带电粒子在电场中的运动-杨刚 - 最终版
人教版高中物理选修3-1第一章1.9带电粒子在电场中的运动(共16张PPT)(完美版下载)
a F qE qU m m md
Vy=at
Y=
1 2
at2
二、带电粒子在匀强电场中的偏转
a F qE qU m m md
类平抛运动
y
1 at2 2
qUl 2
2
mv
2 0
d
t l v0
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
例
4、垂场（质后直量偏进为）转入tm角偏a、n正转带电切电场为量，0m.q为5刚vU，q0好2的d则l离粒下开子列电以偏电说场初法转压，速中角成它度正正正在v确从离切比的中开与是线电
例与练
5、质子(质量为m、电量为e)和二价氦离子
(质量为4m、电量为2e)以相同的初动能垂
直射入同一偏转电场中，离开电场后，它
们的偏转角正切之比为
，侧移之
比为
。
tan
qUl
mv
2 0
d
y
qUl 2
2
mv
2 0
d
与电量成正比 与电量成正比
例与练
6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞 入偏转电场，如图所示。则由此可判断 （） A、 b和c同时飞离电场 B、在b飞离电场的瞬间，a刚好打在下极 板上 C、进入电场时，c速度最大，a速度最小 D、c的动能增量最小， a和b的动能增量一样大
• ·太阳系中最空的空间 大型强子对撞机的内压是10-13个大气压，比月 球上的压力小10倍。
• ·银河系中最热的热点 当两束质子束相撞时，它们将在一个极小的空 间内产生比太阳中心热10万倍的高温
• ·制造宇宙最低温 制冷系统将对撞机保持在零下271.3摄氏度(1.9开氏 度)的超低温环境下，比外太空温度还低。
2024-2025学年新教材高中物理第二章静电场的应用第2节带电粒子在电场中的运动教案粤教版必修3
- 组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握静电场的应用技能。
- 解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。
学生活动：
- 听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。
- 参与课堂活动：积极参与小组讨论、角色扮演、实验等活动，体验静电场的应用。
4.教室布置：根据教学需要，布置教室环境，如分组讨论区、实验操作台等。在教室内设置合适的座位安排，以便学生能够舒适地进行学习和实验操作。
5.教学工具：准备黑板、投影仪、音响等教学工具，以便教师能够清晰地展示和讲解教学内容，同时提供良好的听觉和视觉效果，增强学生的学习体验。
6.学习任务单：准备与本节课相关的学习任务单，包括问题思考、练习题目等，以便学生在课堂内外进行自主学习和巩固知识。
2.教学难点
本节课的难点内容主要包括：
（1）电场力对带电粒子的作用，以及带电粒子在电场中的受力分析。学生需要理解电场力与带电粒子运动状态之间的关系，以及如何对带电粒子的受力进行正确的分析。
（2）运用牛顿运动定律和能量守恒定律分析带电粒子在电场中的运动情况。学生需要掌握运用这两个定律分析问题的方法，并能灵活运用到带电粒子在电场中的运动分析中。
（3）静电场的应用。学生需要了解静电场在实际生活中的应用，并能结合所学知识解释相关现象。
针对以上重点和难点，教师在教学过程中应采取有针对性的讲解和强调，例如通过示例、实验等方式帮助学生理解和掌握核心知识，同时采取有效的教学方法帮助学生突破难点。
四、教学资源准备
1.教材：确保每位学生都有《2024-2025学年新教材高中物理 第二章 静电场的应用 第2节 带电粒子在电场中的运动》的教材或学习资料，以便学生能够跟随教学进度进行学习和复习。
带电粒子在电场中的运动高中物理新课标版人教版选修31
ACD
练习一：
质子和α粒子由静止经相同加速电场加 速后，又垂直进入同一匀强电场，出电 场时，它们横向位移量之比和在偏转电 场中经过时间之比分别为（ B ）
A.2:1和√ 2 ：1 B.1：1和 1√：2 C.1：2和2：1 D.1：4和1：2
练习二：如图所示，有三个质量相等分别带正
电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以 相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落到A、B、
例3 、如图,设质量为m,电量为q的带电粒子以初速度V0 沿垂直于电场的方向进入长为L,间距为d,电势差为U的平
+
A
v0
B
-
4.如图，A、B为两块足够大的平行金属板，间距为 d，接在电压为U的电源上。在A板的中央点放置一 个电子放射源，可以向各个方向释放电子。设电子 的质量为m 、电量为e，射出的初速度为v。求电子 打在板上的区域面积？（不计电子的重力）
B
+
A
_
P
例3：如图所示，一束带电粒子（不计重 力），垂直电场线方向进入偏转电场，试讨论在 以下情况中，粒子应具备什么条件，才能得到相 同的偏转距离y和偏转角θ，（U、d、L保持不变）
C
++++
L
由刚刚的推导知道:
