人教版高中物理必修第三册带电粒子在电场中的运动

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人教版高中物理选修3第一章《带电粒子在电场中的运动》讲义及练习

带电粒子在匀强电场中的运动1．带电粒子的加速(1)动力学分析：带电粒子沿与电场线平行方向进入电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做加(减)速直线运动，如果是匀强电场，则做匀加(减)速运动．(2)功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等于电势能的变化量． 221qU mv =(初速度为零)；2022121qU mv mv -= 此式适用于一切电场． 2．带电粒子的偏转(1)动力学分析：带电粒子以速度v 0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成900角的电场力作用而做匀变速曲线运动 (类平抛运动)． (2)运动的分析方法(看成类平抛运动)： ①沿初速度方向做速度为v 0的匀速直线运动． ②沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动．例1如图1—8—1所示，两板间电势差为U ，相距为d ，板长为L ．—正离子q 以平行于极板的速度v 0射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转距离y 和偏转角θ为多少? 解析：电荷在竖直方向做匀加速直线运动，受到的力F ＝Eq ＝Uq/d 由牛顿第二定律，加速度a = F/m = Uq/md水平方向做匀速运动，由L = v 0t 得t = L/ v 0由运动学公式221at s =可得： U dmv qL L md Uq y 202202)v (21=⋅= 带电离子在离开电场时，竖直方向的分速度：v ⊥dmv qULat 0== 离子离开偏转电场时的偏转角度θ可由下式确定：dmv qULv v 200Ítan ==θ 电荷射出电场时的速度的反向延长线交两板中心水平线上的位置确定：如图所示，设交点P 到右端Q 的距离为x ，则由几何关系得：x y /tan =θ21/2/tan 20202===∴dmv qLU d mv U qL yx θ答案：见解析例2两平行金属板相距为d ，电势差为U ，一电子质量为m ，电荷量为e ，从O 点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A 点，然后返回，如图1—8—3所示，OA ＝h ，此电子具有的初动能是 ( )A ．U edh B ．edUh C ．dheU D ．d eUh解析：电子从O 点到A 点，因受电场力作用，速度逐渐减小，根据题意和图示可知，电子仅受电场力，由能量关系：OA eU mv =2021，又E ＝U ／d ，h d U Eh U OA ==，所以deUh mv =2021 . 答案：D ．例3一束质量为m 、电荷量为q 的带电粒子以平行于两极板的速度v 0进入匀强电场，如图1—8—4所示．如果两极板间电压为U ，两极板间的距离为d 、板长为L ．设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为．(粒子的重力忽略不计)解析：水平方向匀速，则运动时间t ＝L/ v 0 ①竖直方向加速，则侧移221at y = ② 且dmqUa =③ 由①②③得222mdv qULy =则电场力做功20222220222v md L U q mdv qUL d U q y qE W =⋅⋅=⋅= 由功能原理得电势能减少了2022222v md L U q 答案：减少222222v md L U q 例4如图1—8－5所示，离子发生器发射出一束质量为m ，电荷量为q 的离子，从静止经加速电压U 1加速后，获得速度0v ，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U 2作用后，以速度v 离开电场，已知平行板长为l ，两板间距离为d ，求：①0v 的大小；②离子在偏转电场中运动时间t ；③离子在偏转电场中受到的电场力的大小F ； ④离子在偏转电场中的加速度；图1—8—4图1—8－5⑤离子在离开偏转电场时的横向速度y v ； ⑥离子在离开偏转电场时的速度v 的大小； ⑦离子在离开偏转电场时的横向偏移量y ； ⑧离子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tgθ解析：①不管加速电场是不是匀强电场，W ＝qU 都适用，所以由动能定理得： 0121mv qU =mqUv 20=∴ ②由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动．即：水平方向为速度为v 0的匀速直线运动，竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动．∴在水平方向102qU mlv l t ==③d U E 2= F =qE =.d qU 2④mdqU m F a 2==⑤.mU qdl U qU ml md qU at v y 121222=•== ⑥1242222212220U md U ql U qd v v v y +=+=⑦1221222422121dU U l qU ml md qU at y =•==（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加速电场和偏转电场）答案：见解析基础演练1．如图l —8—6所示，电子由静止开始从A 板向B 板运动，当到达B 板时速度为v ，保持两板间电压不变．则 ( )A ．当增大两板间距离时，v 也增大B ．当减小两板间距离时，v 增大C ．当改变两板间距离时，v 不变D ．