课程基本信息
课例编号
2020QJ11WLRJ013
学科
物理
年级
高二
学期
上学期
课题
带电粒子在电场中运动（第一课时）
教科书
书名：物理必修（第三册）
出版社：人民教育出版社
出版日期：
2019年
6月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
学习目标
目标一：回顾研究运动问题的基本方法；
会从运动和力的观点或者能量观点解决问题
目标二：理解带电粒子在电场中加速过程，掌握多级加速器的加速原理
目标三：学会解决带电粒子在电场中运动的一般方法
课前学习任务
【学习任务一】
阅读课本，思考
问题1：为什么要对带电粒子进行加速？
问题2：研究物体运动的一般思路是什么？
问题3：在电场中，如何分析带电粒子的运动？
【学习任务二】
阅读课本，初步了解粒子加速器原理
课上学习任务
【学习任务一】
1.想一想：研究带电粒子在电场中运动的基本思想
例题1：如图所示，真空中平行金属板A、B之间的距离为d，有一个质量为m电荷量为q的正粒子位于A板旁，给两金属板加直流电压U，把两板间的电场看做匀强电场。求：该粒子从A板由静止开始运动到达B板时的速度vB。
2.总结：带电粒子在电场中加速的基本规律和方法
【学习任务二】
研究多级加速器
1.观看多级加速器模型，定性分析其加速原理
2.观看多级加速器模拟视频，体会加速过程
3.利用多级加速器加速规律，进行定量计算和讨论
【学习任务三】
逐层讨论带电粒子在电场中的运动规律
例题2：如图所示，有一个带正电的点电荷形成的电场。一个电荷量为+q质量为m的带电粒子沿电场线方向向右进入该电场，该粒子先后通过A、B两点，且通过A点时的速度为vA。已知A、B两点的电势分别为φA和φB，求：粒子通过B点的速度vB有多大。
【学习任务四】
总结归纳解决带电粒子在电场中的运动的一般方法
课后推荐资源
1．360百科《粒子加速器》
https://baike.so.com/doc/5335128-5570566.html课程基本信息
课例编号
2020QJ11WLRJ014
学科
物理
年级
高二
学期
上学期
课题
带电粒子在电场中运动（第二课时）
教科书
书名：物理必修（第三册）
出版社：人民教育出版社
出版日期：
2019年
6月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
学习目标
目标一：回顾分析带电粒子在电场中运动的基本方法；熟悉垂直于电场线进入匀强电场的带电粒子的运动特点
目标二：对匀强电场中的偏转问题，做定量分析，如：计算偏移距离、偏转角度以及离场速度等物理量
目标三：在掌握加速与偏转规律基础上，逐步掌握示波管的成像原理
课前学习任务
【学习任务一】
阅读课本，思考
问题1：如何分析初始条件为初速度与受力垂直的曲线运动？
问题2：尝试思考两种解决偏转问题的思想方法
【学习任务二】
问题1：阅读课本，初步了解示波管的基本原理
问题2：如何将偏转规律与示波管原理相结合
课上学习任务
【学习任务一】
想一想：如何实现用示波器来观察电信号；从基本规律的认识和运用入手
例题1：有一个带电粒子以水平方向的初速度进入一个竖直方向的匀强电场区域，在离开电场区域时与刚进入时相比较，这个粒子有哪些变化呢？
【学习任务二】
通过观察模拟实验，加深对带电粒子在电场中偏转的认识
1.观察偏转装置模型特点，对实验结果作出推测
2.观看实验操作视频，与自己的推测进行比较
【学习任务三】
1.运用偏转问题的规律进行定量计算
例题2：如图所示，电子由静止开始经加速电场后以速度v0沿平行于板面方向射入竖直方向的偏转电场，AB两板间的电场看做匀强电场。已知极板间的电压U为200
V，极板的长度l为6.0
cm，两板相距d为2
cm，v0为3.0×107
m/s。求电子离开偏转电场时沿垂直板面方向的偏移距离Δy、偏转角度θ以及加速电场电压U0。
