课堂新坐标高中物理第1章电场第6节示波器的奥秘课件粤教版选修310116296

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[核心点击] 1.基本关系 vx=v0 x=v0t初速度方向 vy=at y=12at2电场线方向 2.导出关系 粒子离开电场时的侧向位移为:y=2qml2vU20d 粒子离开电场时的偏转角的正切 tanθ=vv0y=mqvlU20d 粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切 tanα=yl=2mqUv20ld.
的比荷,轨迹便相同,故只有 C 正确. 【答案】 C
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5.一束电子流在经 U=5 000 V 的加速电场加速后,在距两极板等 距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图 1-6-4 所示,若两板间距 d =1.0 cm,板长 l=5.0 cm,那么,要使电子能从平行板间飞出,两个 极板上最多能加多大电压?
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带电粒子的偏转(垂直进入匀强电场)
[先填空] 1.运动特点 垂沿直着电电场场方方向向::不受受恒力定,的做电场__匀力__速,__做_直_初_线_速运度动为. 零的 _匀___加__速__(_j_iā__s运ù)动直.线
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2.运动规律
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[再判断] 1.带电粒子在匀强电场中一定做类平抛运动.(× ) 2.带电粒子在匀强电场中偏转时,粒子做匀变速曲线运动.( √ ) 3.偏转距离与粒子垂直进入匀强电场中的初动能成反比.( √ )
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来自百度文库 示波器探秘
[先填空] 1.构造 示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部主要由 _电___子__枪__ (发射电子的灯丝、加速电极组成)、__偏__转___(p__iā_n(z由hu一ǎ对n)电X 偏极转电极板 和一对 Y 偏转电极板组成)和__荧__光___屏_组成,如图 1-6-5 所示.
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[再判断] 1.示波器是带电粒子加速和偏转的综合应用.(√ ) 2.电视机光屏越大,则偏转电压对应也较大.(√ ) 3.示波管荧光屏上显示的是电子运动的轨道.(× )
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[后思考] 当示波管的偏转电极没有加电压时,电子束将打在荧光屏什么位置? 【提示】 偏转电极不加电压,电子束沿直线运动,打在荧光屏中心,形 成一个亮斑.
大的是( )
A.质子
B.氘核
C.氦核
D.钠离子
【解析】 由 qU=12mv2,v= 【答案】 A
2mqU,所以比荷mq大的速度大,A 正确.
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2.(多选)如图 1-6-2 所示,电量和质量都相同的两带正电 粒子以不同的初速度通过 A、B 两板间的加速电场后飞出,不 计重力的作用,则( ) 【导学号:30800010】
A.初速度大的粒子通过加速电场所需的时间短 B.初速度小的粒子通过加速电场过程中动能的增量大 C.两者通过加速电场过程中速度的增量一定相等 D.两者通过加速电场过程中电势能的减少量一定相等
图 1-6-2
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【解析】 在电场中,两粒子的加速度相同,由 d=v0t+12at2 知,速度大的 用的时间短,A 对,由动能定理,ΔEk=W=qU 相同,B 错,由 Δv=at 知初速 度小的时间长,Δv 大 C 错,电势能的减小量等于电场力的功,-ΔEp=W=qU, 相同,D 对.
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[合作探讨] 探讨 一台正常工作的示波管,突然发现荧光屏上画面的高度缩小了,试 分析产生故障的原因 【提示】 可能是加速电压偏大或偏转电压减小引起的.
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[核心点击] 1.示波管是一个重要实例,在处理这类实际问题时,应注意以下几个重要 结论: (1)初速为零的不同带电粒子,经过同一加速电场、偏转电场,打在同一屏 上时的偏转角、偏转位移相同. (2)初速为零的带电粒子经同一加速电场和偏转电场后,偏转角 φ 偏转位移 y 与偏转电压 U2 成正比,与加速电压 U1 成反比,而与带电粒子的电荷量和质量无 关. (3)在结论(1)的条件下,不同的带电粒子都像是从 l/2 处沿射出速度方向沿直 线射出一样,当电性相同时,在光屏上只产生一个亮点,当电性相反时,在光 屏上产生两个中心对称的亮点.
度的大小分别是 E1=2.0×103 N/C 和 E2=4.0×103 N/C,方 向如图 1-6-2 所示,带电微粒质量 m=1.0×10-20 kg,带
图 1-6-3
电量 q=-1.0×10-9 C,A 点距虚线 MN 的距离 d1=1.0 cm,不计带电微粒的重
力,忽略相对论效应.求:
(1)B 点距虚线 MN 的距离 d2; (2)带电微粒从 A 点运动到 B 点所经历的时间 t.
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2.示波管实际工作时,竖直偏转板和水平偏转板都要加一定的电压,一般 加在 XX′电极上的电压是扫描电压,它使电子束做横向(面向荧光屏而言)的水 平匀速扫描,在 YY′电极加的是要研究的信号电压,它使电子束随信号电压的 变化在纵向做竖直方向的扫描,若两者周期相同,在荧光屏上就会显示出随时 间而变化的信号电压波形.显然这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分 运动合成的结果,信号电压与扫描电压也是两个不同的电压.
图 1-6-5
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2.原理 (1)扫描电压:XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压. (2)灯丝被电源加热后,出现热电子发射,发射出来的电子经加速电场加速 后,以很大的速度进入偏转电场,如在 Y 偏转板上加一个__信__号__(_x_ì_n_h,ào在)电X 压偏 转板上加一__扫__描___(_sǎ__o,m在iáo荧)电光屏压上就会出现按 Y 偏转电压规律变化的可视图 象.
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分析带电粒子加速运动问题的两点提醒 (1)对于匀强电场虽然用动力学观点和功能观点均可求解, 但运用功能观点列式更简单,故应优先选用功能观点. (2)若电场为非匀强电场,带电粒子做变加速直线运动,不 能通过牛顿运动定律途径求解.注意 W=qU 对一切电场适用, 因此从能量的观点入手,由动能定理来求解.
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4.一束正离子以相同的速率从同一位置,垂直于电场方向飞入匀强电场中,
所有离子的轨迹都是一样的,这说明所有离子( )
A.都具有相同的质量
B.都具有相同的电量
C.具有相同的比荷
D.都是同一元素的同位素
【解析】 轨迹相同的含义为:偏转位移、偏转角度相同,即这些离子通
过电场时轨迹不分叉,y=2UdqmLv202,tanθ=vv⊥0 =dUmqvL20,所以这些离子只要有相同
2.处理方法
可以从动力学和功能关系两个角度进行分析,其比较如下:
两个角度 动力学角度
功能关系角度
应用牛顿第二定律结合
涉及知识
功的公式及动能定理
匀变速直线运动公式
可以是匀强电场,也可以是非匀
匀强电场,静电力是恒
选择条件
强电场,电场力可以是恒力,也

