2019-2020学年物理高中粤教版选修3-1课件:第1章 第6节 示波器的奥秘

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小为g.关于微粒在0~T时间内运动的描述,正确的是( )
A.末速度大小为 2v0
B.末速度沿水平方向 C.重力势能减少了12mgd D.克服电场力做功为 mgd
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一二
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解析:0~���3���时间内,qE0=mg;���3��� ~ 23T,粒子只受重力作用,在水平方向 上做匀速运动,竖直方向上 a=g;23T~T,粒子水平方向匀速运动,竖直 方向 a'=2���������������0���-������������=g,方向向上;射出金属板时,竖直方向速度减为零, 则末速度为 v0,沿水平方向,A 项错误,B 项正确;整个过程中,重力做 功 mg·���2���,C 项正确;全程由动能定理得 W 电=-WG=-12mgd,故 D 项错 误.
这种方法既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场.
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2.带电粒子的重力是否忽略的问题 若所讨论的问题中,带电粒子受到的重力远小于电场力,即 mg≪qE,则可忽略重力的影响. 一般说来:①基本粒子:如电子、质子、α粒子等除有说明或明确 暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).②带电粒子:如液 滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确暗示以外,一般都不 能忽略重力.
������������1������2
x=ta���n��� ������
=
2������������������02 ������������1������
=
������ ④
2
������������02������
由④式可知,粒子从偏转电场中射出时,就好像是从极板间的
������ 2

沿直线射出一样.
A.往复直线运动 B.匀变速直线运动 C.加速度不断减小,速度不断增大的直线运动 D.加速度先增大后减小,速度不断增大的直线运动 答案:AD 解析:AB中垂线上电场线的分布:方向是从C点沿中垂线向两侧, 电场强度大小是先增大,后减小,在C点为零,无穷远为零,若在中点C 处放入的是负电荷,电荷做往复直线运动,则选A;若在中点C处放入 的是正电荷,给它初速度,将沿两电荷的中轴线运动,做加速度先增 大后减小,速度不断增大的直线运动,则选D.
不计重力,在非匀强电场中,带电粒子q在静电力作用下以初速度 v0进入该电场, qU=12mv2-12 ������������02 还成立吗?
答案:成立
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二、带电粒子的偏转 设偏转平行导体板长为l,两板间距为d,两板间电压为U.若质量为 m、电荷量为q的带电粒子垂直电场强 度方向以速度v0射入电场,则粒子将做类平抛运动,如图所示.
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下图为一直线加速器,原理为在真空金属管中加上高频交变电场, 从而使带电粒子获得极高的能量,你知道它的加速原理吗?
答案:带电粒子在电场力作用下不断被加速.
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【例1】 如图所示,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,OA=h,此电子具有的初动能是( )
2.
3.粒子偏转的角度 tan θ=���������������0��� = ������������������������������������02.
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三、示波器探秘 1.构造 示波器的核心部件是示波管(如下图)
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它主要由电子枪(由发射电子的灯丝和加速电极组成)、偏转电 极(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.
解析:电子从 O 点到 A 点,因受电场力作用,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,我们可以用能量
守恒定律来研究问题.即12 ������������02=eUOA.因 E=������������,UOA=Eh=������������ℎ,故
1 2

