2019-2020学年高中物理 第2章 电场与示波器 2.5 探究电子束在示波管的运动教案1 沪科版选修3-1.doc
高中物理第2章电场与示波器2.5探究电子束在示波管的运动教案2沪科版选修3_1
1.5 探究电子束在示波管中的运动 班级________ 姓名________第_________【教学目标】带电粒子在电场中的加速和偏转规律【教学内容】一、预习作业1．利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子________；利用电场使带电粒子________．2．示波器：示波器的核心部件是_____________，示波管由电子枪、_____________和荧光屏组成，管内抽成真空．二、典型例题1、如图所示，两板间电势差为U ，相距为d ，板长为L ．—正离子q 以平行于极板的速度v0射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转距离y 和偏转角θ为多少?2、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 ，此电子具有的初动能是 ( )A ．B ．edUhC ．D ．三、随堂练习1．一束带电粒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 ，保持两板间电压不变．则 ( )A ．当增大两板间距离时，v 也增大B ．当减小两板间距离时，v 增大C ．当改变两板间距离时，v 不变D ．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间延长3、如图，E 发射的电子初速度为零，两电源的电压分别为45V 、30V ，A 、B 两板上有小孔Oa 、Ob ，则电子经过Oa 、Ob 孔以及到达C 板时的动能分别是：EKA= ，EKB= ，EKC= .四、课堂总结 【巩固练习】一、选择题：1、某电场的一条电场线如图所示，在正电荷从A 点移到B 点的过程中：（ ）图1—8－6A、电场力对电荷做正功B、电场力对电荷不做功C、电荷克服电场力做功D、电势能增加2、下列带电粒子均从静止开始在电场力作用下做加速运动,经过相同的电势差U后,哪个粒子获得的速度最大：（）A、质子HB、氘核HC、粒子HeD、钠离子Na+3、如图所示P和Q为两平行金属板，板间电压为U，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，关于电子到达Q板时的速率，下列说法正确的是：（）A、两板间距离越大，加速时间越长，获得的速率就越大B、两板间距离越小，加速度越大，获得的速率就越大C、与两板间距离无关，仅与加速电压U有关D、以上说法都不正确4、如图所示在一匀强电场中，有两个平行的电势不同的等势面A和C，在它们的正中间放入一个金属网B，B接地。
2019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练习(含解析)沪科选修3-1
探究电子束在示波管中的运动一、选择题（一）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,粒子速度最大的是()A.质子B.氘核C.α粒子D.钠离子Na+解析:由qU=12mm02得v0=√2mmm,比荷越大的粒子,获得的速度越大,质子的比荷最大,选项A正确。
答案:A2.如图所示,质子(11H)和α粒子(24He)以相同的初动能垂直射入偏转电场(粒子不计重力),则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为()A.1∶1B.1∶2C.2∶1D.1∶4解析:由y=12mmmm2m02和E k0=12mm02得y=mm2m4m k0,可知,y与q成正比,选项B正确。
答案:B3.如图所示是一个示波管工作的原理图,电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场,离开电场时偏转量是h,两平行板间距离为d,电势差为U,板长为l,每单位电压引起的偏移量(mm)叫示波管的灵敏度。
若要提高其灵敏度,可采用下列哪种办法()A.增大两极板间的电压B.尽可能使板长l做得短些C.尽可能使板间距离d减小些D.使电子入射速度v0大些解析:竖直方向上电子做匀加速运动,有h=12at 2=mmm 22mmm 02,则有mm=mm 22mmm 02,可判断选项C 正确。
答案:C4.(多选)如图所示,M 、N 是真空中的两块平行金属板。
质量为m 、电荷量为q 的带电粒子,以初速度v 0由小孔进入电场,当M 、N 间电压为U 时,粒子恰好能达到N 板。
如果要使这个带电粒子到达M 、N 板间距的12后返回,下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)( )A.使初速度减为原来的12 B.使M 、N 间电压加倍C.使M 、N 间电压提高到原来的4倍D.使初速度和M 、N 间电压都减为原来的12解析:由题意知,带电粒子在电场中做减速运动,在粒子恰好能到达N 板时,由动能定理可得-qU=-12mm 02要使粒子到达两极板中间后返回,设此时两极板间电压为U 1,粒子的初速度为v 1,则由动能定理可得-q m 12=-12mm 12联立两方程得m 12m =m12m 02可见,选项B 、D 均符合等式的要求。