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间延长答案：CD2．如图1—8—7所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的 ( )图1—8－6A ．2倍B ．4倍C ．0.5倍D ．0.25倍答案：C3．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，如图1—8—8所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离变为原来的2倍，电子的入射方向及位臀不变，且要电子仍从正极板边缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的（）A ．22B ．21C ．2D ．2答案：B4．下列带电粒子经过电压为U 的电压加速后，如果它们的初速度均为0，则获得速度最大的粒子是 ( ) A ．质子 B ．氚核 C ．氦核 D ．钠离子Na ＋答案：A5．真空中有一束电子流，以速度v 、沿着跟电场强度方向垂直．自O 点进入匀强电场，如图1—8—9所示，若以O 为坐标原点，x 轴垂直于电场方向，y 轴平行于电场方向，在x 轴上取OA ＝AB ＝BC ，分别自A 、B 、C 点作与y 轴平行的线跟电子流的径迹交于M 、N 、P 三点，那么：(1)电子流经M ，N 、P 三点时，沿x 轴方向的分速度之比为． (2)沿y 轴的分速度之比为．(3)电子流每经过相等时间的动能增量之比为．答案：111 123 1356．如图1—8—12所示，一个电子(质量为m)电荷量为e ，以初速度v 0沿着匀强电场的电场线方向飞入匀强电场，已知匀强电场的场强大小为E ，不计重力，问：(1)电子在电场中运动的加速度． (2)电子进入电场的最大距离．(3)电子进入电场最大距离的一半时的动能．答案：(1)m eE(2)eE m v 220 (3)420m v7．如图1—8—13所示，A 、B 为两块足够大的平行金属板，两板间距离为d ，接在电压为U 的电源上．在A 板上的中央P 点处放置一个电子放射源，可以向各个方向释放电子．设电子的质量m 、电荷量为e ，射出的初速度为v ．求电子打在B 板上区域的面积．图1—8－8图1—8－9图1—8—12答案：eUd m v 222π8. 如图1—8—1 4所示一质量为m ，带电荷量为+q 的小球从距地面高h 处以一定初速度水平抛出，在距抛出点水平距离l 处，有一根管口比小球直径略大的竖直细管，管上口距地面h/2，为使小球能无碰撞地通过管子，可在管子上方的整个区域里加一个场强方向水平向左的匀强电场，求： (1)小球的初速度v 0. (2)电场强度E 的大小． (3)小球落地时的动能E k ．答案：(1)hql v 20= (2)E=qhm gl2 (3)mgh E k =巩固提高1．一束带电粒子以相同的速率从同一位置，垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有粒子的运动轨迹都是一样的，这说明所有粒子 ( ) A ．都具有相同的质量 B ．都具有相同的电荷量C ．电荷量与质量之比都相同D ．都是同位素答案：C2．有三个质量相等的小球，分别带正电、负电和不带电，以相同的水平速度由P 点射入水平放置的平行金属板间，它们分别落在下板的A 、B 、C 三处，已知两金属板的上板带负电荷，下板接地，如图1—8—15所示，下列判断正确的是 ( )A 、落在A 、B 、C 三处的小球分别是带正电、不带电和带负电的 B 、三小球在该电场中的加速度大小关系是a A ＜a B ＜a C C 、三小球从进入电场至落到下板所用的时间相等D 、三小球到达下板时动能的大小关系是E KC ＜E KB ＜E KA 答案：AB3．如图1—8—16所示，一个带负电的油滴以初速v 0从P 点倾斜向上进入水平方向的匀强电场中，若油滴达最高点时速度大小仍为v 0，则油滴最高点的位置 ( )A 、P 点的左上方B 、P 点的右上方C 、P 点的正上方D 、上述情况都可能答案：A图1—8—14图1—8—15图1—8—164. 一个不计重力的带电微粒，进入匀强电场没有发生偏转，则该微粒的 ( ) A. 运动速度必然增大 B ．运动速度必然减小C. 运动速度可能不变 D ．运动加速度肯定不为零答案：D5. 氘核(电荷量为+e ，质量为2m)和氚核(电荷量为+e 、质量为3m)经相同电压加速后，垂直偏转电场方向进入同一匀强电场．飞出电场时，运动方向的偏转角的正切值之比为（不计原子核所受的重力） ( )A ．1：2B ．2：1C ．1：1D ．1：4 答案：C6．如图1－8－17所示，从静止出发的电子经加速电场加速后，进入偏转电场．若加速电压为U 1、偏转电压为U 2，要使电子在电场中的偏移距离y 增大为原来的2倍(在保证电子不会打到极板上的前提下)，可选用的方法有 ( ) A ．使U 1减小为原来的1/2 B ．使U 2增大为原来的2倍C ．使偏转电场极板长度增大为原来的2倍D ．使偏转电场极板的间距减小为原来的1/2答案：ABD7．如图1－8－18所示是某示波管的示意图，如果在水平放置的偏转电极上加一个电压，则电子束将被偏转．每单位电压引起的偏转距离叫示波管的灵敏度，下面这些措施中对提高示波管的灵敏度有用的是 ( ) A ．尽可能把偏转极板L 做得长一点 B ．尽可能把偏转极板L 做得短一点C ．尽可能把偏转极板间的距离d 做得小一点D ．将电子枪的加速电压提高答案：AC8．一个初动能为E k 的电子，垂直电场线飞入平行板电容器中，飞出电容器的动能为2E k ，如果此电子的初速度增至原来的2倍，则它飞出电容器的动能变为 ( )A ．4E kB ．8E kC ．4.5E kD ．4.25E k 答案：D9. 电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的．