----
AB
S
D
O
vy Es
q 2mU
所以粒子打在荧光屏上动能:
E12mxv212myv2 qU
qE2S2 2U
q(4U2 E2S2) 4U
代入数据可得 E4.6 41 0 1J 3
小结:
带电粒子在各类电场中运动性质取决于: (1) 受力情况 (2) 初始状态
再由运动的有关规律或动量,能量的有关规律来求解
【技巧】静电场 带电粒子在电场中运动的分析方法
带电粒子在电场中运动的分析方法河南省者平县第一高级中学（474250）梁波在力学中我们学习了牛顿运动定律，动能定理、功能关系、能量守恒定律等，能熟练应用这些知识分析物体的运动，并能进行定量的计算。
学习了电场的知识后，我们又了解了一种相互作用和一种能量——电场力和电势能，带电粒子在电场中的运动就是电荷在电场力作用下的运动，在运动过程中电势能和其他形式的能相互转化。
电场力和重力、弹力、摩擦力一样是一种相互作用，电势能和重力势能、动能一样是能的一种特殊形式。
所以带电粒子在电场中的运动同样适用前面学习的动力学知识。
一、牛顿运动定律的应用例 1 静电透镜是利用静电场使电子束会聚或发散的一种装置，其中某部分静电场的分布如图1所示。
虚线表示这个静电场在xoy 平面内的一簇等势线，等势线形状相对于Ox 轴、Oy 轴对称。
等势线的电势沿x 轴正向增加，且相邻两等势线的电势差相等。
一个电子经过P 点 (其横坐标为-x 0) 时，速度与x 轴平行。
适当控制实验条件，使该电子通过电场区域时仅在Ox 轴上方运动。
在通过电场区域过程中。
该电子沿y 方向的分速度v y 随位置坐标x 变化的示意图是( )解析 根据题意分析得：等势线的电势沿x 轴正向增加。
因为电场强度方向与等势线是相互垂直的，且指向电势降低的方向，结合题中所给的等势线形状得到：在y 轴的左边电场强度方向指向左上方向。
可以分解为水平向左的分量左E 和竖直向上的分量上E ；在y 轴的右边电场强度方向指向左下方，也可以分解为水平向左的分量左E 和竖直向下的分量下E 。
由于对称的关系，所以上E 和下E 的关系是关于了对称的地方总是大小相等、方向相反的，所以可以得到该电子在整个运动过程中，在水平方向总是加速的，而在y 方向上只是先向下加速，后减速运动。
但是电子从-x 0运动到y 轴位置过程中的运动平均速度小于从y 轴运动到+x 0处过程中的平均速度所。
以前一段运动经历的时间大于后一段运动经历的时间，电子在y 方向上加速和减速运动不对称，所以速度不会减到零，综上所述。
高三复习：带电粒子在电场中的运动(白云鹏)
·
考点:带电粒子在匀强电场中的受力 与运动分析。 能力：由运动情况判断受力情况的 推理能力。试题难度：较小。
例2（2015新课标Ⅱ卷14．）如图，两平行的带电金属板 水平放置。若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微 粒恰好保持静止状态。现将两板绕过a点的轴(垂直于纸 面)逆时针旋转45°，再由a点从静止释放一同样的微粒， 该微粒将( ) D A．保持静止状态 Eq B．向左上方做匀加速运动 mg C．向正下方做匀加速运动 D．向左下方做匀加速运动 考点:带电粒子在匀强电场中的受力 与运动分析。 能力：由受力情况判断运动情况的 推理能力。试题难度：较小。
例3(2014·高考安徽卷)如图所示，充电后的平行板电容 器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中有一 小孔．质量为m，电荷量为＋q 的小球从小孔正上方高h处 由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零 (空 气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速 度为g)．求： (1)小球到达小孔处的速度； (2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量； (3)小球从开始下落运动到下极板处的时间．
或
W电 W其他力
1 2 1 2 mv mv 0 2 2
一.电容器与力学综合问题
例1(2012年新课标18)．如图，平行板电容器 的两个极板与水平地面成一角度，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．所受重力与电场力平衡 BD Eq B．电势能逐渐增加 C．动能逐渐增加 mg D．做匀变速直线运动
(1)求出重力与电场力的合力 F合，将这个合 力视为一个“等效重力”． (2)将g/＝F合/m视为“等效重力加速度”． (3)找物理最高点 (4) 将物体在重力场中做圆周运动的规律迁 移到等效重力场中分析求解．
微型专题03 带电粒子在电场中的运动(四种题型)(课件)(共33张PPT)
面方向的偏转距离Δy；
(2)分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法.在解决(1)问时忽略了电子所
受重力，请利用下列数据分析说明其原因.已知U＝2.0×102 V，d＝4.0×10－2 m，m
＝9.1×10－31 kg，e＝1.6×10－19 C，g＝10 m/s2.