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案沪科版选修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案沪科版选修3_1[目标定位] 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、带电粒子的加速1．示波管由哪几部分组成？示波管的基本原理是什么？2.如图1所示，在真空中有一对平行金属板，由于接在电池组上而带电，两板间的电势差为U.若一个质量为m、带正电荷量q的α粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动，板间距为d.图1(1)带电粒子在电场中受哪些力作用？重力能否忽略不计？(2)粒子在电场中做何种运动？(3)计算粒子到达负极板时的速度．[要点总结] 1．电子、质子、α粒子、离子等微观粒子，它们的重力远小于电场力，处理问题时可以忽略它们的重力．带电小球、带电油滴、带电颗粒等，质量较大，处理问题时重力不能忽略．2．带电粒子仅在电场力作用下加速，若初速度为零，则qU＝________；若初速度不为零，则qU＝______________. [延伸思考] 若是非匀强电场，带电粒子初速度为零，仅在电场力作用下加速，如何求末速度？例1 如图2所示，在点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少？图2针对训练1 如图3所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板的速度为v，保持两板间的电压不变，则( )图3A．当增大两板间的距离时，速度v增大B．当减小两板间的距离时，速度v减小C．当减小两板间的距离时，速度v不变D．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间增大二、带电粒子的偏转如图4所示，电子经电子枪阴极与阳极之间电场的加速，然后进入偏转电极YY′之间．(1)若已知电子电量为q，质量为m，偏转板的长度为l，两板距离为d，偏转电极间电压为U′，电子进入偏转电场时的初速度为v0.图4①电子在偏转电场中做什么运动？②求电子在偏转电场中运动的时间和加速度．③求电子离开电场时，速度方向与初速度方向夹角φ的正切值．④求电子在偏转电场中沿电场方向的偏移量y.(2)若已知加速电场的电压为U，请进一步表示tan φ和y.(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？[要点总结]。
2019_2020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素材沪科版选修3_1
探究电子束在示波管中的运动教学建议在高二的基础型课程中,已经学习了电场的基本性质、电场强度、电势、电势差概念以及电场力做功等知识;高一的基础型课程中,学习了动力学以及功能关系的知识,这些是探究带电粒子在电场中运动的基础知识。
本节综合性强,理论分析要求高,带电粒子的加速是电场的能的性质的应用;带电粒子的偏转则侧重于电场的力的性质,通过类比恒力作用下的曲线运动(平抛运动),理论上探究带电粒子在电场中偏转的规律。
本节既包含了电场的基本性质,又要运用直线和曲线运动的规律,还涉及能量的转化和守恒,有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。
此外,带电粒子在电场中的运动在技术上被广泛应用,这能较好地体现物理与社会、生活的联系。
运用动力学观点和能量观点探究带电粒子在电场中的运动情况,是本节的重点,也是难点之一,难点之二在于带电粒子的重力能否忽略,学生认识不清。
1.引导学生猜想电场力与速度方向相同或垂直时带电粒子的运动情况,并通过实验观察带电粒子在电场中的加速和偏转。
2.通过类比加速直线运动和平抛运动,探究带电粒子的运动规律。
3.推理计算带电粒子加速后的速度,以及偏转的距离和偏转角度。
4.通过实例分析,说明在实际问题中带电粒子的重力能否忽略。
参考资料电子直线加速器电子直线加速器是指用微波电磁场加速电子的直线型加速器。
根据微波的类型可分为行波和驻波型电子直线加速器,其电子能量一般都较高(大于5MeV),输出功率在几千瓦到几十千瓦,在辐射加工安全许可范围内,高能(大于5MeV)电子对被照射物具有最深的有效穿透,因而得到广泛利用。
电子直线加速器基本结构:电子直线加速器可根据辐照工艺的要求做成立式或卧式。
电子直线加速器的最高电子能量已超过几万兆电子伏,但由于工业辐射安全的限制,工业辐照电子直线加速器的最高能量定为10MeV。
此外,直线加速器的注入和引出效率都很高;束流强度取决于注入器的入射强度和高频电源的荷载能力。
一般受高频源的制约只能脉冲工作,脉冲电流可达几百mA,电流强度的平均值为一毫安至十几毫安,即束流功率为一千瓦到十几千瓦。
