高中物理13带电粒子在匀强电场中的运动新人教版选修3
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）；
选修3-1 1.9带电粒子在电场中的运动
思考题
如两极板间不是匀强电场该 用何种方法求解？为什么？
由于电场力做功与场强是 否匀强无关，与运动路径也 无关，第二种方法仍适用！
一、带电粒子的加速（v0>0)
+q m v0
匀速
+ ++ + + ++ +
E
加速
_ __ __ __ _
v=?
匀速
U
U
例题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 丝射出时的速度为零。
U
1、受力分析:
+ q m F _
水平向右的电场力 F＝Eq=qU/d
d
带电粒子的加速
2、运动分析: 初速度为零，加速度 为 a=qU/md 的向右匀 加速直线运动。
解法二 运用动能定理求解
解法一 运用运动学知识求解
qU 2qU v 2ad 2 d md m
2
v
2qU m
1 qU m v2 2 2q U v m
tan v 2 mdv0 0
类 侧移量 平 vy u q l 抛 tan 偏转角度 2 vx d m v0 运 动 粒子好像是从入射线中点直接射出来的
1 2 1u q l y at 2 2 d m vo
2
结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀
思考题：
让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过 同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里 偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏 转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。
高考物理 考点一遍过 专题 带电粒子在匀强电场中的运动
取夺市安慰阳光实验学校专题36 带电粒子在匀强电场中的运动一、带电粒子（带电体）在电场中的直线运动 1．带电粒子在匀强电场中做直线运动的条件（1）粒子所受合外力F 合=0，粒子或静止，或做匀速直线运动。
（2）粒子所受合外力F 合≠0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。
2．用动力学方法分析mF a 合=，dUE =；v2–20v =2ad 。
3．用功能观点分析匀强电场中：W =Eqd =qU =21mv 2–21m 20v 非匀强电场中：W =qU =E k2–E k14．带电体在匀强电场中的直线运动问题的分析方法 5．处理带电粒子在电场中运动的常用技巧（1）微观粒子（如电子、质子、α粒子等）在电场中的运动，通常不必考虑其重力及运动中重力势能的变化。
（2）普通的带电体（如油滴、尘埃、小球等）在电场中的运动，除题中说明外，必须考虑其重力及运动中重力势能的变化。
二、带电粒子在电场中的偏转 1．粒子的偏转角（1）以初速度v 0进入偏转电场：如图所示设带电粒子质量为m ，带电荷量为q ，以速度v 0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U 1，若粒子飞出电场时偏转角为θ则tan θ=yxv v ，式中v y =at =mdqU 1·0vL ，v x =v 0，代入得结论：动能一定时tan θ与q 成正比，电荷量一定时tan θ与动能成反比。
（2）经加速电场加速再进入偏转电场若不同的带电粒子都是从静止经同一加速电压U 0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：20021mv qU =，得：d U L U 012tan =θ。
结论：粒子的偏转角与粒子的q 、m 无关，仅取决于加速电场和偏转电场。
2．带电粒子在匀强电场中的偏转问题小结（1）分析带电粒子在匀强电场中的偏转问题的关键①条件分析：不计重力，且带电粒子的初速度v 0与电场方向垂直，则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类平抛运动。
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。
1.9 带电粒子在电场中运动 教案 (人教版选修3-1)
第九节带电粒子在电场中的运动三维目标知识与技能1.让学生掌握带电粒子在电场中做匀变速直线运动一类问题的解题技巧；2.让学生掌握带电粒子在电场中发生偏转时的基本规律；3.让学生掌握带电粒子在电场中发生偏转一类问题的基本解题技巧；4.让学生掌握示波管的基本原理。
过程与方法1.由一般的匀变速直线运动过渡到带电粒子在电场中的匀变速直线运动，让学生学会知识的迁移；2.由一般的平抛运动过渡到一般的类平抛运动，再过渡到带电粒子在偏转电场中的类平抛运动，让学生掌握知识迁移的方法。
情感、态度和价值观通过一般匀变速直线运动与带电粒子在电场中的匀变速直线运动的联系，以及一般平抛运动与一般类平抛运动、带电粒子在偏转电场中的类平抛运动的联系，揭示世界是普遍联系在一起的唯物主义哲学观点。
教学重点1.带电粒子在电场中的匀变速直线运动；2.带电粒子在电场中的偏转——类平抛运动。
教学难点带电粒子在电场中的偏转——类平抛运动教学方法讲解、提问、类比、练习课时安排1课时教学过程【新课导入】师：高一时，我们学习了匀变速直线运动和平抛运动。
匀变速直线运动是受到一个方向与速度方向在一条直线上的恒力，但不确定恒力是什么力；平抛运动是受到一个方向与速度方向垂直的重力，这个重力也是恒力。
那么，今天，我想问一下大家，匀变速直线运动中的恒力，能不能是什么具体的力，比如说匀强电场的电场力；平抛运动中重力，能不能改成其他的力，比如说改成匀强电场的电场力？生：（思考）师：这就是我们今天要讲的《带电粒子在电场中的运动》。
【板书】第九节带电粒子在电场中的运动【新课教学】师：首先，告诉大家一个常识，就是基本带电粒子在一般情况下所受的重力远远小于它所受的静电力，所以，对于基本带电粒子在电场中运动的问题，一般忽略其重力，只考虑它所受的电场力。
下面大家看下面几个问题：例1、一个质量为m的小球，在光滑的水平桌面上，受一恒力F作用，从静止开始运动，前进距离d，求其末速度为多大？例2、如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U，两板间距d，两板间有一个带正电荷q的带电粒子，质量为m，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？（不考虑带电粒子的重力）师：大家看这两个问题，首先分析一下，这两个问题中质点所受到的力是否具有相同的特征？如果具有相同的特征，他们相同的特征是什么？生甲：具有相同的特征，他们相同的特征是都受到大小方向都不变的恒力。
物理选修3-1 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动
V -
洛仑兹力对电荷只起向心 力的作用，故只在洛仑兹 力的作用下，电荷将作匀 速圆周运动。
F洛
一、 带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）
判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和 方向：
× × ×B× ×
-
F=0 v
× × × × ×
.
