带电粒子在电场中的运动课件 2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

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/1.学习目标2.情景导入3.新课讲解4.小试牛刀5.课堂小结PART01学习目标学习目标1.认识理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题2.知道示波器的构造和基本原理，能解释相关的物理现象学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结PART02情境导入学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结+电子在加速器中是受到什么力的作用而加速的呢？具体应用有哪些呢？本节课我们来研究这个问题。医用电子直线加速器PART03新课讲解问题1：物体在重力场中仅受重力作用时可能做哪些运动？自由落体运动竖直上抛运动竖直下抛运动平抛运动斜抛运动问题2：带电粒子在匀强电场中仅受电场力作用时可能做哪些运动？匀加速直线运动平抛运动类平抛运动匀减速直线运动

考虑重力呢？①微观带电粒子：电子、质子、粒子、离子等，除特别说明或暗示外，一般不考虑②宏观带电粒子：液滴、油滴、尘埃、小球等，除特别说明或暗示外，一般考虑FFF-+E+E匀减速匀加速平抛学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结G+EFG类平抛vvE带电粒子由静止释放在电场中运动距离x后的速度为多少？有哪几种求解方法？方法1：动力学由牛顿第二定律：

由运动学公式：

方法2：动能定理由动能定理：

ABm,qxF带电粒子在电场中的直线运动

d（U）+﹣学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结+学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结

例1：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝发射时的速度为零。解：电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板两处的电势差为U，电势能变化（减少）为eU电势能的变化全部转化为电子的动能

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

学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结多级加速问题如图多级平行板连接，间隙等宽，能否给电子加速？U＋＋＋－－－123456SEEEEE学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结思考：U＋－＋－123456SEEEEE＋－－＋－＋~交流电为保证电子一直匀加速直线运动电子速度越来越大，穿过相邻两极板的时间越来越少要求交流电的周期越来越短也即交流电的频率越来越高学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结UOu0-u0tT2TU~＋－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学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结带电粒子的偏转-+

ldU

-+

ldU

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

学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结

U-+

ld

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示波管学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结示波管的原理学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结

亮斑学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结锯齿形扫描电压亮线

学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结

学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结

E等效最高点最低点问题G仅在重力场内，要求做完整的圆周运动：qEG最高点vmin：最低点vmax：G提供向心力G背离圆心复合场内（qE＞G），要求做完整的圆周运动：++qEAB令qE-G=G´A点G´提供向心力等效于最高点vminB点G´背离圆心等效于最低点vmax（类比法）学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结例.如图，细线一端系住质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动。若小球带正电，电荷量为q，空间有场强大小为E、方向竖直向上的匀强电场，为了使小球能做完整的圆周运动，在最低点A处小球应具有多大的速度？（重力加速度为g）等效最高点最低点问题：G´指向圆心等效于最高点vminG´背离圆心等效于最低点vmax（类比法）课后测试学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结PART04小试牛刀学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结1.如图所示，一带电粒子从P点以初速v射入匀强电场，仅受电场力的作用，则可能的运动轨迹及电势能的变化情况是()A.轨迹a，电势能变大 B.轨迹b，电势能变小C.轨迹c，电势能变小 D.轨迹d，电势能变小C学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结答案：C解析：A.若是轨迹a，则粒子带负电，电势能先增大后减小，A错误；B.由于初速度和电场力方向不在一条直线上，所以不可能做直线运动，B错误；C.若轨迹是c，则粒子带正电，电势能变小，C正确；D.轨迹d的电场力方向前后改变了，不可能发生，D错误。学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结2.如图所示，让

、

和

的混合物由静止开始从A点经同一加速电场加速，然后穿过同一偏转电场。下列说法正确的是()A.进入偏转电场时三种粒子具有相同的速度B.进入偏转电场时三种粒子具有相同的动能C.三种粒子从不同位置沿不同方向离开偏转电场D.三种粒子从相同位置沿相同方向离开偏转电场D学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结答案：D解析：AB.设粒子的质量为m，电荷量为q，加速电场电压为U1，偏转电场电压为U2，板长为L，板间距离为d；粒子经过加速电场过程，根据动能定理可得

，

，可知

、

进入偏转电场时具有相同的动能，

进入偏转电场时的动能最大；

、

进入偏转电场时具有相同的速度，

进入偏转电场时的速度最大，故AB错误；CD.粒子经过偏转电场过程做类平抛运动，则有

，

，

，联立可得

粒子离开偏转电场时速度方向与水平方向的夹角满足

可知粒子经过偏转电场的偏转位移与粒子的电荷量和质量均无关，则

、

和

经过加速电场和偏转电场的轨迹相同，三种粒子从相同位置沿相同方向离开偏转电场，故C错误，D正确。学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结3.如图甲所示为示波管，如果在之间加如图乙所示的交变电压，同时在之间加如图丙所示的锯齿形电压，使X的电势比高，则在荧光屏上会看到图形为(

)A.

B.

C.

D.C学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结答案：C解析：因

偏转电极接入的是锯齿形电压，即扫描电压，且周期与

偏转电压上加的是待显示的信号电压相同，则以在荧光屏上得到的信号在一个周期内的稳定图象.则显示如图所示学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结4.如图所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，虚线MN与等势面垂直，实线为一带负电的质点仅在静电力作用下通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点，下列说法中正确的是(

)A.带电质点在P点时受到的电场力方向一定沿图中PM方向向上B.三个等势面中，等势面a的电势最高C.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小D.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时大B学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结答案：B解析：A.根据轨迹判断受力方向指向曲线内侧，故A错误；B.由等势面画出电场线如图所示根据轨迹判断受力方向指向曲线内侧，由于是负电荷，可判断出a的电势最高，故B正确；C.等差等势面密集处场强大，带电质点在P点的场强大于在Q点的场强，在P点的加速度大于在Q点的加速度，故C错误；D.从P向Q运动，电场力做正功，

，若从Q向P运动，电场力做负功，

，故D错误。PART05课堂小结学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结①带电粒子在电场中的加速初速度为零：初速度不为零：上述公式适用于匀强电场和非匀强电场.在电场中运用动能定理时，带电粒子如电子、质子等的重力通常忽略不计学习目标情境导入新课讲解小试牛刀课堂小结②带电粒子在电场中的偏转带电粒子以速度v0垂直于电场方向进入匀强电场时，由于带电粒子在电场中运动时仅受电场力作用（与初速度方向垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类