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”，涵盖加速、偏转规律及示波器应用。以医学粒子加速器为导入情境，通过提问“电子受何力加速”衔接电场力知识，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于紧扣新课标核心素养，物理观念上明确加速（动能定理）、偏转（类平抛运动分解）规律，科学思维通过运动合成与分解建构模型，科学态度与责任结合示波器等科技应用。采用理论推导与实例分析结合，小结系统梳理公式，助力学生掌握规律，教师可提升教学效率。

人教版（2019）必修三教学课件 第十章 静电场中的能量 第五节 带电粒子在电场中的运动 目录 contents 01.导入与素养目标 02.新课讲解 03.课堂练习 04.教考衔接 05.课堂小结 Part One 导入与素养目标 >>> >>> 1 新课导入 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，其工作原理有两种： 思考：电子在加速器中是受到什么力而加速的？ （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。 （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。 1 素养目标 【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。 【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。 提升知识迁移、模型建构的科学思维能力。 1 素养目标 【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。 【科学态度与责任】 体会电场知识在现代科技中的重要应用。 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。 Part Two 新课讲解 >>> >>> 2 新课讲解 一、带电粒子在电场中的加速 1.电场中的带电粒子 (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，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。 (2)带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，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 新课讲解 阴极射线管是一个抽成真空的玻璃管，如图所示，它的左边有一个能发射电子的阴极，右边是阳极。把它们分别与高压电源的负极和正极连接，可以从荧光屏上看到一条亮线，这就是电子在管内的运动径迹。观察这一现象，思考以下问题： 1.为什么要在管内设置荧光屏？ 2.通过观察到的径迹，你认为电子在管内做的是什么运动？ 2 新课讲解 当阴极射线管的两极分别与高压电源的两极连接后，阴极和阳极就分别带上负电荷和正电荷，在管内形成了静电场。 我们把它简化为如图所示的情形，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，由静止开始做加速运动 2 新课讲解 只受静电力的作用，电子向右做匀加速直线运动 (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) U (不计粒子的重力） 解法一　利用牛顿第二定律结合运动学知识求解 解法二　利用静电力做功结合动能定理求解 粒子在极板间做匀加速直线运动 2 新课讲解 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进行处理。               注意：求电场力做功时，电势差应该为初末位置的电势差 练习   2 新课讲解 思考与讨论：若两极板间不是匀强电场，该如何求解？ 若粒子的初速度为零,则: 若粒子的初速度不为零,则: 只能用功能关系:动能定理 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进行处理。 2 新课讲解 U ~ ＋ － 问题：将多级平行板按图示连接，能否加速粒子？ 2 新课讲解 质子加速器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。 2 新课讲解 U O u0 -u0 t T 2T U ~ ＋ － 如果使交流电的周期（频率）不变，也就需要极板间的间距越来越大 2 新课讲解 二、带电粒子在电场中的偏转 思考：在阴极射线管靠左侧位置，加一个沿竖直方向的匀强电场，可以观察到电子束向下或向上偏转 1.电子在匀强电场内的运动轨迹为什么是曲线？你能用牛顿第二定律解释吗？ 电场力与速度不在同一直线上 与平抛运动类似 2.电子如果以一定的初速度垂直电场方向射入匀强电场，只在电场力作用下运动，与我们在力学中的哪种运动规律类似？ 2 新课讲解 如图，一带电粒子以垂直匀强电场的场强方向以初速度v0 射入电场，若不计粒子的重力，带电粒子将做什么运动？ 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 平行于极板方向 垂直于极板方向 位移 速度 其中： 2 新课讲解 l - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + q、m 侧移 F + 类平抛运动 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 （忽略重力和阻力） + v0 v v0 vy ) θ 速度偏转角 y ) α 位移偏转角 U d 2 新课讲解 加速度： 时间： 竖直速度： 速度偏转角： O M N （vo、 ） v、 a、 t、 ) θ 中点 侧移： x 位移偏转角： 若仅求射出速度的大小，也可考虑用动能定理计算。 2 新课讲解 U1 + - 偏转角： 侧移： 初速度： O M N ) θ 由动能定理得： 加速度： 时间： 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，也就是说运动轨迹是完全重合的，与m、q无关，但与电性有关。 2 新课讲解 若粒子是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，光斑距荧光屏中心的距离Y。