可以是变力
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1.下列粒子从初速度为零的状态经过电压为 U 的电场加速后,粒子速度最
2qU v=_____m__.
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[再判断] 1.带电粒子在电场中只能做加速运动.(× ) 2.处理带电粒子加速问题时,也可利用牛顿定律.( √ ) 3.带电粒子在电场中加速时,不满足能量守恒.( × )
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[后思考] 动能定理是分析带电粒子在电场中加速常用的方法,试想该方法适用于非 匀强电场吗? 【提示】 适用,由于 W=qU 既用于匀强电场又适用于非匀强电场,故 qU =12mv2-12mv20适用于任何电场.
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知识脉络
带电粒子的加速
[先填空] 1.基本粒子的受力特点:对于质量很小的基本粒子,如电子、质子等,虽 然它们也会受到万有引力(重力)的作用,但万有引力(重力)一般__远__小___于_静电力, 可以_忽__略__.(hūlüè) 2初.速带度电为粒零子的加带速电问粒题子的,处经理过方电法势:差利为用U__的动__电能__场_定_加_理_速_(分d后ò析,nɡq.Uné=nɡ__d_12ì_mn_ɡv_2l_ǐ,) 则
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[后思考] 带电粒子在电场中做类平抛的条件是什么? 【提示】 (1)偏转电场为匀强电场. (2)带电粒子必须以初速度 v0 垂直于电场线方向进入电场.
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[合作探讨] 探讨 大量带电粒子,质量不同,带电量相同,以相同的速度垂直电场进 入并穿过同一个电场,它们的运动时间相同吗?运动轨迹相同吗? 【提示】 在水平方向上做匀速运动,由 l=v0t 知运动时间相同.由 y=2qml2vU02d 可知,v0 和 q 相同时,若 m 不同,则 y 不同,故轨迹不同.
【答案】 AD
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3.反射式速调管是常用的微波器件之一,它利用电子
团在电场中的振荡来产生微波,其振荡原理与下述过程类
似.如图 1-6-3 所示,在虚线 MN 两侧分别存在着方向相
反的两个匀强电场,一带电微粒从 A 点由静止开始,在电
场力作用下沿直线在 A、B 两点间往返运动.已知电场强
图 1-6-4
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【解析】 设极板间电压为 U′时,电子能飞离平行板间的偏转电场. 加速过程,由动能定量得:eU=12mv20.① 进入偏转电场,电子在平行于板面的方向上做匀速运动: l=v0t.② 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动,加速度: a=mF=eUdm′,③
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[合作探讨]
如图 1-6-1 所示,两平行金属板间电压为 U.板间距离为
d.一质量为 m,带电量为 q 的正离子在左板附近由静止释放.
探讨 1:正离子在两板间做什么规律的运动?加速度多大? 【提示】 正离子在两板间做初速度为零的匀加速直线运
动.加速度 a=qdUm. 探讨 2:正离子到达负极板时的速度多大?
偏转距离:y=12at2,④ 能飞出的条件为:y≤d2.⑤ 解①②③④⑤式得: U′≤2Ul2d2=2×550×001×0-2102 -22 V=400 V. 【答案】 400 V
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分析粒子在电场中运动的三种思维方法 1.力和运动的关系:分析带电体的受力情况,确定带电体 的运动性质和运动轨迹,从力和运动的角度进行分析. 2.分解的思想:把曲线运动分解为两个分运动进行分析. 3.功能关系:利用动能定理或能量守恒分析求解.
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【解析】 (1)带电微粒由 A 运动到 B 的过程中,由动能定理有 qE1d1-qE2d2 =0
得 d2=EE12d1=0.50 cm (2)设微粒在虚线 MN 两侧的加速度大小分别为 a1、a2,由牛顿第二定律有 qE1=ma1 qE2=ma2
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设微粒在虚线 MN 两侧运动的时间分别为 t1 和 t2,由运动学公式有 d1=12a1t21 d2=12a2t22 t=t1+t2 联立方程解得 t=1.5×10-8s 【答案】 (1)0.50 cm (2)1.5×10-8 s