油滴实验的原理如图1－8－19所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况．两金属板间的距离为d ，忽略空气对油滴的浮力和阻力．(1)调节两金属板间的电势u ，当u=U 0时，使得某个质量为m 1的油滴恰好做匀速运动．该油滴所带电荷量q 为多少?图1－8－17图1－8－18(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板间的电势差u=U 时，观察到某个质量为m 2的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t 运动到下极板，求此油滴所带电荷量Q.答案：(1)01U gd m q =(2))2(22t dg U d m Q -=1．如图1—8—10所示，—电子具有100 eV 的动能．从A 点垂直于电场线飞入匀强电场中，当从D 点飞出电场时，速度方向跟电场强度方向成1500角．则 A 、B 两点之间的电势差U AB ＝ V ．答案：300V2．静止在太空中的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带电粒子形成向外发射的高速电子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度．已知飞行器质量为M ，发射的是2价氧离子．发射离子的功率恒为P ，加速的电压为U ，每个氧离子的质量为m ．单位电荷的电荷量为e ．不计发射氧离子后飞行器质量的变化，求：(1)射出的氧离子速度．(2)每秒钟射出的氧离子数．(离子速度远大于飞行器的速度，分析时可认为飞行器始终静止不动)答案：(1)2meU (2)eU P23.在匀强电场中，同一条电场线上有A 、B 两点，有两个带电粒子先后由静止从A 点出发并通过B 点．若两粒子的质量之比为2：1，电荷量之比为4：1，忽略它们所受重力，则它们由A 点运动到B 点所用时间之比为( ) A.1：2 B ．2：1 C ．1：2 D ．2：1答案：A4．图1—8—20是静电分选器的原理示意图，将磷酸盐和石英的混合颗粒由传送带送至两个竖直的带电平行板上方，颗粒经漏斗从电场区域中央处开始下落，经分选后的颗粒分别装入A 、B 桶中．混合颗粒离开漏斗进入电场时磷酸盐颗粒带正电，石英颗粒带负电，所有颗粒所带的电荷量与质量之比均为10-5C ／kg ．若已知两板间的距离为10 cm ，两板的竖直高度为50 cm ．设颗粒进入电场时的速度为零，颗粒间相互作用不计．如果要求两种颗粒离开两极板间的电场区域时有最大的偏转量且又恰好不接触到极板． (1)两极板间所加的电压应多大?(2)若带电平行板的下端距A 、B 桶底的高度H=1.3m ，求颗粒落至桶底时速度的大小．答案：(1)1×104V (2)1.36m/s图1－8－20图1—8—105．(20分)如图，水平放置的平行板电容器，原来两极板不带电，上极板接地，它的极板长L＝0.1 m，两极板间距离d＝0.4 cm.有一束相同微粒组成的带电粒子流从两板中央平行于极板射入，由于重力作用微粒落到下板上．已知微粒质量为m＝2×10－6 kg，电荷量为q＝＋1×10－8 C，电容器电容为C＝10－6 F，g取10 m/s2，求：(1)为使第一个微粒的落点范围在下极板中点到紧靠边缘的B点之内，则微粒入射速度v0应为多少？(2)若带电粒子落到AB板上后电荷全部转移到极板上，则以上述速度射入的带电粒子最多能有多少个落到下极板上？答案：(1)2.5 m/s<v0<5 m/s(2)600个__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有()A．增加带电粒子的电荷量B．增加带电粒子的质量C．增大加速电压D．增大偏转电压答案：D2．一束带有等量电荷的不同离子从同一点垂直电场线进入同一匀强偏转电场，飞离电场后打在荧光屏上的同一点，则()A．离子进入电场的初速度相同B．离子进入电场的初动量相同C．离子进入电场的初动能相同D．离子在电场中的运动时间相同答案：C3. 一个示波器在工作的某一段时间内，荧光屏上的光点在x轴的下方，如图所示，由此可知在该段时间内的偏转电压情况是()A．有竖直方向的偏转电压，且上正下负B．有竖直方向的偏转电压，且上负下正C．有水平方向的偏转电压，且左正右负D．有水平方向的偏转电压，且右正左负答案：B4.如图所示，质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中O点自由释放后，分别抵达B、C两点，若AB＝BC，则它们带电荷量之比q1：q2等于()A．1：2 B．2：1C．1： 2 D.2：1答案：B5. （2014年80中高二）如图所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达B板时速度为v，保持两板电压不变，则()A．当增大两板间距离时，v增大B．当减小两板间距离时，v减小C．当改变两板间距离时，v不变D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间增大答案：CD6. （2014年西城期中）如图所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以速度vN折回N点，则()A．粒子受静电力的方向一定由M指向NB．粒子在M点的速度一定比在N点的大C．粒子在M点的电势能一定比在N点的大D．电场中M点的电势一定高于N点的电势答案：B7．（2014年东城期中）如图所示，竖直放置的一对平行金属板间的电势差为U1，水平放置的一对平行金属板间的电势差为U2.一电子由静止开始经U1加速后，进入水平放置的金属板间，刚好从下板边缘射出．不计电子重力，下列说法正确的是()A．增大U1，电子一定打在金属板上B．减小U1，电子一定打在金属板上C．减小U2，电子一定能从水平金属板间射出D．增大U2，电子一定能从水平金属板间射出答案：BC。