新教材 新高考
1
解析（1）根据动能定理，有 eU0＝ mv02，
里的最高点不一定是几何最高点，而应是物理最高点.几何最高点是图形
中所画圆的最上端，是符合人眼视觉习惯的最高点.而物理最高点是物体
在圆周运动过程中速度最小(称为临界速度)的点.
新教材 新高考
例4.如图所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m、带
电荷量为＋q的珠子，现在圆环平面内加一个匀强电场，使珠子由最高点A从静止开始
仍沿水平方向并恰好从B板边缘水平飞出(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos
37°=0.8)。求:
(1)液滴的质量;
(2)液滴飞出时的速度。
新教材 新高考
答案:(1)8×10-8 kg
7
(2) 2 m/s
解析:(1)根据题意画出带电液滴的受力图如图所示,可得
qEcos α=mg
E=
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。
注意：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
新教材 新高考
带电粒子在匀强电场中运动状态：
静止
平衡（F合=0）
匀速直线运动
匀变速运动
（F合≠0）
匀变速直线运动—加速、减速
带电粒子在电场中的运动 带电粒子在电场中的运动(课件)高二物理(沪科版2020上海必修第三册)
解析 两板间电压为U保持不变，设板间距为d，电 子在板间的加速度为a， 据牛顿第二定律有 qUd ＝ma，可得电子的加速度 a＝qmUd， 故两板间距离越小，电子的加速度就越大，B错误； 电子在板间做匀加速直线运动，可得 d＝12at2，可得 t＝d 2qUm， 故两板间距离越大，加速时间越长，A错误； 由动能定理可得 qU＝12mv2，电子到达 Q 板时的速率 v＝ 2qmU，与两板 间距离无关，仅与加速电压有关，C 正确，D 错误.
(2)电子在偏转电场中运动的加速度a的大小； 答案 1.1×1015 m/s2
解析 根据牛顿第二定律得 a＝emE 代入数据得 a＝332×1014 m/s2≈1.1×1015 m/s2；
(3)电子离开偏转电场时的速度方向与进入该 电场时的速度方向之间的夹角θ. 答案 45°
解析 粒子在偏转电场中的运动时间为 t＝vLx 离开电场时的竖直分速度为vy＝at 又有 tan θ＝vvxy 代入数据解得θ＝45°.
场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E＝6 000 V/m的匀强偏转电场，
而后电子从右侧离开偏转电场.已知电子比荷为
me ≈×1196011 C/kg，不计
电子的重力，偏转极板长为L＝6.0×10－2 m.求：
(1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小； 答案 8×106 m/s
解析 根据动能定理得 eU＝12mvx2 代入数据解得vx＝8×106 m/s；
所以aQ>aP，故B错误；
根据牛顿第二定律，有qE＝ma
②
由①②两式解得 q＝2Emt2y， 所以它们所带的电荷量之比qP∶qQ＝1∶2，故D正确； 根据动能定理，有qE·y＝ΔEk，又qP∶qQ＝1∶2，yP∶yQ＝1∶2， 所以动能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ＝1∶4，故C错误.
高中物理选修3-1-带电粒子在电场中的运动
带电粒子在电场中的运动知识集结知识元带电粒子在匀强电场中的运动知识讲解带电粒子在电场中的加速减速运动1．受力分析：与力学中受力分析方法相同,只是多了一个电场力而已.如果带电粒子在匀强电场中，则电场力为恒力（qE）,若在非匀强电场，电场力为变力.2．运动过程分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，收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.3．两种处理方法：①力和运动关系法——牛顿第二定律：带电粒子受到恒力的作用，可以方便地由牛顿第二定律求出加速度，结合匀变速直线运动的公式确定带电粒子的速度、时间和位移等.②功能关系法——动能定理：带电粒子在电场中通过电势差为U AB的两点时动能的变化是ΔE k，则.例题精讲带电粒子在匀强电场中的运动例1.如图所示，两平行带电金属板，从负极板处释放一个电子（不计重力），设其到达正极板时的速度为v1，加速度为a1．若将两极板间的距离增大为原来的4倍，再从负极板处释放一个电子，设其到达正极板时的速度为v2，加速度为a2，则（）A．a1：a2=1：1，v1：v2=1：B．a1：a2=2：1，v1：v2=1：2C．a1：a2=2：1，v1：v2：1D．a1：a2=1：1，v1：v2=1：2例2.一正点电荷仅在电场力作用下，从A点运动到B点，其速度随时间变化的图象如图所示，下列关于A、B两点电场强度E的大小和电势的高低的判断，正确的是（）A．E A=E B，φA=φBB．E A>E B，φA>φBC．E AB，φA>φBD．E AB，φA=φB例3.'如图甲所示，在竖直平面内有一水平向右的匀强电场，场强E=1.0×104N/C．电场内有一半径为R=2.0m的光滑绝缘细圆环形轨道竖直放置且固定，有一质量为m=0.4kg、带电荷量为q=+3.0×10-4C的带孔小球穿过细圆环轨道静止在位置A，现对小球沿切线方向作用一瞬时速度v A，使小球恰好能在光滑绝缘细圆环形轨道上做圆周运动，取圆环的最低点为重力势能和电势能的零势能点．已知g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：（1）瞬时速度v A的大小；（2）小球机械能的最小值．'例4.'在如图所示的装置中，初速度为零的一价氢离子和二价氢离子，在经过同一电场加速后垂直射入同样的电场偏转，证明这些离子离开电场后沿同轨迹运动，到达荧光屏产生一个亮斑．（不计离子重力）'例5.'如图所示，MPQO为有界的竖直向下的匀强电场，电场强度为E，ACB为光滑固定的半圆形轨道，轨道半径为R，A、B为圆水平直径的两个端点，AC为圆弧。
