10.5 带电粒子在电场中的运动 课时教案（表格式）2025--2026年人教版高中物理必修第三册

10.5《带电粒子在电场中的运动》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 人教版（2019）必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中物理必修第三册第十章第五节，是电场知识的深化与应用，具有承上启下的关键作用。前承库仑定律、电场强度、电势差等基本概念，后启带电粒子在复合场中的综合运动分析，是高考物理中的高频考点之一。教材通过类比重力场中物体的运动，引导学生理解带电粒子在匀强电场中的加速与偏转规律，突出“力—电—运动”三者的联系，体现了物理学科“从现象到本质”的思维路径。
学情分析
高二学生已具备牛顿运动定律、平抛运动、电场基本概念等知识基础，具备一定的矢量分析和运动合成能力。但对“电场力作为恒力参与动力学分析”的抽象理解仍存在困难，尤其在电场与运动规律结合时易混淆电势能与动能的变化关系。学生习惯于静态分析，对动态过程建模能力较弱。需通过情境化问题和可视化实验增强感知，借助类比法降低认知门槛，引导学生从“受力—加速度—轨迹”逻辑链中构建完整物理图景。
课时教学目标
物理观念
1. 理解带电粒子在匀强电场中受力特点，掌握其加速与偏转的运动规律，形成“电场力主导运动”的物理图景。
2. 能将电场中的运动问题转化为力学问题，建立“力—运动—能量”三位一体的分析框架。
科学思维
1. 通过类比平抛运动，构建带电粒子在电场中偏转的物理模型，提升模型建构与科学推理能力。
2. 运用运动的合成与分解方法分析复杂运动，发展逻辑思维与问题转化能力。
科学探究
1. 设计实验方案探究带电粒子在电场中的加速规律，能通过数据分析得出动能变化与电压的关系。
2. 利用示波管原理模拟偏转过程，通过控制变量法验证偏转位移与电压、板长等因素的关系。
科学态度与责任
1. 认识带电粒子操控技术在科技中的应用价值，如质谱仪、示波器、粒子加速器等，增强科技报国意识。
2. 在探究过程中培养严谨求实的科学态度，体会物理规律的普适性与简洁美。
教学重点、难点
重点
1. 带电粒子在匀强电场中的加速规律：qU = mv 的推导与应用。
2. 带电粒子在平行板电容器间的偏转运动规律及其类比平抛的分析方法。
难点
1. 偏转位移公式的推导及各物理量的物理意义理解。
2. 综合运用动力学与能量观点分析带电粒子在复合电场中的运动轨迹。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、类比法
教具准备
多媒体课件、示波管模型、静电演示仪、带电粒子运动模拟动画
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：穿越电场的“微光”
【5分钟】 一、创设科技情境，激发探究兴趣 （一）、播放视频：示波器中的电子束轨迹
教师播放一段示波器工作时电子束在荧光屏上描绘正弦波形的慢动作视频，画面中一束细小的光点在屏幕上快速扫动，形成清晰波形。教师提问：“这束‘光’是什么？它为何能精准地画出波形？它的运动受什么控制？”引导学生思考背后隐藏的物理原理。
（二）、引出课题：微观粒子的宏观操控
教师讲述：“这束‘光’其实是高速运动的电子流。科学家们通过精确控制电场，让这些看不见的带电粒子按照人类意志运动，从而实现信号的可视化。今天，我们就来揭开这个神秘面纱——研究《带电粒子在电场中的运动》。”板书课题，并强调：“我们将从最简单的匀强电场入手，理解这些‘微光’是如何被‘驯服’的。”
（三）、回顾旧知，搭建认知桥梁