10.5带电粒子在电场中的运动—【新教材】人教版(2019)人教版高中物理必修第三册课件

[提出问题]
1．带电粒子的受力情况如
F
何？运动性质如何？
U
d
2．带电粒子的运动与力学中哪种运动类似？这种运动的研究方法是什么？
_ v0
l
3．用什么方法研究－q运动规律，从而求出它在竖直方向的偏移原运动方向的距离y，及偏转角φ？
++++++
vy
v
φ
vx
d,U
-q
y
v0
- - -l - - -
必修三
第十章电场中的能量
10.5 带电粒子在电场中的运动
【学习目标】 1.知道带电粒子在电场中加速和偏转的原理 2.理解带电粒子在匀强电场中的运动规律,能够分析和计算加速和偏转的问题 3.了解示波管的工作原理,体会静电场知识对科学技术的影响
【知识梳理】 1.关于带电粒子在电场中的重力 2.带电粒子的直线加速 3.带电粒子的曲线偏转 4.示波器
(1)给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心点O 点．
(3)若UYY′>0，UXX′＝0，则粒子向 Y 板偏移，若UYY′＝0， UXX′>0，则粒子向 X 板偏移．
例4.(多选)示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果在荧光屏上P 点出现亮斑，那么示波管中的( )
EU d
a F qU m dm
（另解，由能量守恒的思想 qU 1 mv2 0 ）
2
v'
2ad
2qU d 'm
d'
2qU m
二、带电粒子在电场中的直线加速
小结：两种思路：1是力的观点（适用于匀强电场）；

物理必修第三册-第二节带电粒子在电场中的运动

答案：B
探究三示波管的原理示波器工作原理
1．发射电子：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子．
2．形成亮斑：电子经过阳极和阴极间的电场加速聚焦后形成一很细的电子束射出，电子打在荧光屏上形成一个小亮斑．
3．控制位置：亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平偏转极上的电压大小来控制．
探究二带电粒子在电场中的偏转问题
1．类平抛运动．不计重力的带电粒子以速度 v0 垂直于电场线的方向射入匀强电场，受到恒定的与初速度方向垂直的静电力的作用而做匀变速曲线运动，称之为类平抛运动．可以采用处理平抛运动的方法分析这种运动．
2．运动规律． (1)沿初速度方向：vx＝v0，x＝v0t(初速度方向)． (2)垂直初速度方向：vy＝at，y＝12at2(电场线方向，其中 a＝qmE＝mqUd)． 3．两个结论． (1)偏转距离：y＝2qml2vU20d. (2)偏转角度：tan θ＝vv0y＝mqvlU20d.
带电粒子在电场力的作用下加速和偏转．
小试身手
1．下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为 U 的
电场后，哪种粒子速度最大( )
A．质子(11H 原子核)
B．氘核(21H 原子核)
C．α 粒子(42He 原子核) D．钠离子(Na＋)
解析：设加速电场的电压为 U，粒子的质量和电量分别
为 m 和 q，根据动能定理得 qU＝12mv2，v＝ 2mqU，由于
1.如图所示，在 P 板附近有一电子由静止开始向 Q 板运动，则关于电子到达 Q 板时的速度，下列说法正确的是( )
A．两板间距离越大，加速的时间就越长，获得的速率就越大
B．两板间距离越小，加速度就越大，获得的速度就越大
C．与两板间距离无关，仅与加速电压有关 D．以上说法均不正确

