2.5 《探究电子束在示波管中的运动》ppt课件(沪科版选修3-1)
高中物理第二章电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动电子束的偏转与聚焦素材沪科版选修3_1
电子束的偏转与聚焦
、电聚焦原理
电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。
在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。
要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那
2
图2
方向外加一个均匀磁场，那么以速度v飞越子电子在Y方向上也会发生偏转，
B
带点粒子的电量与质量的比值叫荷质比，是带电微观粒子的基本参量之一。
测定荷质比的方法很多，本实验采用。
高中物理 第二章 电场与示波器 2.5 探究电子束在示波管中的运动 电子束的偏转与聚焦素材 沪科版选修3-1
电子束的偏转与聚焦一、实验目的：1、了解示波管的构造和工作原理2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况3、学会规范使用数字多用表4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法二、实验原理： 1、示波管的结构示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。
灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。
2、电聚焦原理电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。
在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。
栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。
所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。
当栅极上的电压负到一定的图2程度时，可使电子射线截止，辉度为0。
加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。
前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。
由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。
这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。
改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。
3、电偏转原理在示波管中，电子从被加热的阴极K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。
令Z 轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X 轴为水平方向向右，Y 轴为垂直方向向上。
高中物理 2.5《探究电子束在示波管中的运动》课件 沪科选修31
【答案】 (1)0.50 cm (2)1.5×10－8 s 【方法指引】(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 的关键． (2)牛顿运动定律和运动学公式只能在匀强电场 中适用，而功能关系对一切电场都适用，所以 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．
1．带电粒子在电场中运动忽略重力的条件 (1)当带电粒子的重力远小于静电力时，粒子 的重力就可以忽略． (2)微观带电粒子，如电子、质子、离子、α粒 子等除有说明或有明确暗示外,处理问题时均 不计重力．而带电的液滴、小球等除有说明 或有明确暗示外,处理问题时均应考虑重力．
2．带电粒子在电场中运动的四条规律 (1)质量分别为m1和m2，电荷量分别为q1和q2 的带电粒子经过同一加速电场、同一偏转电 场后，偏转量之比为1∶1 (2)质量分别为m1和m2，电荷量分别为q1和q2 的带电粒子以同一速度经过同一偏转电场后, 偏转量之比为q1m2∶q2m1.
二是题目中是否有暗示(如涉及竖直方向)或结 合粒子的运动过程、运动性质进行判断． (2)静电力：一切带电粒子在电场中都要受到 静电力F＝qE，与粒子的运动状态无关；电场 力的大小、方向取决于电场(E的大小、方向) 和电荷的正负，匀强电场中静电力为恒力， 非匀强电场中静电力为变力．
2．运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行 的方向进入匀强电场，如果受到的电场力与 运动方向相同，则做匀加速直线运动，如果 受到的电场力与运动方向相反，则做匀减速 直线运动． 3．处理的方法 (1)从牛顿运动定律和运动学公式进行 F＝ma，v2＝2al.
匀速直线运动
2、5探究电子束在示波管中运动1
D.当增大两极板间距时,电子在两极板间运动的时间
增大
AB
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
四.带电粒子在匀强电场中的偏转 U2
＋
v0
Ld
O
S
＋ U1 -
y
θY
-
v
类平抛运动
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转
电场，如图所示,可判断（ A、 b和c同时飞离电场
D+-
v0 m -q
d
思考:若粒子从正极板水平射入电场,v0为多大时,粒子 恰好到达负极板?
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2、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,若充完电后断开电源，则
A.当增大两极板间距时,v增大 AD
B.当减小两极板间距时,v增大
C.当减小两极板正对面积时,v不变
A.油滴带正电,电量为mgU/d C
B.油滴带正电,电量为mgd/U C.油滴带负电,电量为mgd/U D.油滴带负电,电量为mgU/d
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2.如图所示,平行板间形成匀强电场,板间距为d,一带负 电的粒子从上板边缘射入,沿直线从下板边缘射出,粒 子质量为m,电量为q,下列说法正确的是:
(1)粒子带什么电?(2)粒子在_______点,加 Nhomakorabea度较大.
A
(3)粒子在_______点,动能较大.
B
(4)粒子在_______点,电势能较大.
(5)粒子在_______点,电势较高.