教师提问：“一个质量为m的物体，在重力作用下从静止自由下落，它的速度如何变化？动能如何变化？”待学生回答后，继续追问：“如果一个带电粒子q，在电势差为U的两点间由静止释放，它会怎样运动？能量又如何转化？”引导学生类比重力场中的自由落体，思考电场中的加速过程，为后续推导qU= mv 做铺垫。 1. 观看视频，描述现象。
2. 思考并回答教师提问。
3. 回忆自由落体运动规律。
4. 尝试类比电场中的加速过程。
评价任务 现象描述：☆☆☆
类比迁移：☆☆☆
问题回应：☆☆☆
设计意图 以高科技仪器——示波器为切入点，创设真实而富有吸引力的情境，激发学生好奇心与求知欲。通过“微光”这一诗意表达增强课堂美感，同时自然引出本课核心问题。借助重力场与电场的类比，激活已有知识经验，降低新知识的认知难度，体现“从生活走向物理”的课程理念。
新知探究一：电场中的“自由落体”
【12分钟】 一、带电粒子的加速：能量视角的突破 （一）、提出问题：静止粒子如何获得速度？
教师展示一幅平行金属板示意图：两块水平放置的平行金属板，相距d，接在电压为U的电源两端，形成竖直向下的匀强电场E。在上板中央有一个小孔，一个带正电粒子+q从该小孔由静止释放。教师提问：“这个粒子将如何运动？它到达下板时的速度是多少？”要求学生先独立思考，尝试用两种方法——动力学和能量观点——进行分析。
（二）、合作探究：双路径推导速度公式
组织学生分组讨论，每组4人，分别从牛顿第二定律和动能定理两个角度推导末速度表达式。教师巡视指导，提示：电场力F=qE，加速度a=F/m=qE/m；位移为d；电场力做功W=qU。鼓励学生写出完整推导过程：
方法一（动力学）：v = 2ad = 2(qE/m)d，又因E=U/d，代入得v = 2qU/m → v =
方法二（能量）：电场力做功等于动能增量，即qU = mv → v =
教师请两组代表上台板演，其他小组补充或质疑。
（三）、提炼规律：qU = mv 的普适意义
教师总结：“无论用哪种方法，我们都得到了相同的结果。这说明——电场力做的功等于带电粒子动能的增加量。这个结论不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场！只要知道初末位置的电势差U，就能直接求出速度变化。”强调该公式的简洁性与普适性，并指出其类似于重力势能转化为动能的过程。 1. 分析受力，判断运动性质。
2. 分组合作，推导速度公式。
3. 上台展示推导过程。
4. 理解能量转化规律。
评价任务 公式推导：☆☆☆
方法选择：☆☆☆
结论归纳：☆☆☆
设计意图 通过具体情境提出核心问题，驱动学生主动思考。采用“双路径推导”策略，既巩固了动力学知识，又突出了能量观点在解决变力或复杂路径问题中的优越性。小组合作促进思维碰撞，提升表达与批判能力。最终提炼出qU= mv 这一关键公式，帮助学生建立“电势差决定动能变化”的深刻物理观念。
新知探究二：偏转的“艺术”
【15分钟】 一、带电粒子的偏转：类比平抛的智慧 （一）、设置新情境：横向进入电场的粒子
教师展示新的示意图：同一对平行板，但现在粒子以水平初速度v 从左侧中央射入电场，电场方向仍竖直向下。提问：“此时粒子将如何运动？轨迹是直线还是曲线？为什么？”引导学生分析：水平方向不受力，做匀速直线运动；竖直方向受恒定电场力，做初速为零的匀加速直线运动。从而得出结论：粒子做类平抛运动。
（二）、构建模型：运动的合成与分解
教师引导学生建立坐标系：x轴水平向右，y轴竖直向下。设板长为L，板间电压为U，间距为d。要求学生分组推导以下问题：
1. 粒子在电场中运动的时间t？
2. 离开电场时竖直方向的速度vy？
3. 离开电场时的偏转位移y？
4. 离开电场时的速度方向（偏转角θ）？