人教版高中物理必修第三册第十章第五节带电粒子在电场中的运动

（1）电子射离电场时的速度；
（2）出射点与入射点沿场强方向的侧移距离。
[解析]
法一：电子射入电场以后，受恒定的电场力作用，由于V0⊥F电，电子做类平抛运动。将电子的运动看成是沿X轴方向、速度为V0的匀速直线运动和沿电场力y方向、初速度为零的匀加速直线运动的合成。
如图所示:
O V0
X
y
从电子射入电场到飞出电场，两个方向
然后根据
y=
1 2
at2
求出y=7.0×10-2(m)，
再由动能定理：eEy=
1 2
mVt2-
1 2
mVO2
求出Vt=7.62 ×106(m/s)
[总结]本题为典型的带电粒子在电场中的偏转问题，一般的处理方法是应用运动合成的方法，它是运动学知识在电场中的运用，运用动能定理解题，可以简化解题过程。
关于重力是否考虑的问题
1 、题目明确了重力不计或不能忽略重力的情况 2 、题目未明确的情况下: a)基本粒子(如电子、质子、离子等)重力一般忽略. b)带电颗粒(如液滴、尘埃、小球等)重力一般不能忽略.
综合提高
• 如图所示,水平放置的A、B两平行金属板相距为d,现有质量为m,电量为-q的小球,从距A 板高h处自由下落,通过小孔C进入电场,但没能到达B板,求AB间电势差的最小值.
解法一、[牛顿定律和运动学规律]
v2 2gh
0 v2 2(a)d
a F qE mg qUmin g
m
m
md
联立得U min
mg(h q
d)
(V )
h
C
A
d
B
解法二、[运动学规律和动量定理法]
小球自由落体时间由 h 1 gt 2

必修三第十章第5节带电粒子在电场中的运动

必修三第十章第5节《带电粒子在电场中的运动》说课稿今天我说课的内容是新人教版高中物理必修三第十章第5节《带电粒子在电场中的运行》。

本章是高中物理电学内容的第二章。

前一章从力的视角来研究电场性质，而本章则从能的视角进一步研究电场的性质。

物理学中的“电能”究竟说的是什么，本章将给学生一个清晰的认识;初中所说的“电压”是什么，学了本章之后，会真正了解电压的物理意义。

带电粒子在电场中的运动，实际上是第九、十两章最后的应用小结。

它汇集了带电粒子运动与静电力的制约关系、系统电势能与机械能的转化等问题，是提升“运动与相互作用观”“能量观”的很好载体。

本课教学承担着实现本单元教学目标的任务，为了更好地教学，下面我将从课程标准、教材分析、教学目标和学科核心素养、教学重难点、学情分析、教学方法、教学准备、教学过程等方面进行说课。

一、说课程标准普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）【内容要求】：“3.1.5知道匀强电场中的电势差与电场强度的关系。

能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象。

”二、说教材分析在前面研究静电场性质的基础上，本节处理带电粒子在电场中运动的问题。

本节内容由带电粒子在电场中的加速、带电粒子在电场中的偏转、示波管的原理三部分组成。

教学内容的梯度适当，安排也符合学生的认知规律。

其中示波管的原理为拓展学习内容，不仅对力学、电学知识的综合能力有较高的要求，而且要求有一定的空间想象能力。

三、说教学目标1、会从运动和力的关系的角度、从功和能量变化的关系的角度分析带电粒子在匀强电场中的加速问题。

2、知道带电粒子垂直于电场线进入匀强电场运动的特点，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。

3、了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响。

4、通过解决带电粒子在电场中加速和偏转的问题，加深对从牛顿运动定律和功能关系两个角度分析物体运动的认识，以及将匀变速直线运动分解为两个方向上的简单运动来处理的思路的认识。