2.讨论偏移距离与偏转电压的关系
【学习任务四】
结合偏转规律，逐层讨论示波管成像原理
1.介绍示波管实物与结构原理图
2.定量讨论光斑的荧光屏上的偏移位置与偏转电压的关系
3.用描点思想，探究方波在荧光屏上成像过程
【学习任务五】
总结归纳
1.带电粒子在电场中的加速偏转规律以及两种思想方法
2.理论与应用之间的联系
课后推荐资源
360百科《示波器》
https://baike.so.com/doc/5402722-5640408.html#5402722-5640408-5课程基本信息
课例编号
2020QJ11WLRJ013
学科
物理
年级
高二
学期
上学期
课题
带电粒子在电场中的运动（第一课时）
教科书
书名：物理必修（第三册）
出版社：人民教育出版社
出版日期：
2019
年
6月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
课后练习
练习与应用（教材49页）
第1题、第2题、第6题
补充练习
1.如图(a)所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图(b)所示的交变电压，一个带正电粒子被固定在两板的正中间P处。
（1）若在0时刻释放该粒子，粒子将会如何运动？
（2）若在T/4时刻释放该粒子，粒子又将会如何运动？
2.A、B是一条电场线上的两点，若在A点释放一个初速为零的电子，电子仅受静电力作用，并沿电场线从A运动到B，其速度随时间变化的规律如图所示。请分别比较A、B两点的电场强度EA、EB，电势ΦA、ΦB的大小关系，并说明原因。
3.图中虚线为电场中与场强方向垂直的等间距平行直线，两粒子M、N质量相等，所带电荷量的绝对值也相等。现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点，不计重力。
（1）判断M与N的电性
（2）判断M在O点和b点电势能的大小关系
（3）判断N在a点速度与M在c点速度的大小关系
补充练习答案及解析
1.答案：
（1）若在0时刻释放该粒子
粒子将会向右做T/2的匀加速直线运动，再向右做T/2的匀减速直线运动，不断重复这种运动……最终撞击右极板（也可能在第一次向右匀加速直线运动过程中，就撞击右极板了）。
（2）若在T/4时刻释放该粒子
粒子将会向右做T/4的匀加速直线运动，再向右做T/4的匀减速直线运动，再向左做T/4的匀加速直线运动，再向左做T/4的匀减速直线运动，不断重复这种往复运动。（也可能在最初两个T/4的运动中，就撞击右极板了）
解析：粒子在匀强电场中受到周期性的静电力作用，每一小段电势差不变的时候，静电力恒定，粒子都做匀变速直线运动，结合匀变速直线运动的规律就会很快分析出结果。
2.答案：
EA
解析：
将电子由静止释放，电子受到静电力与运动方向一致做加速直线运动。由速度图像可知，电子运动过程中速度图像切线斜率不断变大，即加速度不断增大，说明静电力不断增大，说明电场强度变大EA
3.答案：
（1）M带正电N带负电
（2）相等
（3）相等
解析：
由于O点电势高于c点，可知电场方向向下。
根据曲线运动时，力与速度夹轨迹，M粒子在O点受静电力方向向下，为正粒子，同理可知N为负粒子。
虚线为电场中与场强方向垂直的等间距平行直线，即等差等势线。O点和b点是位于同一条等势线上的两点，M在O点和b点电势能自然相等。
从O到a静电力对N粒子做正功，从O到c静电力对M粒子也做正功，且做功相等。它们的动能增加量一样，初动能一样，因此N在a点与M在c点的动能大小相等，两粒子的质量相等，所以，它们的速度大小也相等。课程基本信息
课例编号
2020QJ11WLRJ014
学科
物理
年级
高二
学期
上学期
课题
带电粒子在电场中的运动（第二课时）
教科书
书名：物理必修（第三册）
出版社：人民教育出版社
出版日期：
2019
年
6月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
课后练习
练习与应用（教材49页）
第3题、第4题、第5题
补充练习
1.两平行金属板间为匀强电场，具有相同荷质比的不同带电粒子，以相同的速度垂直于电场线的方向射入该匀强电场，经过电场后它们的偏转角度会一样吗？请分析说明。
2.示波管的主要结构由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。在电子枪中，电子由阴极K发射出来，经加速电场加速，然后通过两对相互垂直的偏转电极形成的电场，发生偏转。其示意图如图（图中只给出了一对YY/方向偏转的电极）所示。已知：电子质量为m，电量为e，两个偏转电极间的距离为d，偏转电极边缘到荧光屏的距离为L。没有加偏转电压时，电子从阴极射出后，沿中心打到荧光屏上的O点时动能为E0。设电子从阴极发射出来时的初速度可以忽略，偏转电场只存在于两个偏转电极之间。求：⑴电子枪中的加速电压U是多少？⑵如果YY/方向的偏转电极加的偏转电压是Uy，电子打到荧光屏上P点时的动能为Et，求电子离开偏转电场时，距中心线的距离Sy。
3．如图所示，氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速度地飘入电场线水平向右的加速电场E1，之后进入电场线竖直向下的匀强电场E2发生偏转，最后打在屏上。整个装置处于真空中，不计粒子重力及其相互作用，那么
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
4．如图所示，平行金属板A、B水平正对放置，分别带等量异号电荷。一个带电微粒水平射入板间，在重力和电场力共同作用下运动，轨迹如图中虚线所示，那么
A．若微粒带正电荷，则A极板一定带正电荷
B．微粒从M点运动到N点电势能一定增加
C．微粒从M点运动到N点动能一定增加
D．微粒从M点运动到N点机械能一定增加
5.下面是示波管示意图，根据所给电压，大体画出示波器屏幕上所显示的图像
甲
乙
丙
1.答案：相同
解析：带电粒子在匀强电场中偏转，偏转角满足以下规律，
尽管两种粒子种类不同，由于等式右边的荷质比相同，初速度相同，而E、x分别表示电场强度和在电场中运动的宽度，这两个量也相同。所以，偏转角度是相同的。
我们发现，如果是两种粒子的电荷量相同，并且具有相同的初动能，也能得出偏转角相同的结论。
2.答案：
⑴
⑵
解析：没有加偏转电压的时候，只存在电子枪产生的加速电场，根据动能定理可得，，
求出结果
题目要求电子离开偏转电场时，距中心线的距离Sy，而在已知条件中给了离开偏转电场后的动能。直接用动能定理针对偏转过程求解更加简便，不要用运动学公式来做。
求出结果
3．答案：AD
解析：氕核、氘核、氚核三种粒子具有相同的电荷量，但质量不同。
设加速电场电压为U，偏转电场的场强为E，偏转电场的板长为l，则粒子穿过偏转电场过程的侧移量为与质量无关，全过程电场力做功W=Uq+Eqy相同。两电场分别对粒子做的功也相同；
粒子射出时动能相同，但质量不同，因此速度大小不同；
粒子从加速电场射出时动能相同，但速度不同，氕核速度最大，加速阶段的平均速度最大，用时最少，偏转过程水平速度不变，氕核用时也最少；
由于偏转过程侧移相同，偏转角也相同，因此一定打到屏上的同一位置。
4.答案：C
与在偏转电场运动的规律一致，只是重力和静电力的合力提供加速度。
轨迹为抛物线，合力方向竖直向下。此时，静电力方向向下（大小不确定）或向上（静电力小于重力）均可，因此，两块极板的电性也无法确定；
微粒从M到N合力做正功，动能一定增加；
静电力做功等于机械能改变也等于电势能的减少量，由于静电力方向无法确定，静电力做功正负也无法确定，因此微粒的机械能可能增大可能减小，而电势能可能减小可能增大。
5.答案：如图甲、乙、丙所示