第六节 示波器的奥秘


(
x

u

é

y

è)




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学习目标 1.学习运用静电力、电场强度等概念 研究带电粒子在电场中运动时的加 速度、速度和位移等物理量的变 化.(重点) 2.学习运用静电力做功、电势、电 势差、等势面等概念研究带电粒子在 电场中运动时的能量转化.(重点、 难点) 3.了解示波器的工作原理,体会静 电场知识对科学技术的影响.(难点)
图 1-6-1
【提示】 由 qU=12mv2 可得 v=
2qU m.
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[核心点击] 1.带电粒子的加速 当带电粒子进入电场中时,在电场力的作用下做加速运动,电场力对带电 粒子做正功,带电粒子的动能增加.示波器、电视机显像管中的电子枪就是利 用电场对带电粒子进行加速的.
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3.几个推论 (1)粒子从偏转电场中射出时,其速度反向延长线与初速度方向延长线交于 一点,此点平分沿初速度方向的位移. (2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正切的12,即 tanα=12 tanθ. (3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子,不论 m、q 是否相同, 只要 q/m 相同,即荷质比相同,则偏转距离 y 和偏转角 θ 相同. (4)若以相同的初动能 Ek0 进入同一个偏转电场,只要 q 相同,不论 m 是否 相同,则偏转距离 y 和偏转角 θ 相同. (5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压 U 相同),进入同一 偏转电场,则偏转距离 y 和偏转角 θ 相同.
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