高中物理人教版必修第三册说课课件《带电粒子在电场中的运动之多功能静电加速器的设计与使用实验》

多功能静电加速器的设计与使用实验说课
目录
素养与目标
背景与材料
原理与过程
展示与效果
创新与改进
实验素养与目标
实验素养与目标
物理观念
1.通过观察多功能静电加速器，知道仪器的设计思想。 2.通过观察带电小球的加速运动，树立电场的物质观和能量观。
科学思维
1.通过重组实验器材，构建带电小球直线加速和圆形加速的物理模型。 2.观察仪器结构，学会分析推理带电小球的加速原理。 3.通过静电加速器学习，创新认识加速器的工作原理。 4.能对静电加速器提出新的改进方案。
北京正负电子对撞机
美国费米实验室加速器
制作材料
有机玻璃板
导线+钩码
圆形轨道有机玻璃板（有机玻璃）
圆形铁环
导电小球
铝箔
导电小球
高压电源
铝箔
直线加速器
导线+钩码
圆形加速器
实验原理与内容
实验原型
2新0圈1层5年浙江省高考理综
静电也能使小球加速，而且能循环加速
基本思想
圆
直线
直线加速器原理图与实物图
教学内容
• 学会利用器材制作多功能静电加速器。
• 通过多功能静电加速器的使用，能分析解释其工作原理。
• 提出多功能静电加速器的改进方案。
实验展示与效果
实验创新与改进
创新亮点
设计思想巧妙
圆
直线
用一种器材，变换组合后完成直线加速和圆形加速两个实验
创新亮点
原理简单明了
采用静电加速，导电小球与铝箔接触后，变换电性，不断加速
选择性必修第2册 P17
设计背景2
回旋加速器的设计思路

人教版2019高中物理必修第三册带电粒子在电场中的运动

主题1 静电场
9 带电粒子在电场中的运动
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[学习目标] 1.了解带电粒子在电场中的运动特点．(重点)2.会运用静电力、电场强度的概念，根据牛顿运动定律及运动学公式研究带电粒子在电场中的运动．(难点)3.会运用静电力做功、电势、电势差的概念，根据功能关系研究带电粒子在电场中的运动．(难点)4.了解示波管的构造和基本原理．
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思路点拨：(1)电子经电压 U 加速后的速度 v0 可由 eU＝12mv20求出．
(2)初速度 v0 一定时，偏转电压越大，偏转距离越大． (3)最大偏转位移d2对应最大偏转电压．
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[解析] 加速过程，由动能定理得 eU＝12mv20①
进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动 l＝v0t② 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动
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示波管类问题 1.电子的偏转：被电子枪加速的电子在 YY′电场中做类平抛运动，出电场后做匀速直线运动，最后打到荧光屏上．设打在荧光屏上时的偏转位移为 y′，如图所示．
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由几何知识知，y′y ＝L′L＋L2. 2
所以 y′＝meLdUv20L′＋L2，y′与偏转电压 U 成正比．
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[解析] 根据动能定理 W＝12mv21－12mv20 而 W＝qEd ＝1.60×10－19×3×105×0.2 J ＝9.6×10－15 J 所以 v1＝ 2mW＋v20
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＝ 2× 1.697.6××110－0－ 2715＋5×1062 m/s ≈6×106 m/s 质子飞出时的速度约为 6×106 m/s.
(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变．( × )
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(4)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变

人教版(2019)高中物理必修第三册第十章第5节带电粒子在电场中的运动

与电场的属性U、l、d有关
二、带电粒子在电场中的偏转
2.带电粒子在电场中偏转时偏转角的推导
a F qE qU m m md
类平抛运动
tan vy
v0
qUl mv02d
l t
v0
vy
at
qUl mv 0 d
与粒子比荷q/m成正比
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
ห้องสมุดไป่ตู้
二、带电粒子在电场中的偏转
v0 mv02d
二、带电粒子在电场中的偏转
4.带电粒子在匀强电场中偏转时的两个结论
如图，质子在电势差为U1的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足质子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，
一定能使质子的偏转角θ变大的是（）
与粒子的电量q、质量m无关
(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时，偏移量和偏转角总是相同的。
二、带电粒子在电场中的偏转
(2)粒子经电场偏转后，合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O为粒子水
平位移的中点，即O到偏转电场边缘的距离为l/2。
y
qUl2 2mv02d
x
第十章静电场中的能量
5 带电粒子在电场中的运动
新课引入
新课引入
医用电子直线加速器是放疗的重要器械。
示波器原理图。
内容讲解
一、带电粒子在电场中的加速
电场中的带电粒子一般可分为两类：
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，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。一般都考虑重力。