曲线运动的轨迹夹在力与速度之间
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
二.带电粒子在匀强电场中的平衡
物理：25《探究电子束在示波管中的运动PPT课件
d
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
15
4.带电粒子的偏转：（偏转角）
a F qE qU m m md
类平抛运动
t l v0
vy
at
qUl mv 0 d
与粒子比荷q/m成正比
tan v y
v0
qUl
mv
2 0
d
与粒子初速度v0平方成反比
与电场的属性U、l、d有关
16
qU 1 mv 2 2
v 2 qU m
粒子加速后的速度与加速电压有关
9
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？如果初速度不为 零又如何求解？
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！
10
结论：由于电场力做功与场强是否 匀强无关，与运动路径也无关，所 以在处理电场对带电粒子的加速问 题时，一般都是利用动能定理进行 处理。
场时就好象是从初速度所在直线的中点沿直线离
开电场的。 x
θ
qUl 2
y
2
mv
2 0
d
tan qUl
mv02d
qUl 2
x y
2 mv
2 0
d
tan
qUl
mv
2 0
d
l 2
33
强化练习
10、如图所示，有一电子(电量为e、质量为 m)经电压U0加速后，沿平行金属板A、B中 心线进入两板，A、B板间距为d、长度为L， A、B板间电压为U，屏CD足够大，距离A、 B板右边缘2L，AB板的中心线过屏CD的中 心且与屏CD垂直。试求电子束打在屏上的 位置到屏中心间的距离。
2、偏转问题的分析处理方法： （类似平抛运动分析方法）
【教育课件】沪科版高中物理选修3-12.5《探究电子束在示波管中的运动》课件ppt.ppt
●新课导入建议 示波器可以把电信号转换成图像信号，那么，你知道它 是怎样工作的吗？它的工作原理又是怎样的呢？
图教 2－5－1
2．5 探究电子束在示波管中的运动
教师用书独具演示
●课标要求 1．了解示波器的构造． 2．探究电子束在偏转电极中的偏转，并观察带电油滴在 匀强电场中的偏转． 3．掌握示波管中的电子束运动规律，要求同学们会利用 力学知识处理带电粒子在电场中的加速和偏转过程．
课标解读 1．理解带电粒子在电场中的运动规律． 2．能运用动力学观点和能量观点分析解决带电粒子在匀 强电场中的加速和偏转问题． 3．知道示波管的构造和基本原理，体会静电场知识对科 学技术的影响．
(1)若初速度为零，则：qU＝12mv2. (2)若初速度不为零，则 qU＝12mv2－12mv20. 现代科学实验和技术设备中，经常利用带电粒子在电场 中的运动原理，利用电场来改变或控制带电粒子的运动．
1．对带电粒子进行受力分析，运动特点分析，做功情况 分析是选择规律进行解题的关键．
2．选择解题的方法时优先从功能关系角度考虑，因为应 用功能关系列式简单、方便、不易出错．
①电子经过极板的时间 t： t＝vl0 ； ②垂直于偏转极板方向偏移距离 y：
y＝12at2＝l24UdU′
；
③垂直于偏转极板方向的分速度 vy：
vy＝at＝lUd′
q 2mU
；
④离开偏转电场时的偏转角 φ tan φ＝vvyx＝l2Ud′U
.
(3)电子离开偏转电极后的运动：电子离开偏转电极后不再
设阴极金属丝释放出的电子初速度为零，则电子从电子
高中物理选修31沪科版课件：2.5 探究电子束在示波管中的运动 (共27张PPT)
电子束在
示波管中
的运动
学习目标
思维脉络
1.知道示波管的
主要构造和工作原
理。
2.掌握带电粒子在电
场中加速和偏转所遵
循的规律。
3.知道示波器的主要
构造和工作原理。
一
二
三
一、示波管的构造
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(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由偏转电极 XX'
• You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
•
一
二
三
做一做
(2014·
江苏镇江检测)示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况,
其核心部件是示波管。若在荧光屏上出现如图所示的正弦式交变电流波形,
•16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021/9/152021/9/15September 15, 2021
•17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/9/152021/9/152021/9/152021/9/15
1
2
在平行电场方向做初速度为零的匀加速运动,即 d= at2
电子在平行电场方向上的加速度 a=
电子打在 B 板上的区域面积 S=πr2
由①②③④得
2π2
答案:
2
2π2
S=
2
。
=
①
②
③
④
2020-2021学年沪科版选修3-1 高中物理第2章电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动学
2.5 探究电子束在示波管中的运动学习目标知识脉络1。