������������02
是( )
A.U1变大,U2变大 B.U1变小,U2变大 C.U1变大,U2变小 D.U1变小,U2变小
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答案:B
解析:设带电粒子经U1加速后速度为v0,经偏转电场U2偏转后射
出时侧向速度为vy.
电子在加速电场中 qU1=12 ������������02
1.粒子在电场中的运动时间为
t=
������
������0.
2.粒子在电场中的侧移距离为
y=12at2=12
������������������·t2=12
������������ ������������
(������������0
)2=2���������������������2���������������0
(1)粒子从A到C过程中电场力对它做的功; (2)粒子从A到C过程所经历的时间; (3)粒子经过C点时的速率。
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解析:(1)WAC=qE(yA-yC)=3qEl0 (2)根据抛体运动的特点,粒子在x方向做匀速直线运动.由对称性
可知轨迹最高点D在y轴上,可令tAD=tDB=T,则tBC=T 由 qE=ma 得 a=������������������ 又 yD=12aT2 yD+3l0=12a(2T)2
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二、带电粒子在电场中的偏转
1.对粒子偏转角的讨论 如图所示,设带电粒子质量为m、电荷量为q,以速度v0垂直于电 场 则线tan射θ入=���匀���������������������0强12���������偏���.①转电场,偏转电压为U1.若粒子飞出电场时偏角为θ,
=
������������������ℎ.所以
D
正确.
答案:D
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(多选)如图所示,A、B两点固定两个等量正点电荷,在A、B连线 的中点C处放一点电荷(不计重力).若给该点电荷一个初速度v0,v0方 向与AB连线垂直,则该点电荷可能的运动情况是( )
2.原理 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.
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一、带电粒子在电场中的加速 1.带电粒子在电场中的加速问题,主要有以下两种处理方法: (1)力和运动关系——牛顿第二定律:带电粒子沿与电场线平行的 方向进入匀强电场,受到的电场力与运动方向在同一直线上,做匀 加(减)速直线运动.这种方法适用于匀强电场. (2)用功能观点分析:粒子只受电场力作用,动能变化量等于电场 力做的功.即 qU=12mv2(初速度为零时); qU=12mv2-12 ������������02(初速度不为零时)
和偏转电场.即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同
一偏转电场后,它们在电场中的偏转角度总是相同的.
(2)粒子从偏转电场中射出时的偏距 y=12at2=12 ·������������������������1·(������������0)2 ,作粒子速度的反向延长线,设交于O点,O点与电 场边缘的距离为x,则
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第六节 示波器的奥秘
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学习目标 重点难点
1.理解带电粒子在电场中的运动规律,并能分析解决 加速和偏转方向的问题. 2.知道示波管的构造和基本原理.
重点:带电粒子在匀强电场中的运动规律. 难点:运动电学知识和力学知识综合处理偏转问题.
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用功能的观点解答带电体在电场中运动的问题 带电体在电场中的运动往往要涉及能量的转化问题,功能的关系 问题.学会用能量的观点来分析带电体在电场中的运动问题往往会 起到事半功倍的效果.
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如图所示,在xOy平面内,有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度大 小为E(图中未画出),由A点斜射出一质量为m、带的电荷量为+q的 粒子,B和C是粒子运动轨迹上的两点,其中l0为常数,粒子所受重力 忽略不计.求:
A.������������������ℎ
h
C.���������������ℎ���
D.������������������ℎ
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思路分析:带电粒子在电场力作用下加速运动,加速度可由牛顿
第二定律和电场力公式求得,动能可用动能定理求解.
解得 T=
2������������0 ������������
则 A→C 过程所经历的时间 t=3
2������������0 ������������
(2)原理:灯丝通电后给阴极加热,使阴极发射电子.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,电子打在管底 和荧光屏上,形成一个小亮斑.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电压大小来控制.如果加在竖直极 板上的电压是随时间正弦变化的信号,并在水平偏转板上加上适当 的偏转电压,荧光屏上就会显示出一条正弦曲线.
答案:BC
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如图所示,电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然 后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中,入射方向跟极板平 行,整个装置处在真空中,重力可忽略不计,在满足电子能射出平行
板区域的条件下,下述四种情况中,一定能使电子的偏转角变大的
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一、带电粒子的加速
1.不计重力,带电粒子 q 在静电力作用下,由静止开始加速,加速电 压为 U,则它的末动能为12mv2=qU .
2.不计重力,若带电粒子 q 以与电场线平行的初速度 v0 进入匀强 电场,则 qU=12mv2-12 ������������02.
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2.示波管的原理 (1)下图为示波管的结构图.
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1.灯丝 2.阴极 3.控制极 4.第一阳极 5.第二阳极 6.第三 阳极 7.竖直偏转系统 8.水平偏转系统 9.荧光屏
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在偏转电场中 vy=at=���������������������2��� ·������������0
所以偏转角
tan
θ=���������������0���
=
������2������ 2������1������
显然,要使 θ 变大,可使 U1 减小、U2 增大,故只有 B 正确.
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(1)若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入
偏转电场的,则由动能定理有
1
qU0=2
������������02

由①②式得
tan
θ=
������1������ ③
2������0������
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由③式可知,粒子的偏角与粒子的q、m无关,仅决定于加速电场
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如图所示,汤姆孙当年设计的阴极射线管,在电场作用下由阴极C 发出的阴极射线(电子流),通过A和B聚焦,从另一对电极D和E间的 电场中穿过……他利用当时最先进的真空技术获得的高真空,终于 使阴极射线在电场中发生了稳定的电偏转.你知道带电粒子在DE 间做什么性质的运动吗?
答案:类平抛运动
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【例2】 (多选)如图甲所示,两水平金属板间距为d,板间电场强度
的变化规律如图乙所示.t=0时刻,质量为m的带电微粒以初速度v0 沿中线射入两板间,0~ 时���3��� 间内微粒匀速运动,T时刻微粒恰好经金 属框边缘飞出.微粒运动过程中未与金属板接触.重力加速度的大
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