带电粒子在电场中的运动课件-高二物理人教版(2019)必修第三册

＋
U
+F
~
0
1
2
3
4
－
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
＋
U
+F
~
0
1
2
3
4
－
可以通过不断改变电压方向使带电粒子实现多级加速。
三、多级加速器原理多级直线加速器示意图
－
U ~
＋
U
u0
0
-u0
T
2T
因交变电压的变化周期相
同，故粒子在每个加速电
t
场中的运动时间相等。
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
一、带电粒子的分类
1.带电的基本粒子（微观）：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。（但不能忽略质量）。 2.带电微粒（宏观）：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。
三、多级加速器原理
问题：如图多级平行板连接，能否加速粒子？
＋
－
＋
－
＋
－
A
B
C
D
E
F
U
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
－
U
+F
~
0
1
2
3
4
＋
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图
＋
U
+F
~
0
1
2
3
4
－
三、多级加速器原理
多级直线加速器示图

高中物理(新人教版)必修第三册课后习题：带电粒子在电场中的运动(课后习题)【含答案及解析】

带电粒子在电场中的运动合格考达标练1.(2021湖南娄底一中高二上学期期中)如图所示,两平行金属板相距为d,电势差为U,一电子质量为m,电荷量为e,从O点沿垂直于极板的方向射出,最远到达A点,然后返回,OA=h,此电子具有的初动能是()A.edℎUhC.eU dℎD.eUℎdO点运动到A点,因受静电力作用,速度逐渐减小。

电子仅受静电力,根据动能定理得1 2mv02=eU OA。

因E=Ud,U OA=Eh=Uℎd,故12mv02=eUℎd。

所以D正确。

2.如图所示,a、b两个带正电的粒子,以相同的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后,a粒子打在B板的a'点,b粒子打在B板的b'点,若不计重力,则()A.a的电荷量一定大于b的电荷量B.b的质量一定大于a的质量C.a的比荷一定大于b的比荷D.b的比荷一定大于a的比荷,由h=12·qEm(xv0)2得x=v0√2ℎmqE。

由v0√2ℎm aEq a<v0√2ℎm bEq b得q am a>q bm b,故选项C正确。

3.(2021江西九江修水一中高二月考)如图所示,一价氢离子和二价氦离子的混合体,经同一加速电场由静止加速后,垂直射入同一偏转电场中,偏转后,打在同一荧光屏上,则它们()A.同时到达屏上同一点B.先后到达屏上同一点C.同时到达屏上不同点D.先后到达屏上不同点qU1=12mv02,在偏转电场中的偏转距离y=12·U2qmd·L2v02=U2L24U1d,故两离子运动轨迹相同,打在屏上同一点;一价氢离子和二价氦离子的比荷不同,经过加速电场后的末速度不同,因此两离子运动的时间不同。

故选B。

4.(多选)如图所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一定角度,两极板与一直流电源相连。

若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子()A.所受重力与静电力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀变速直线运动,其重力和静电力的合力应与速度共线,如图所示。

人教版(2019)高二物理必修第三册第十章：10.5带电粒子在电场中的运动——示波管工作原

y与 q、m无关,随加速电压的增大而减小，随偏转
电压的增大而增大。
第五节带电粒子在电场中的运动
示波管的原理
示波管的原理
示波器的原理
示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。核心部件：示波管
由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。
电子枪部分：发射出电子偏转电极部分：使电子沿两方向偏转荧光屏部分：电子使荧光物质受激而发光
二, 带电粒子在电场中运动的分类
1 匀速直线运动（平衡问题） 2 匀加速直线运动（加速问题） 3匀加速曲线运动（偏转问题）
（1）带电粒子（如电子、质子等），在电场中运动时重力远小于电场力，所以一般不计重力，但质量不可忽略。（2）带电体（如液滴、尘埃、小球等），一般重力不能忽略。（3）有些情况下，带电体指的是带电微粒，这些带电体的含义不明确，需根据题目所给条件加以分析。如重力与电场力大小相近时，重力不可忽略；若电场力远大于重力，可忽略；也可根据物体的运动性质来判断。
一、带电粒子的加速
U
+
q
m
d
带电粒子的加速
如图所示，在真空中有一对平行属板，两板间加速电压 _为u，有一电量为q的带电粒子，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）
U
1、受力分析: 水平向右的电场力
+
qF
_
F＝Eq=qU/d
m
d 带电粒子的加速
t
由什么决定？
电子束除了参与Y轴方向上的振动,同时参与N X轴方向的匀速移动,就可以把Y轴方向上的振动横向拉开了.
三、示波管的原理（变化电压）
电子在两极板间的偏移量和什么有关?

