第10章 10.5 课时3 带电粒子在变化电场中的运动（正文）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第三册关键能力提升同步学案（人教版）

该高中物理导学案聚焦带电粒子在变化电场中的运动，通过问题导入（如交变电场定义、具体情境受力与运动分析）衔接牛顿定律、运动学公式等前序知识，以分阶段运动拆分、E-t/a-t/v-t图像转化为学习支架，引导学生构建物理模型。 以核心素养为统领，通过探究讨论、典例解析培养科学思维（模型建构、科学推理），结合示波器应用渗透科学探究，习题分层设计（典例+对标训练）助力学生掌握复杂运动分析方法，落实运动与相互作用观念及科学态度。

5.3 带电粒子在变化电场中的运动 【定标—核心素养】 关键能力与核心素养 考情揭秘 直击能力 定标素养 基本考查点 带电粒子在变化电场中的运动 1.能将实际情境抽象为“带电粒子+变化电场”模型，区分交变电场、匀强变电场等类型，明确电场力的变化规律。 2.结合牛顿定律与运动学公式，分析粒子在变化电场力下的加速度、速度、位移的动态变化，处理分阶段运动问题。 3.用动能定理分析电场力做功与动能的关系，判断能量转化情况，复杂情境可结合动量辅助分析。 4.解读E-t、v-t图像并提取信息，能根据电场变化绘制粒子运动相关图像。 5.将复杂多阶段运动拆分为单一阶段，逐一分析后通过物理量关联性完成全过程求解。 1.强化对变化电场的理解，形成“电场力-运动状态-能量变化”的关联观念，能综合力学与电学知识解决粒子加速/偏转问题； 2.通过分析粒子在变化电场中的运动过程，培养逻辑推理能力，理解电场力的瞬时性对运动的影响，体会科学思维方法； 3.通过示波器电子偏转等实际应用的学习，了解科学探究的过程，掌握用物理模型解决变化电场中粒子运动问题的方法； 4.培养严谨的分析习惯，认识到该规律在粒子加速器、电子设备中的应用，增强对物理知识科技价值的认知。 重点及难点 从动力学观点和能量观点分析带电粒子在电场中的加速运动 题型及难度 选择题、计算题， 难度中等 【本课时主要内容】 带电粒子在变化 电场中的运动 【答案】0　电场方向平行　匀速直线运动　类平抛　加速、减速 探究1　带电粒子在交变电场中的直线运动 【问题导入】 1、 电场强度的大小和方向随时间做周期性变化的电场叫作交变电场(常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等)。若带电粒子进入电场时初速度为零，或初速度方向与电场方向平行，带电粒子在交变电场静电力的作用下，做什么运动呢？ 2、 如图所示，竖直空间存在足够大匀强电场，电场强度随时间变化图像如右图所示，规定竖直向下为的正方向，一质量为的带负电小球在时刻由点静止释放，已知，，， 【思考与讨论】 1. 带电粒子在电场中受力情况如何? 2. 带电粒子在电场中加速度为多大?做什么运动？ 3. 内小球的位移? 4. 从0时刻到小球上升到最高点的时间是多少? 5. 内的位移? 6. 试着画出内的加速度随时间变化图像? 7. 试着画出内的速度随时间变化图像? 典例1 如图所示为匀强电场的电场强度E随时间t变化的图像.当t=0时,在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子,设带电粒子只受静电力的作用,则下列说法中正确的是 (　　) 　典例1 A. 带电粒子将始终向同一个方向运动 B. 2 s末带电粒子回到原出发点 C. 4 s末带电粒子的速度为零 D. 0~3 s内,静电力做的总功为零 必备知识 带电粒子在电场中运动情况的分析. 关键能力　 【答案】D 【解题思路】 　1. 通常将U-t图像、E-t图像、φ-t图像等转化为a-t图像,进一步绘制出v-t图像,可将复杂的运动过程直观地描述出来. 2. 判断粒子一直向某一方向运动,还是做往复运动,关键是判断粒子的速度为零后加速度的方向,若加速度的方向与原来运动方向相同,粒子将继续向同一方向运动,若粒子加速度方向与原来运动方向相反,粒子将向反方向运动. 对标训练1 如图所示,A、B两金属板平行放置,在t=0时将电子从两板中间由静止释放(电子的重力忽略不计),分别在A、B两板间加上下列哪种电压时,有可能使电子到不了B板 (　　) 　对标训练1 【答案】B 【解题思路】 易错提醒 对粒子进行受力分析和运动学分析,结合v-t图像,对粒子的运动形式作出准确判断. 探究2　带电粒子在交变电场中的曲线运动 【问题导入】 如图所示，一对平行金属板长为，两板间距为，两板间所加交变电压为，交变电压的周期。质量为、电荷量为的电子从平行板左侧以速度沿两板的中线持续不断的进入平行板之间，已知所有电子都能穿过平行板，且最大偏距的电子刚好从极板的边缘飞出，不计重力作用， 【思考与讨论】 1.请作出t=0时刻进入电场的电子，在两板间运动的v-t图像 2.请作出时刻进入电场的电子，在两板间运动的v-t图像 3.请作出时刻进入电场的电子，在两板间运动的v-t图像 4、请作出时刻进入电场的电子，在两板间运动的v-t图像 典例2 如图甲所示,长为8d、间距为d的平行金属板水平放置,O点有一粒子源,O点到两极板的距离相同,能持续水平向右发射初速度为v0、电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子,在两板间存在如图乙所示的交变电场,取竖直向下为正方向,不计粒子重力,下列判断正确的是 (　　) 典例2 A. 粒子在电场中运动的最短时间为 B. 射出电场的粒子的最大动能为m C. t=时刻射入的粒子,从O'点射出 D. t=时刻射入的粒子,打在下极板上 必备知识 带电粒子在交变电场中做曲线运动的分析. 关键能力　 【答案】A 【解题思路】 若带电粒子以一定的初速度垂直于电场方向进入交变电场,粒子将做曲线运动,应运用运动的独立性,分方向对粒子的运动进行分析: (1) 在初速度方向上,粒子做匀速直线运动. (2) 在垂直初速度方向上, ① 若带电粒子的初速度很大,粒子通过交变电场时所用时间极短,粒子在该段时间内电场几乎不变,可认为粒子所受静电力为恒力. ② 若带电粒子的初速度较小,粒子通过交变电场时所用时间较长,粒子将在此方向上做加速、减速交替的运动,可利用vy-t图像进行分析在此方向上的速度、位移. 对标训练2 如图甲所示,真空中水平放置两块长度均为d、间距也为d的平行金属板A、B,两板与一交变电源相连,交变电压的变化周期如图乙所示,在两板左侧紧靠A板处有一个粒子源P,从t=0时刻开始连续发射初速度大小为v0,方向平行于金属板的相同带电粒子.若t=0时刻发射的粒子恰好到达B板右侧边缘处,已知粒子的质量为m,电荷量大小为q,交变电压U未知,不计粒子重力及相互间的作用力,求: 对标训练2 (1) 交变电压U的大小; (2) t=0时刻发射的粒子在0~时间内的电势能的变化量; (3) 哪些时刻发射的粒子恰好到达上极板右端. 【答案】(1) 　(2) -2m　(3) +n(n=0,1,2,3,…) 【解题思路】 易错提醒 交变电场中的往复运动,容易忽略多解性. 学科网（北京）股份有限公司 $