例 2、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂 直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？
v
. - e.
. .
T=2πm/eB
运动周期和电子的速率无关
.
. .
2v
.
. .
e
.
.
两个电子同时回到原来的出发点 .
两个电子轨道半径如何？
B . .
mv r v eB
轨道半径与粒子射入的速度成正比
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 时周期有何特征？
2r mv 根据T 结合r v qB 2m 可知T qB
可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周 运动的周期与速度无关
回旋加速器就是根据这一特点设计的
.v . -m .，q . I=q/t 2 r . . F=qvB . .T v . . . . B . .
+
二、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径、速率和周期：
1、圆周运动的半径 2、圆周运动的周期
mv qvB r
2
mv r qB
2 m 思考：周期与速度、半径有什么关系？ T qB
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。 3、磁感应强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径将 增大 。
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
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。
高中物理 精做01 带电粒子在电场中的加速、偏转问题大题精做 新人教版选修31
精做01 带电粒子在电场中的加速、偏转问题1．（2017·北京大兴区高三统练）如图所示，水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接，圆弧的半径R=0.40 m。
在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E=1.0×l04 N/C。
现有一质量m=0.l0 kg，电荷量q=8.0×l0–5 C的带电体（可视为质点）放在水平轨道上与B端距离s=1.0 m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零。
试求此过程中取g=l0 m/s2）：（1）带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小；（2）带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小；（3）带电体沿圆弧形轨道运动过程中，电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少。
【答案】（1）a=8 m/s2 v B=4.0 m/s （2）N=5.0 N （3）W电=0.32 J W摩=–0.72 J（2）设带电体运动到圆轨道B端时受到轨道的支持力为N，根据牛顿第二定律有N–mg=2BmvR，解得N=mg+2BmvR=5.0 N根据牛顿第三定律可知，带电体对圆轨道B端的压力大小N′=N=5.0 N（3）因电场力做功与路径无关，所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中电场力所做的功W电=qER=0.32 J设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩，对此过程根据动能定理有W电+W摩–mgR=0–22Bmv，解得W摩=–0.72 J2．（2017·云南云天化中学高二期中）如图所示，虚线MN 左侧有一场强为E 1=E 的匀强电场，在两条平行的虚线MN 和PQ 之间存在着宽为L 、电场强度为E 2=2E 的匀强电场，在虚线PQ 右侧相距为L 处有一与电场E 2平行的屏。
现将一电子（电荷量为e ，质量为m ）无初速度地放入电场E 1中的A 点，最后电子打在右侧的屏上，AO 连线与屏垂直，垂足为O ，电子重力忽略不计。
选修3-1第三章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动
答案：AD
【触类旁通】 3．(双选)在回旋加速器中，下列说法不正确的是( BD ) A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B．电场和磁场同时用来加速带电粒子 C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大， 同一带电粒子获得的动能越大 D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电源的电压大 小有关，而与交流电源的频率无关
2 mU2 所以 U1＝2qB2d2. 1
(3)粒子在 B2 中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 v2 qvB2＝m R
mU2 所以 R＝ B d . qB1 2
知识点 3
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动，在运动中 经高频电场反复加速的装置．
图 3－6－8
讨论： (1)回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个 D 形的金 粒子源 属扁盒( 如图 3 －6 －8 所示)，其基本组成为：①________ ， 两个 D 形金属盒 匀强磁场 高频电源 ②___________________，③_____________，④___________， 粒子引出装置 ⑤__________________.