人教版高中物理必修三10.5 带电粒子在电场中的运动讲义

5 带电粒子在电场中的运动1．会分析带电粒子在电场中的直线运动，掌握求解带电粒子直线运动问题的两种方法. 2.会用运动合成与分解的知识，分析带电粒子在电场中的偏转问题. 3.了解示波管的主要构造和工作原理．一、带电粒子在电场中的加速分析带电粒子的加速问题有两种思路：1．利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式分析．适用于电场是匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量，公式有qE ＝ma ，v ＝v 0＋at 等．2．利用静电力做功结合动能定理分析．适用于问题涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，公式有qEd ＝12mv 2－12mv 02(匀强电场)或qU ＝12mv 2－12mv 02(任何电场)等．二、带电粒子在电场中的偏转如图1所示，质量为m 、带电荷量为q 的基本粒子(忽略重力)，以初速度v 0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l ，极板间距离为d ，极板间电压为U .图1(1)运动性质：①沿初速度方向：速度为v 0的匀速直线运动． ①垂直v 0的方向：初速度为零的匀加速直线运动． (2)运动规律：①偏移距离：因为t ＝l v 0，a ＝qUmd ，偏移距离y ＝12at 2＝qUl 22mv 02d .①偏转角度：因为v y ＝at ＝qUlmv 0d，tan θ＝v y v 0＝qUl mdv 02.三、示波管的原理1．示波管主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X 偏转电极和一对Y 偏转电极组成)和荧光屏组成．2．扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压．3．示波管工作原理：被加热的灯丝发射出热电子，电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在Y 偏转电极上加一个信号电压，在X 偏转电极上加一个扫描电压，当扫描电压与信号电压的周期相同时，荧光屏上就会得到信号电压一个周期内的稳定图像．一、带电粒子在电场中的加速 1．带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、α粒子、离子等基本粒子，一般都不考虑重力．(2)质量较大的微粒，如带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力．2．分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)利用牛顿第二定律F ＝ma 和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动．(2)利用动能定理：qU ＝12mv 2－12mv 02.若初速度为零，则qU ＝12mv 2，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用．二、带电粒子在电场中的偏转 1．运动分析及规律应用粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理． (1)在v 0方向：做匀速直线运动；(2)在电场力方向：做初速度为零的匀加速直线运动． 2．过程分析如图所示，设粒子不与平行板相撞初速度方向：粒子通过电场的时间t ＝lv 0电场力方向：加速度a ＝qE m ＝qUmd离开电场时垂直于板方向的分速度v y ＝at ＝qUlmdv 0速度与初速度方向夹角的正切值 tan θ＝v y v 0＝qUl mdv 02离开电场时沿电场力方向的偏移量 y ＝12at 2＝qUl 22mdv 02. 3．两个重要推论(1)粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点．(2)位移方向与初速度方向间夹角α的正切值为速度偏转角θ正切值的12，即tan α＝12tan θ.4．分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEy ＝ΔE k ，其中y 为粒子在偏转电场中沿电场力方向的偏移量．1．一带电粒子在如图所示的点电荷的电场中，在电场力作用下沿虚线所示轨迹从A 点运动到B 点，电荷的加速度、动能、电势能的变化情况是（）A ．加速度的大小增大，动能、电势能都增加B ．加速度的大小减小，动能、电势能都减少C ．加速度增大，动能增加，电势能减少D ．加速度增大，动能减少，电势能增加2．如图所示，空间存在足够大的水平方向的匀强电场，绝缘的曲面轨道处于匀强电场中，曲面上有一带电金属块在力F 的作用下沿曲面向上移动。

物理人教版(2019)必修第三册10.5带电粒子在电场中的运动(共44张ppt)

的匀强电场中，要使粒子飞出电场，
则应满足 t＝
l
d
时，y≤ ，
v0
2
l
d
若 t＝时，y> ，则粒子
v0
2
打在板上，不能飞出电场。
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示波管原理
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
偏转电极
荧
光
屏

′
示波管的构造
′
思考与讨论1：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也
不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？
电子枪
Y
Y
X
Yˊ
Xˊ
X
Xˊ
Yˊ
-
+
偏转电极
荧光屏
思考与讨论2：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加
不变电压，使Y 的电势比 Yˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
放置，电子将在竖
Y
-
直方向发生偏转。
Y’
如果电
子在电
场中既
-
若金属平行板竖直
加速又
放置，电子将在水
偏转会
平方向发生偏转。
怎样呢？
X
-
X’
+
0
3
带电粒子在电场中的加速和偏转
A
B
E
+
F
U1
v0
+++++++++