了解示波器的构造．2。
学会探究电子束在偏转电极中的偏转，并观察带电油滴在匀强电场中的偏转．3。
掌握示波管中电子束加速和偏转的运动规律，会运用力学知识解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题．（难点）［自主预习·探新知］［知识梳理]一、示波管的构造和原理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(由发射电子的灯丝、加速电极组成）、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成）和荧光屏组成,如图2。
5。
1所示．图25.12．工作原理（1)偏转电极不加电压：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑．(2)仅在XX′（或YY′)加电压:若所加电压稳定，则电子被加速，偏转后射到XX′（或YY′）所在直线上某一点，形成一个亮斑(不在中心),如图2.5。
2所示．图2。
5.2（3)示波管实际工作时,竖直偏转板和水平偏转板都加上电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图．二、电子束在示波管中的运动规律1．电子束的加速 设阴极金属丝释放出的电子初速度为零，则电子从电子枪阳极小孔射出的速度v 0，可由动能定理计算．表达式为qU ＝错误!mv 错误!，解得v 0＝错误!.2．电子束的偏转 （1）如图2.5。
3所示，偏转电极YY ′两极间的电场是匀强电场．图25。
3(2）电子在两极间受到一个大小和方向都不变的电场力的作用．电子束垂直进入偏转极板间将做类平抛运动．①电子经过极板的时间t ：t ＝lv 0； ②垂直于偏转极板方向偏移距离y ：y ＝12at 2＝错误!； ③垂直于偏转极板方向的分速度v y ：v y ＝at ＝错误! 错误!;④离开偏转电场时的速度偏转角φ:tan φ＝错误!＝错误! 。
(3）电子离开偏转电极后的运动①电子离开偏转电极后不再受电场力作用，电子做匀速直线运动．②电子打在荧光屏上发生的偏移y ′＝错误!。
高中物理第2章电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动课件沪科版选修31
(2)位移方向与初速度方向间夹角的正切tan α为速度偏转角的正切tan θ的12，
即tan α＝12tan θ.
证明：tan α＝2qmUd2vl20，tan θ＝mqUdv2l20
故tan α＝12tan θ.
图2-5-10
第二十四页，共30页。
4．如图2-5-11所示，质子(
第五页，共30页。
[合作探讨] 如图 2-5-1 所示，平行板电容器两板间电压为 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．
图 2-5-1
第六页，共30页。
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＝Udmq. 探讨2：正离子到达负极板时的速度多大？
1 1
H)和α粒子(
4 2
He)，以相同的初动能垂直射入偏转
电场(不计粒子重力)，则这两个粒子射出电场ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的侧位移y之比为( )
A．4∶1 C．2∶1
图2-5-11 B．1∶2 D．1∶4
第二十五页，共30页。
【解析】
由y＝
1 2
Eq m
L2 v02
和Ek0＝
1 2
mv
2 0
，得：y＝
EL2q 4Ek0
第十七页，共30页。
[后思考] 如图2-5-6所示是物体做平抛运动和带电粒子在电场中做类平抛运动的轨迹 图，观察图片，思考以下问题：
图2-5-6 它们在受力方面有什么共同的特点？ 【提示】 飞机上抛出的物体受重力作用，带电粒子在电场中受电场力的作 用，共同特点是受力方向和初速度的方向垂直．
第十八页，共30页。
上海科教版高中物理选修3-1课件 探究电子束在示波管中的运动课件2
电场与示波器
探究电子束在示波管中的运动
1 掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律. 2 知道示波管的主要构造和工作原理.
一、示波管的原理 1.电子枪 偏转电极 荧光屏 2.加速 偏转 二、电子在电子枪中的运动 1.加速直线运动 2.(1)牛顿第二定律 (2)ΔEk 12mv2－0 3.(1)匀变速曲线运动 (2)合成与分解 匀速直线运动 初速度为零的 匀加速直线运动
(1)求电子穿过A板时速度的大小； (2)求电子从偏转电场射出时的侧移量； (3)若要电子打在荧光屏上P点的上方， 可采取哪些措施？
1．(带电粒子在电场中的加速)两平行金
属板相距为d，电势差为U，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，最远到达A点，然后返
回，如图所示，OA＝h，则此电子具有
解析 (1)不管加速电场是不是匀强电
场，W＝qU 都适用，所以由动能定理
得 qU1＝12mv20 解得 v0＝
2qU1 m
离为 d，求：
(2)由于偏转电场是匀强电场，所以离
(1)v0 的大小；(2)离子在偏转电 子的运动类似平抛运动，水平方向为
场中运动时间 t；
速度为 v0 的匀速直线运动，竖直方向
(2)若已知加速电场的电压为 U，请进一步表示 tan φ 和 y?
