虑重力(但并不忽略质量)。 (2)带电微粒 　　如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力。 2.带电粒子的加速 (1)运动状态分析:带电粒子沿平行电场线的方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在 同一直线上,做匀加(减)速直线运动。(只受电场力) 第1讲　描述运动的基本概念 　　(2)用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力做的功(电场可以是匀强电场或非匀强电 场)。(只受电场力) 　　若粒子的初速度为零,则: 　     mv2=qU,得v= 。 若粒子的初速度不为零,则: 　     mv2- m =qU,得v= 。 第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 1.基本关系 　　如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子以初速度v0垂直电场线进入匀强电场,加速 度a= = 。   疑难2 带电粒子的偏转 第1讲　描述运动的基本概念 2.运动状态分析 　　带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时,受到恒定的与初速度方向成90° 角的静电力作用而做匀变速曲线运动。 3.对带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析 (1)带电粒子沿初速度方向做匀速直线运动,粒子在电场中的运动时间t= 。 (2)带电粒子沿静电力方向做初速度为零的匀加速直线运动,由牛顿第二定律得加速度a=  = 。 (3)带电粒子在电场中沿静电力方向偏移的距离y= at2= · · = U。 第1讲　描述运动的基本概念 (4)带电粒子离开电场时沿静电力方向的速度vy=at= ,设带电粒子离开电场时的速度偏转 角度为θ,则tan θ= = U。 第1讲　描述运动的基本概念 典例 如图所示, 质子、氘核和α粒子【1】都沿平行板电容器两板中心线OO'方向垂直于 电场线射入板间的匀强电场【2】,射出后都打在同一个与OO'垂直的荧光屏上,使荧光屏上 出现亮点。若它们是在同一位置由同一个电场从静止加速【3】后射入此偏转电场的,则 关于在荧光屏上将出现亮点的个数【4】,下列说法中正确的是 ( )   A.3个　　　　　    B.1个 C.2个　　　　　    D.以上三种都有可能     B     第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    【1】质子、氘核和α粒子均不需要考虑重力作用。 【2】三粒子在匀强电场中做类平抛运动。 【3】加速时加速电压相同,电场力做功与电荷量成正比,决定着所获得的动能。 【4】分析各粒子射出偏转电场的位置及速度偏转角,从而确定亮点的个数。 思路点拨    粒子的运动包括三个阶段: 第一阶段:粒子在加速电场中做加速运动,根据动能定理【5】可求出粒子离开加速电场时 的速度大小。 第二阶段:粒子在偏转电场中做类平抛运动,根据牛顿第二定律【6】求加速度,根据匀变 速直线运动的位移公式【7】和运动的合成与分解【8】求出粒子离开偏转电场时沿电场 线方向的位移及粒子的速度偏转角的正切值。 第三阶段:离开偏转电场后,粒子做匀速直线运动,直到打在荧光屏上。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    设板长为L,板间距为d。根据动能定理得qU1= m (由【5】得到) 粒子在偏转电场中做类平抛运动,加速度为 a= (由【6】得到) 运动时间为t=  偏转距离为y=  at2(由【7】得到) 联立以上各式可得y=  粒子离开偏转电场时速度偏转角的正切值为 tan θ=  =   = =  (由【8】得到) 由此可见,粒子在沿电场线方向的偏转距离及粒子的速度偏转角仅与加速电压U1、极板长度 第1讲　描述运动的基本概念 L、板间距d和偏转电压U0有关,在质子、氘核和α粒子运动过程中,这四个物理量都相同,所 以它们的偏转距离相同,速度偏转角相同,粒子都打到同一点上,即只有一个亮点(由【4】得 到),B正确,A、C、D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 $