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F
V0
F
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T/4入
F F
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t
Vy Vy
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V
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t t
0时入
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
T/8时刻 U 进入
U
V0
T/4入
F
V0
O
U
T
t
F T/8入
VyVy
VV
O OO
V V
T T
t t
0时入
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
【变式2】(多选)(2015·天津高考) A.偏转电场E2对三种粒子做功一样多 B.三种粒子打到屏上时的速度一样大 C.三种粒子运动到屏上所用时间相同 D.三种粒子一定打到屏上的同一位置 正确答案： AD
力和运动 功和能
mg(h+d)-qEd=0-0 力：mg、qE不变 运动：初速不变 mg(h+d)=qEd
h
d mg(h+d') 增< 运动情况不变 = qEd'增 >
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动 【思考】 +q
力和运动
力：mg、qE不变 运动：初速不变
h d
运动情况不变
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
②质子从偏转电场中飞出时的动能EK
③距偏转电场右边缘处竖直放置一荧光 屏，屏的中心正对质子初速度的方向。 求，质子在屏上的落点到屏中心的距离
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
【例题2】思考①②③
x
y
vyθvx源自 【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
【例题2】思考①②③
x y
vy
θ
vx
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
不计重力 qE at2/2= y
V0
X =V0t
=VX Vy =at
方法：运动的分解
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
【例题2】
求： ①质子射入偏转电场时的初速度v0 ②质子在偏转电场中的偏移量Δy. ③质子射出偏转电场时，速度偏转角 θ的正切值
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
思考：
①把质子换成a粒子，其它条件不变， V0 、Δy和tanθ各有什么变化？
课堂小结
带电粒子在电场中运动：
运动学思路：牛顿运动定律+运动学公式 功和能思路：动能定理 带电粒子在电场中的类平抛运动：
方法：运动的分解
技巧：①从静止同加、同偏、同轨迹 ②末速度方向过中点
带电粒子在电场中 的运动
学习目标
1.掌握带电粒子在电场中运动
问题的两种解题思路。 2.掌握带电粒子在电场中做类 平抛运动的处理方法，和类平 抛运动的运动特点。 3.体会电学问题与力学问题的 联系
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动
【例题1】如图所示，在P板附近有一电子由 静止开始向Q板运动。关于电子到达Q时的速 率，下列说法正确的是（ABD） A.两极板间的距离越大，加速度就越小 B.两极板间的距离越大，加速的时间就越长 C.两极板间的距离越大，则获得的速率越大 D.获得的速率与两极板的距离无关，仅与加 速电压U有关
功和能
mg(h+d)-qEd=0-0 mg(h+d)=qEd
mg(h'+d')<qEd'
h
d
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动 【思考】 +q
功和能
mg(h+d)-qEd=0-0 mg(h+d)=qEd d mg(h''+d'')>qEd''
h
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动 【思考】 +q
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动
【方法归纳】 【两种解题思路】
力和运动：牛顿运动定律+运动学公式
功和能：动能定理+能量守恒定律
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动 【变式1】（2014安徽高考） 求： ①小球到达小孔处的速度 ②极板间电场强度大小 ③小球在极板间运动的时间
【探究一】带电粒子在电场中的直线运动 【思考】 +q
【方法归纳】
方法：运动的分解
结论： ①不同粒子从0开始，经同一电场加速、 再经同一电场偏转，则轨迹重合 ②末速度方向延长过水平位移中点
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
【思考】
V0
0时刻进入
U
U
F F
O
U
T
Vy
t
F
V0
V
O
V
T
t
0时入
【探究二】带电粒子在电场中的类平抛运动
T/4时刻 进入 U