在加速电场中，由动能定理有 qU＝12mv20， 由③及上式得：tan φ＝l2Ud′U 由④及上式得：y＝l24Ud′ U
(3)如果再已知偏转电极 YY′与荧光屏的距离为 L，则电子打在荧光屏 上的亮斑在垂直于极板方向上的偏移量 y′是多大？
_____Y___板偏移，若UYY′＝0，UXX′＞0 ，则粒子向_____X___板偏移．
沪科版课件高中物理选修3-12.5探究电子束在示波管中的运动
1．经典表述 带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，则电场力 对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增量． 2．公式形式 (1)在匀强电场中：W＝qEd＝qU＝12mvt2－12mv02. (2)在非匀强电场中：W＝qU＝12mvt2－12mv02.
3．适用条件 以上公式适用于只有电场力做功的情况． 4．应用技巧 按功能观点处理带电粒子的加速问题，针对电场力做功的 分析，关键是加速过程，粒子所经电场区域的电势差，而对动 能的分析，关键是初末速度的分析．
对 α 粒子：12mαvα2＝qαU
所以vvHα＝Leabharlann qHmα＝ qαmH21××14＝
2 1.
【答案】 2∶1
1.质子和α粒子是物理学中的基本粒子，质子质量数是1，带 电荷量为e，α粒子质量数为4，带电荷量为2e，即qα＝2qH，mα ＝4mH.
2．点电荷Q的电场为非匀强电场，带电粒子运动时受的力 为变力．应想到电场力做功W＝qU适用于非匀强电场，因此可 以用动能定理来处理这类问题．
粒子的加速度． 【答案】 C
如右图所示，在空间中取直角坐 标系 Oxy，在第一象限内平行于 y 轴的虚 线 MN 与 y 轴距离为 d，从 y 轴到 MN 之 间的区域充满一个沿 y 轴正方向的匀强电 场，场强大小为 E.初速度可以忽略的电子 经过另一个电势差为 U 的电场加速后，从 y 轴上的 A 点以 平行于 x 轴的方向射入第一象限区域，A 点坐标为(0，h)．已 知电子的电量为 e，质量为 m，加速电场的电势差 U＞E4dh2， 电子的重力忽略不计，求：
则 vB＝vA/cos 60°＝2vA 由动能定理：－eUAB＝12mvB2－12mvA2 解得 UAB＝－1.4×102 V. 【答案】 －1.4×102 V
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LlU 2 2dU 1
lU 2 (2 L l ) 4dU1
三、观察电子在示波管中的运动
阴极 阳极 垂直偏转板 发光点
- + 加速电压U1
水平偏转板
荧光屏
பைடு நூலகம்
加速部分
偏转部分
显示部分
小
加速
结
v0 2eU 1 m
电子得到的速度为: 电子在电场力方向的 偏移为： 电子在极板外的 偏移为：
2 电子射出时沿电场的速度为： v y at md v 0
eU
l
合速度偏角的正切为： tan φ v 0
vy
elU 2 lU 2 mdv 02 2dU 1
3、电子在偏转电极外的匀速直线运动
vy
φ
v v0 y
y'
荧光屏
电子在极板外的偏移为： y L tan φ 电子的总偏移为：
速度v0。
阴极 e
阳极
v0
- + 加速电压U1
由动能定理得： 可得电子的速度:
eU1
1 2 mv0 2 2eU 1 v0 m
2、电子在偏转电极YY'中的偏转
+ d e + + + + +
vy φ
v v0 y U2
v0
-
2 1 2 1 eU 2（ l ） l U 2 2 电子在电场力方向的偏移为： y at 2 md v 4dU 2 0 1
电子在 示波管 中的运 动
偏转 直进
1 2 l 2U 2 y at 2 4dU 1
y
LlU 2 2dU 1
电子的总偏移：
lU 2 y总＝ (2 L l ) ∝U 2 4dU1
由屏幕上光点的偏移量y总大小可确定 YY'板上所加电压U2的大小。
作
1、预习（第49-50页）
业
示波器的使用 2、选做（第51页家庭作业与活动） 2、4题 3、书面作业（第51页家庭作业与活动） 1、3题（要有论证过程）
2.5 探究电子束在示波管中 的运动
一、示波器的核心——示波管
灯丝 阴极 阳极 垂直偏转板 发光点
- + 加速电压
水平偏转板
荧光屏
加速部分
偏转部分
显示部分
本节任务：如果示波管中的电子只受加速电压和垂直偏转 电压作用，最终在荧光屏上的位置怎么计算？
二、电子在示波管中的运动
1、电子在电子枪中的加速
真空中电子枪阴极上发射的电子初速度近似为0，阴极 和阳极所加电压为U1，电子带电量为e，求电子到达阳极时的