教师提示：水平方向x = v t → t = L/v ；竖直方向a = qE/m = qU/(md)，vy = at，y = at 。各组完成后，教师选取典型答案投影展示，并引导全班订正。
（三）、深化理解：偏转灵敏度的影响因素
教师追问：“若要增大偏转位移y，可以采取哪些措施？”引导学生从公式y = (qU/md)(L/v ) 出发，讨论U、L、d、v 四个参数的影响。进一步提问：“在示波器中，我们希望电子束对输入电压敏感，即‘偏转灵敏度’高，该如何设计电极结构？”启发学生思考实际应用中的优化方向。 1. 判断运动性质，建立模型。
2. 分组推导偏转位移与角度。
3. 分析各物理量对偏转的影响。
4. 探讨实际应用中的优化策略。
评价任务 模型构建：☆☆☆
公式推导：☆☆☆
参数分析：☆☆☆
设计意图 通过改变初始条件引入偏转问题，体现知识的递进性。利用“类平抛”这一经典模型，实现知识迁移，降低学习难度。通过系统性的问题链引导学生自主推导关键公式，强化运动合成与分解的思想方法。最后回归科技应用，让学生体会物理规律如何指导工程技术设计，体现“从物理走向社会”的育人价值。
实验验证：看得见的轨迹
【8分钟】 一、模拟演示：示波管工作原理再现 （一）、实物展示与原理讲解
教师拿出示波管模型，指出电子枪、偏转电极（X、Y方向）、荧光屏等主要部件。结合PPT动画，讲解电子从阴极发射、经加速电压U 加速、再进入偏转电场U 被偏转的全过程。强调：“水平偏转电压控制x方向位移，垂直偏转电压控制y方向位移，两者合成即可在屏上画出任意图形。”
（二）、动态模拟：可视化粒子轨迹
播放计算机模拟动画：显示单个电子在加速电场中被加速，随后进入水平偏转板，在电压作用下发生偏转，最终打在荧光屏上的动态过程。动画中同步显示速度矢量分解、受力方向、轨迹曲线等要素。教师引导学生观察：“电子在不同区域的运动特点是什么？偏转位移与哪些因素有关？”
（三）、联系实际：从实验室到生活
教师拓展：“不仅是示波器，电视机显像管、电子显微镜、质谱仪都利用了带电粒子在电场中的加速与偏转原理。甚至现代医学中的质子治疗技术，也是通过精确控制带电粒子束来摧毁癌细胞。”让学生感受到物理知识的广泛应用与深远影响。 1. 观察示波管结构。
2. 观看模拟动画，理解工作流程。
3. 分析各阶段运动特征。
4. 了解科技应用实例。
评价任务 结构识别：☆☆☆
过程理解：☆☆☆
应用关联：☆☆☆
设计意图 通过实物模型与动态模拟相结合的方式，将抽象的微观运动具象化，弥补学生无法直接观察的缺憾。示波管作为典型应用案例，贯穿始终，强化“学以致用”的理念。联系现代科技与医疗技术，拓宽学生视野，激发民族自豪感与社会责任感，实现物理教育的育人功能升华。
课堂小结：微粒之舞，力控乾坤
【5分钟】 一、结构化回顾：知识网络构建 （一）、梳理主线：加速与偏转两大模型
教师引导学生共同回顾本节课核心内容：“我们今天研究了带电粒子在电场中的两种典型运动——加速与偏转。加速过程，我们抓住能量守恒，qU = mv 是核心；偏转过程，我们类比平抛，运用运动的合成与分解，得出偏转位移 y = (qUL )/(2mdv )。”边说边在黑板上绘制知识结构图：
中心词：“带电粒子在电场中的运动”
分支一：“加速” → 公式 qU = mv → 能量观点
分支二：“偏转” → 类比平抛 → 分解为x匀速、y匀加速 → 偏转位移公式
分支三：“应用” → 示波器、质谱仪、粒子加速器
（二）、升华主题：控制微观世界的钥匙
教师深情总结：“每一个带电粒子，都像宇宙中的一粒微尘，却能在人类智慧的指引下，画出精确的轨迹，传递信息，探索未知。正如居里夫人所说：‘生活中没有什么可怕的东西，只有需要理解的东西。’今天我们掌握的不仅是公式，更是打开微观世界大门的钥匙。愿你们在未来的学习中，继续用物理的眼光看世界，用科学的力量改变世界。” 1. 参与知识梳理。