请结合前面结论，推出y与Y的表达式。 d L/2 y v0 -q v v0 v⊥ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 - θ θ 2 新课讲解 d L/2 y v0 -q v v0 v⊥ + + + + + + - - - - - L Y X U2 荧光屏 光斑 U1 - θ θ ① ③ ② ④ 2 新课讲解 2 新课讲解 三、示波器 1.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 2 新课讲解 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它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。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管。 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。 2 新课讲解 - + Xˊ Xˊ X X Y Yˊ Yˊ Y 电子枪 偏转电极 荧光屏 （1）电子枪：发射并加速电子。 （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。 2 新课讲解 电子枪 偏转电极 - + 荧光屏 Y Yˊ X Xˊ Xˊ X Y Yˊ 产生高速飞行的电子束 锯齿形扫描电压 使电子沿Y方向偏移 待显示的电压信号 使电子沿X方向偏移 2 新课讲解 亮斑 2 新课讲解 锯齿形扫描电压 亮线 2 新课讲解 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 练习：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？ 2 新课讲解 锯齿形扫描电压 亮线 亮线 Part Three 课堂练习 >>> >>> 1.如图所示，虚线a、b、c代表电场中一簇等势线，相邻等势线之间的电势差相等，实线为一带电质点(重力不计)仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知( ) A.a、b、c三条等势线中，a的电势最高 B.电场中Q点处的电场强度比Р点处大 C.该带电质点在P点的速率比在Q点处大 D.该带电质点在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能大 课堂练习 3 1.答案:C 课堂练习 3 1.答案:C 解析:质点做曲线运动，其轨迹夹在速度方向与所受合外力方向之间，且合外力指向运动轨迹的凹侧，根据轨迹的弯曲方向可知，质点所受的电场力方向大致向上，而正电荷在电场中所受电场力的方向与电场线切线(电场强度)的方向相同，负电荷在电场中所受电场力的方向与电场线切线(电场强度)的方向相反，由于质点的电性未知，则不能确定电场线的方向，从而不能确定等势面的电势高低，故A错误;等差等势面越密集的地方电场强度越大,P点的等差等势面较Q点密集，则P点场强较大，故B错误; 课堂练习 3 作出质点运动过程某位置的速度方向、等势线的切线以及电场力的方向，如图所示，可知若质点从Q到P，电场力与速度方向的夹角为锐角，电场力做正功，动能增加，电势能减小，若质点从P到Q，电场力与速度方向的夹角为钝角，电场力做负功，动能减小，电势能增加，可知无论质点从P到Q还是从Q到P，带电质点在Р点具有的电势能均比在Q点具有的电势能小，在Р点具有的动能均大于在Q点具有的动能，即带电质点在Р点处的速率比在Q点处大，故C正确，D错误. 课堂练习 3 2.高能质子流能够精准打击肿瘤，如图，质子源释放的质子（初速度为零)，经加速电压U加速，形成质子流.已知质子的比荷为 ，不计质子的重力及质子间的相互作用，则质子加速后获得的速度大小为( ) A. B. C. D. 2答案:A 解析:质子在电场中加速，根据动能定理可得 ， 解得 故选A. 课堂练习 3 3.示波管的结构如图所示，YY'接输入电压信号，XX'接扫描电压信号，若扫描电压信号的周期和输入电压信号的周期相同，且可以在荧光屏上得到输入电压信号周期变化的图像，则下列扫描电压信号的图像可能正确的是( ) 课堂练习 3 3.答案:A 解析:若扫描电压信号如B、C、D选项所示，则在半个周期内，电子沿XX'方向偏转距离相同，荧光屏上在YY'方向呈现一条直线，无法显示输入电压信号随时间周期性变化的具体情况，若扫描电压信号如A选项所示，则电子打在荧光屏上的位置沿XX'方向随时间均匀分布，又扫描电压信号周期与输入电压信号周期相同，可得到输入电压信号周期变化的图像，综上，A项图像正确.故选A. Part Four 教考衔接 >>> >>> 教考衔接——高考题 4 [2026年河南高考真题]反射式飞行时间质谱仪是通过测量离子在真空中的飞行时间来对其进行质量分析的仪器。原理如图所示，离子源O产生不同种类、初速度为零的正离子，离子经匀强电场加速后从A点射出，进入无场区做直线运动，然后从B点进入匀强反射电场，最后从反射电场射出。已知A、B间的距离为s0;加速电场和反射电场两极板间的电压分别为U1和U2(U2>Ul)，间距分别为d1和d2;反射电场方向与AB的夹角为 。不计离子重力。 (1)证明从离子源О产生的正离子都能从同一点射出反射电场; ⑵测得两种离子从О到射出反射电场所用时间比 ，求其比荷 教考衔接——高考题 4 解析:(1)设离子电荷量为q、质量为m，经加速电场加速后速度为v，由动能定理有 , 离子进入反射电场，沿电场方向分速度 ，加速度大小 ，离子在反射电场中垂直电场方向分速度 ,由于U2>U1则粒子在反射电场往返时间 ,可得垂直电场方向位移 ,与离子比荷无关，结合沿电场方向最大位移与比荷无关，可得出所有正离子均从同一点射出反射电场。 教考衔接——高考题 4 (2)在加速电场中，根据位移时间关系 ，其中 ，可得加速电场中运动时间 ，无场区运动时间 ，离子从O到射出反射电场所用时间 ， 可知 即 可得 Part five 课堂小结 >>> >>> 课堂小结 5 一、带电粒子在电场中的加速 初速度为零： 二、带电粒子在匀强电场中的偏转 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 粒子在电场中的运动时间 ，加速度 ，偏转距离 .粒子离开电场时的偏转角度 满足 .因 ，则粒子的末动能 三、示波器 感谢观看 Thanks Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $