物理：1.6 示波器的奥秘 课件(粤教版选修3-1)

一、带电粒子的加速 1．带电粒子的分类 ． (1)基本粒子 基本粒子 如电子、质子、 粒子 粒子、 如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明 确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略 确的暗示以外，一般都不考虑重力 但并不忽略 质量)． 质量 ． (2)带电微粒 带电微粒 如液滴、油滴、尘埃、小球等， 如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有 明确的暗示以外，一般都不能忽略重力． 明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．
1 2 电场线方向) ＝ vy＝ at y＝2at (电场线方向)
2．导出关系 ．
ql U 粒子离开电场时的侧移位移为： ＝ 粒子离开电场时的侧移位移为： y＝ 2 2mv0 d vy qlU 粒子离开电场时的偏转角 粒子离开电场时的偏转角 tanθ＝ ＝ 2 ＝ v0 mv0 d 粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切 tanα＝ ＝ y qUl ＝ 2 . l 2mv0 d
U 提示： 提示：设平行金属板间距为 d，则 a＝ q . ， ＝ dm
qE qU 竖直方向做_______运动 加速度 a＝ F/m＝ ___＝ . 运动， 竖直方向做 匀加速 运动， ＝ ＝m ＝ md at2 射出电场时竖直偏移的距离 y＝ ，其中 t 为飞行时 ＝ 2 间． l＝v0t 可求得 t＝ l ， ＝ 水平方向做______运动 运动， 水平方向做 匀速 运动 ，由 _______可求得 ＝ v0 1 qU l 2 2 at · ·( ) 将 a 和 t 代入 y＝ 得 y＝ _________. ＝ ＝ 2 md v0 2
2
3．几个推论 ． (1)粒子离开电场时的速度方向反向延长交于板长 粒子离开电场时的速度方向反向延长交于板长 l 的正中央，根据 y/tanθ＝ l/2. 的正中央， ＝ (2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏 位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏 1 1 转角正切的 ，根据 tanα＝ tanθ. ＝ 2 2
第六节 示波器的奥秘
课标定位 学习目标： 掌握带电粒子在电场中加速和偏 学习目标：1.掌握带电粒子在电场中加速和偏 转所遵循的规律． 转所遵循的规律． 2．知道示波管的主要构造和工作原理． ．知道示波管的主要构造和工作原理． 重点难点： 重点难点：应用动力学的观点和功能关系来分 析带电粒子在电场中加速和偏转问题． 析带电粒子在电场中加速和偏转问题．
qE x 1 2 解析： 解析 ：选 C.据 y＝ at ，a＝ ，t＝ 知 ，带电粒 据 ＝ ＝ ＝ m 2 v0 qE 2 子在电场中的轨迹方程为 y＝ ＝ 由此看出只 2 x .由此看出只 2mv0 q 相同， 要粒子的电荷量与质量比 相同 ，它们的轨迹就 m 相同， 项正确． 相同， C 项正确．
即时突破， 即时应用 (即时突破，小试牛刀 即时突破 小试牛刀) 1．(双选 如图 －6－3所示，电量和质量都相 双选)如图 所示， ． 双选 如图1－ － 所示 同的带正电粒子以不同的初速度通过A、 两 同的带正电粒子以不同的初速度通过 、 B两 板间的加速电场后飞出，不计重力的作用， 板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则 ( )
二、带电粒子的偏转 如图1－ － 所示 带电粒子以初速度v 所示， 如图 －6－4所示，带电粒子以初速度 0垂直 电场线进入匀强电场， 电场线进入匀强电场，
图1－6－4 － －
qE qU 加速度 a＝ ＝ . ＝ m md 1．基本关系 ． ＝ (初速度方向) vx ＝v0 x＝ v0t(初速度方向)
图1－6－6 － －
【思路点拨】 解答本题应明确以下三点： 思路点拨】 解答本题应明确以下三点： (1)离开加速电场时的速度即为进入偏转电场的速 离开加速电场时的速度即为进入偏转电场的速 度． (2)电子在偏转电场中的运动时间可据平行板方向 电子在偏转电场中的运动时间可据平行板方向 的运动求出． 的运动求出． d (3)电子能从板间飞出的条件是偏移距离 y≤ . 电子能从板间飞出的条件是偏移距离 ≤ 2
课堂互动讲练
带电粒子在电场中的加速
例1
(单选 两平行金属板相距为 d，电势差为 U， 单选)两平行金属板相距为 ， 单选 ， 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， 然后返回， 极板的方向射出， 最远到达 A 点，然后返回，如 图 1－ 6－ 5 所示， OA ＝ h，此电子具有的初动 － － 所示， ， 能是( 能是 )
选择条件
特别提醒： 对带电粒子进行受力分析 对带电粒子进行受力分析、 特别提醒 ： (1)对带电粒子进行受力分析 、 运动 特点分析、 力做功情况分析是选择规律解题的 特点分析 、 关键． 关键． (2)选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑 ， 选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑， 选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑 应用功能关系列式简单、方便，不易出错． 应用功能关系列式简单、方便，不易出错．
【答案】 答案】
D 用能量观点分析问题是解决问
方法总结】 【方法总结】
题主要方法之一，要把功能关系和物体运动分 题主要方法之一， 析和受力分析结合起来， 析和受力分析结合起来，能够达到事半功倍的 效果． 效果．
带电粒子在电场中的偏转
例2
一束电子流在经U＝ 一束电子流在经 ＝5000 V的加速电场加 的加速电场加 速后， 速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的 匀强电场，如图1－ － 所示 若两板间距d＝ 所示， 匀强电场，如图 －6－6所示，若两板间距 ＝ 1.0 cm，板长 ＝5.0 cm，那么，要使电子能从 ，板长l＝ ，那么， 平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？ 平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？
3．处理方法 ． 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析， 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析， 其比较如下： 其比较如下：
两个角度 内容 动力学角度 应用牛顿第 二定律结合 匀变速直线 运动公式 匀强电场， 匀强电场， 电场力是恒 力 功能关系角度
涉及Βιβλιοθήκη Baidu识
功的公式及动能定 理 可以是匀强电场， 可以是匀强电场， 也可以是非匀强电 场，电场力可以是 恒力， 恒力，也可以是变 力
2．带电粒子的加速 ． 当带电粒子以平行电场的方向进入电场后， 当带电粒子以平行电场的方向进入电场后，所 受电场力与其运动方向共线， 受电场力与其运动方向共线，在不计其他受力 的情况下，带电粒子做匀加(减 速直线运动 速直线运动， 的情况下，带电粒子做匀加 减)速直线运动，电 场力与速度方向相同时， 场力与速度方向相同时，带电粒子做匀加速直 线运动，示波器、电视显像管中的电子枪， 线运动，示波器、电视显像管中的电子枪，回 旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的． 旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的．
一、带电粒子的加速 如图1－ － ， 质量为m，带正电q的粒子 的粒子， 如图 －6－1，质量为 ，带正电 的粒子 ，在 电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动 的过程中． 的过程中．
图1－6－1 － －
1．电场力对它做的功 ． W＝ ______. ＝ qU 2．带电粒子到达负极板速率为 v，它的动能为 ． ，
图1－6－5 － －
edh A. U eU C. dh
B． edUh ． eUh D. d
【精讲精析】 电子从 O 点到 A 点，因受电场力 精讲精析】 作用，速度逐渐减小．根据题意和图示判断， 作用 ，速度逐渐减小．根据题意和图示判断 ，电 子仅受电场力，不计重力．这样， 子仅受电场力，不计重力．这样，我们可以用能 U 1 2 量守恒定律来研究问题． 量守恒定律来研究问题． mv0 ＝ eUOA.因 E＝ ， 即 因 ＝ d 2 Uh 1 2 eUh UOA＝ Eh＝ ，故 mv0 ＝ .所以 D 正确． ＝ 所以 正确． d d 2
三、示波器探秘 1．如图 －6－2所示为示波管的结构图． 所示为示波管的结构图． ．如图1－ － 所示为示波管的结构图
图1－6－2 － －
1．灯丝 2.阴极 3.控制极 4.第一阳极 5. ． 阴极 控制极 第一阳极 竖直 第二阳极6.第三阳极 第二阳极 第三阳极 7._________ 偏转系统 水平 8.________ 偏转系统 荧光屏 偏转系统9.荧光屏 2． 原理 ： 灯丝通电后给阴极加热 ， 使阴极发 ． 原理： 灯丝通电后给阴极加热， 射电子． 电子经阳极和阴极间的________加 射电子 ． 电子经阳极和阴极间的 电场 加 速聚集形成一个很细的电子束射出，电子打在 速聚集形成一个很细的电子束射出， 管底和荧光屏上，形成一个小亮班． 管底和荧光屏上，形成一个小亮班．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_________大小来控制．如果加在 大小来控制． 偏转极上的 电压 大小来控制 电压 竖直极板上的_______是随时间正弦变化的信 竖直极板上的 是随时间正弦变化的信 号 ， 并 在 水 平 偏 转 板 上 加 偏转电压 的 上适当 __________， 荧光屏上就会显示出一条正弦 ， 曲线． 曲线．
图1－6－3 － －
A．它们通过加速电场所需的时间相等 ． B．它们通过加速电场过程中动能的增量相等 ． C．它们通过加速电场过程中速度的增量相等 ． D．它们通过加速电场过程中电势能的减少量 ． 相等 解析： 由于电量和质量都相等， 解析 ： 选 BD.由于电量和质量都相等， 因此产 由于电量和质量都相等 生的加速度相等， 生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过 电场所用时间越短，加速时间越短， 电场所用时间越短，加速时间越短，则速度的 变化量越小； 由于电场力做功W＝ 与初速 变化量越小 ； 由于电场力做功 ＝ qU与初速 度及时间无关， 度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功 相等，则它们通过加速电场过程中电势能的减 相等， 少量相等，动能增加量也相等． 少量相等，动能增加量也相等．
特别提醒： 该类运动与之前所学的平抛运动 特别提醒 ： (1)该类运动与之前所学的平抛运动 处理方法相似， 处理方法相似 ， 两种运动重要的区别是加速度 的不同． 的不同． (2)对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择 对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择 动能定理求解， 但只能求出速度大小， 动能定理求解 ， 但只能求出速度大小 ， 不能求 出速度方向， 涉及到方向问题， 出速度方向 ， 涉及到方向问题 ， 必须采用把运 动分解的方法． 动分解的方法．
1 2 mv 2 Ek＝ ________.
1 2 3．根据 动能定理 可知，qU＝ mv 可解出 v＝ 可知， ＝ ．根据___________可知 ＝ 2
2qU m _______.
4．带电粒子在非匀强电场中加速，上述结果仍适 ．带电粒子在非匀强电场中加速， 用．
思考感悟 1． 上述两平行金属板间为匀强电场 ， 带电粒 ． 上述两平行金属板间为匀强电场， 子在板间运动时的加速度为多少？ 子在板间运动时的加速度为多少？
二、带电粒子的偏转 1．偏转的距离 y ．
qUl 2．偏转角度 φ ． 离开电场时竖直方向的分速度 v⊥ ＝ at＝ ______， ＝ mdv0 ， qUl v⊥ mdv2 tanφ＝ ＝ _________. ＝ 0 v0
思考感悟 2． 带电粒子在电场中的运动是直线还是曲线 ． 与哪些因素有关呢？ 与哪些因素有关呢？ 提示：在匀强电场中，只受电场力作用时， 提示：在匀强电场中，只受电场力作用时，若 v0＝0为直线运动；若v0≠0，但v0与电场力在 为直线运动； 为直线运动 ， 一条直线上，做直线运动； 一条直线上，做直线运动；有夹角则做曲线运 若垂直则做类平抛运动． 动；若垂直则做类平抛运动．非匀强电场中较 为复杂， 为复杂，例如在点电荷的电场中可做匀速圆周 运动． 运动．
即时突破， 即时应用 (即时突破，小试牛刀 即时突破 小试牛刀) 2． (单选 一束带电粒子以相同的速率从同一位 单选)一束带电粒子以相同的速率从同一位 ． 单选 垂直于电场方向飞入匀强电场中， 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 ．