2. 理解公式内涵。
3. 构建知识网络。
4. 感悟科学精神。
评价任务 知识归纳：☆☆☆
公式掌握：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用结构化方式帮助学生系统梳理知识脉络，形成清晰的认知框架。通过绘制思维导图强化记忆。结尾引用居里夫人名言，将物理学习上升至科学精神与人文情怀的高度，激励学生追求真理、勇于探索，实现知识、能力与情感态度价值观的统一升华。
作业设计
一、基础巩固：公式应用与计算
1. 一个电子（q = 1.6×10 C，m = 9.1×10 kg）从静止开始，经过1000 V的电压加速后，求其获得的速度大小。（提示：可用qU = mv ）
2. 一束电子以初速度v = 2.0×10 m/s沿水平方向射入长L = 0.1 m、间距d = 0.02 m的平行板电容器，板间电压U = 100 V。求电子离开电场时的偏转位移y和偏转角θ。（已知e/m = 1.76×10 C/kg）
二、能力提升：综合分析与建模
3. 如图所示，一带正电粒子质量为m，电荷量为q，从A点以初速度v 垂直进入匀强电场，电场方向竖直向上，粒子恰好从B点射出。已知AB水平距离为L，竖直距离为h，求电场强度E的大小。
（图示：A点在左，B点在右上方，轨迹为抛物线）
三、拓展探究：联系实际
4. 查阅资料，简述质谱仪是如何利用电场和磁场分离不同质量的带电粒子的。写出其工作原理中的关键物理过程。
【答案解析】
一、基础巩固
1. 由 qU = mv 得 v = √(2qU/m) = √(2×1.6×10 ×1000 / 9.1×10 ) ≈ 1.87×10 m/s
2. 加速度 a = (qE)/m = (qU)/(md) = (e/m)(U/d) = 1.76×10 × (100/0.02) = 8.8×10 m/s
时间 t = L/v = 0.1 / 2.0×10 = 5×10 s
偏转位移 y = at = 0.5×8.8×10 ×(25×10 ) = 1.1×10 m = 1.1 mm
v_y = at = 8.8×10 ×5×10 = 4.4×10 m/s
tanθ = v_y/v = 4.4×10 / 2.0×10 = 0.22 → θ ≈ 12.4°
二、能力提升
水平方向：L = v t → t = L/v
竖直方向：h = at = (qE/m)t → E = (2mh)/(qt ) = (2mh v )/(qL )
板书设计
带电粒子在电场中的运动
【中心板书】
一、加速运动
条件：初速为0，沿电场线方向
规律：qU = mv
思想：能量守恒
二、偏转运动
条件：v ⊥ E，匀强电场
模型：类平抛运动
分解：
　x方向：匀速直线运动　x = v t
　y方向：初速为0匀加速　y = at ，a = qE/m = qU/(md)
偏转位移：y = (qUL )/(2mdv )
偏转角：tanθ = v_y/v = (qUL)/(mdv )
三、应用实例
→ 示波器
→ 质谱仪
→ 粒子加速器
教学反思
成功之处
1. 以示波器为情境主线贯穿全课，增强了知识的真实感与吸引力，学生参与度高。
2. 采用“双路径推导”策略，有效对比了动力学与能量观点的优劣，深化了物理思维。
3. 板书结构清晰，突出模型建构与公式推导过程，利于学生形成系统认知。
不足之处
1. 偏转公式的推导时间略紧，部分基础薄弱学生未能完全跟上推导节奏。
2. 实验环节仅限于演示与模拟，缺乏学生动手操作的机会，探究深度有待加强。
3. 对非匀强电场中粒子运动的拓展不足，未能满足部分学有余力学生的需求。