D．A 带负电，B 带正电，qA ＝2qB
图 3－6－4
解析：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提 供向心力，一定指向圆心，由左手定则可判断，A 带正电，B mv 带负电；由 R＝ ，mA＝mB，vA＝vB，可得 qA∶qB＝RB∶RA Bq ＝2∶1，即 qA＝2qB，B 正确． 答案：B
6
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．带电粒子在匀强磁场中的运动
大小 (1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的________，或者说，洛 做功 伦兹力不对带电粒子________．
2019-2020学年人教版高中物理选修3-1同步课件：第一章 习题课(二) 带电粒子(带电体)在电场中的运动
[答案] D
【例 3】 两块水平平行放置的导体板如图甲所示，大量电 子(质量 m、电荷量 e)由静止开始，经电压为 U0 的电场加速后， 连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间．当两 板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为 3t0；当在两板 间加如图乙所示的周期为 2t0、幅值恒为 U0 的周期性电压时，恰 好能使所有电子均从两板间通过．求：
第一章 静电场
习题课(二) 带电粒子(带电体) 在电场中的运动
知识点一
带电体在电场中的直线运动
|知识归纳| 1．对处于电场中的带电粒子进行受力分析时，没有特殊说 明，一般情况下，基本粒子(比如电子、质子、α 粒子等)重力不 计，而带电小球、液滴、物块等所受重力要计． 2．粒子所受合外力 F 合≠0，且与初速度方向在同一条直线 上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动，或变加 速直线运动．
(1)这些电子通过两板之间后，侧向位移的最大值和最小值 分别是多少？
(2)侧向位移分别为最大值和最小值的情况下，电子在刚穿 出两板之间时的动能之比为多少？
[解析] 画出电子在 t＝0 时和 t＝t0 时进入电场的 v -t 图象 如图 1 和图 2.
(1)vy1＝emUd0t0，vy2＝emUd02t0＝2emUd0t0， ymax＝212vy1t0＋vy1t0＝3vy1t0＝3emUd0t02＝d2， ymin＝12vy1t0＋vy1t0＝1.5vy1t0＝3e2Um0dt02＝d4，
A．到达 M 板，速度为零 B．到达 P 点，速度为零 C．到达 N 板，速度为零 D．到达 P 点，速度不为零
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带电粒子在匀强电场中的运动(1)
1A.下列带电粒子均从初速为零的状态开始在电场力作用下做加速运动，经过相同的电势
差U后，哪个粒子获得的速度最大( )
A.质子H)(11 B.氘核H)(21 C.а粒子He)(42 D.钠离子)(Na
2A.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也增大
3A.让原来静止的氢核H)(11、氘核H)(21和氚核H)(31的混合物通过同一加速电场相同电压
加速后，这些核将具有( )
A.相同的速度 B.相同的动能 C.相同的动量 D.以上都不相同
4A.如图所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差
为U.一质量为m(不计重力)、电荷量为-q的粒子，以速度v0通过等势
面M射入两等势面之间，此后穿过等势面N的速率应是( )
A.m2qU B.m2qUv0 C. m2qUv20 D.m2qUv20
5B.如图甲所示，在两极板a、b之间有一静止的电子，当在a、b之间加上如图乙所示的
变化电压时(开始时a板带正电)，电子的运动情况是(不计重力，板间距离足够大)
A.电子一直向a板运动
B.电子一直向b板运动
C.电子在两板间做周期性往返运动
D.电子先向a板运动，再返回一直向b板运动
6B.如图所示，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两
极相连，两板的中央各有一小孔M和N.今有一带电质点，自A板上
方相距为d的P点由静止自由下落(P、M、N在同一竖直线上)，空
气阻力忽略不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回若保
持两极板间的电压不变，则( )
A.把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回
B.把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落
C.把B板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回
D.把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落
7B.如图所示，带正电荷量q，质量为m的滑块，沿固定绝缘斜面匀速下滑，现加一竖直
向上的匀强电场，电场强度为E，且qE≤mg，以下判断中正确的是( )
A.物体将沿斜面减速下滑 B.物体将沿斜面加速下滑
C.物体仍保持匀速下滑 D.仅当qE=mg时，物体继续保持匀速下滑
8A.а粒子的质量是质子质量的4倍，电荷量是质子电荷量的2倍，它们从静止起，经同
一电场加速，获得的速度之比vа:vp=______，获得的动能之比Eа:Ep=______
9B.如图所示，一个电子(电荷量为-e，质量为m)以速度v0从A点沿着电场线方向射入场
强为E的匀强电场中，到达B点时速度恰为零，则在此过程中，
电子的电势能的增量为______,A、B两点的电势差为
______，A、B两点的距离为______.
10B.如图所示，水平放置的A、B两平行金属板相距为h，上板A带正电
现有一质量为m，带电荷量为+q的小球，在B板下方距离B板H处，以
初速v0竖直向上从B板小孔进入板间电场.欲使小球刚好能到A板，则A、
B间电势差UAB______.
11B.一初速为零的带电粒子经电压为U=4.0×103V的匀强电场加速后，获得5.0×103m／s
的速度.粒子通过加速电场的时间t=1.0×10-4s，不计重力的作用，则带电粒子的荷质比
为多大?匀强电场的场强为多大?粒子通过电场过程中的位移为多大?