2020沪科版高中物理选修(3-1)第2章《电场与示波器》2.5 探究电子束在示波管中的运动 同步精练
第 5 课时 探究电子束在示波管中的运动1.氘核(电荷量为＋e，质量为 2m)和氚核(电荷量为＋e、质量为 3m)经相同 电压加速后，垂直偏转电场方向进入同一匀强电场．飞出电场时，运动方向的偏转角的正切值之比为(已知原子核所受的重力可忽略不计)() A．1∶2B．2∶1C．1∶1D．1∶4答案：C2.如图 2－5－9 所示，M、N 是真空中的两块平行金属板．质量为 m，电荷量为 q 的带电粒子，以初速度 v0 由小孔进入电场，当 M、N 间电压为 U 时，粒子恰好能达到 N 板．如果要使这个带电粒子到达 M、N 板间距的 1/2 后返回，下列措施中能满足要求的是(不计带电粒子的重力)()A．使初速度减为原来的 1/2 B．使 M、N 间电压加倍图 2－5－9C．使 M、N 间电压提高到原来的 4 倍D．使初速度和 M、N 间电压都减为原来的 1/2解析：由题意知，带电粒子在电场中做减速运动，在粒子恰好能到达 N 板时，由动能定理可得：－qU＝－12mv02.要使粒子到达两极板中间后返回，设此时两极板间电压为 U1，粒子的初速度为 v1，则由动能定理可得：－qU21＝－12mv12. 联立两方程得：2UU1 ＝vv1022.可见，选项 B、D 均符合等式的要求，本题的答案为 B、D 项．答案：BD3.如图 2－5－10 所示，从静止出发的电子经加速电场加速后，进入偏转电 场．若加速电压为 U1、偏转电压为 U2，要使电子在电场中的偏移距离 y 增大为 原来的 2 倍(在保证电子不会打到极板上的前提下)，可选用的方法有() A．使 U1 减小为原来的 1/2 B．使 U2 增大为原来的 2 倍 C．使偏转电场极板长度增大为原来的 2 倍图 2－5－10D．使偏转电场极板的间距减小为原来的 1/2 答案：ABD 4.平行金属板 A、B 分别带等量异种电荷，A 板带正 电荷，B 板带负电荷，a、b 两个带正电荷的粒子，以相同 的速率先后垂直于电场线从同一点进入两金属板间的匀强电场中，并分别打在 B 板上的 a′、b′两点，如图 2－5－11所示，若不计重力，则 ()图 2－5－11A．a 粒子的带电荷量一定大于 b 粒子的带电荷量B．a 粒子的质量一定小于 b 粒子的质量C．a 粒子的带电荷量与质量之比一定大于 b 粒子的带电荷量与质量之比D．a 粒子的带电荷量与质量之比一定小于 b 粒子的带电荷量与质量之比答案：C5．如图 2－5－12 所示，场强为 E 的水平方向匀强电场中，有一质量为 m，电量为＋q 的微粒在外力作用下，从 A 点竖直向上运动到 B 点且速度不变，若 AB 长为 h，则在这一过程中外力的大小及外力做功为()图 2－5－12A．mg、mghB．mg＋qE，mghC. m2g2＋q2E2， m2g2＋q2E2hD. m2g2＋q2E2，mgh答案：D6．一个初动能为 Ek 的电子，垂直电场线飞入平行板电容器中，飞出电容器的动能为 2Ek，如果此电子的初速度增至原来的 2 倍，则它飞出电容器的动能变为()A．4Ek 答案：DB．8EkC．4.5EkD．4.25Ek7.平行板间有如图 2－5－13 所示周期变化的电压．重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从 t＝0 时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况，下图中，能正确定性描述粒子运动的速度—时间图像的是()图 2－5－13解析：0～T2时间内粒子做初速度为零的匀加速直线运动.T2～T 时间内做加速度恒定的匀减速直线运动，由对称性可知，在 T 时速度减为零．此后周期性重复，故 A 对．答案：A8．在匀强电场中，同一条电场线上有 A、B 两点，有两个带电粒子先后由静止从 A 点出发并通过 B 点．若两粒子的质量之比为 2∶1，电荷量之比为 4∶1，忽略它们所受重力，则它们由 A 点运动到 B 点所用时间之比为()A．1∶ 2B. 2∶1C．1∶2D．2∶1答案：A9．如图 2－5－14，光滑水平面上有一边长为 l 的正方形区域处在场强为 E 的匀强电场中，电场方向与正方形一边平行，一质量为 m、带电荷量为 q 的小球由某一边的中点，以垂直于该边的水平初速度 v0 进入该正方形区域，当小球再次运动到该 正方形区域的边缘时，具有的动能可能为 ()图 2－5－14A．0B.12mv02＋12qElC.12mv02D.12mv02＋23qEl解析：如题图所示，如果电场方向是 AB 方向，则电场力可以做正功，也可以做负功，做负功时有可能使其动能变为零，故选项 A 正确．如果电场的方向是 AC 方向，带电小球到达 AB 或 CD 时，电场力做功为 qEl/2，故选项 B 可能是正确的．如果带电小球回到同一个边界上，即回到等势面上，电场力不做功，故选项 C 是正确的．D 是无论如何也不可能的．答案：ABC 10．在一次使用示波器的过程中，某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑， 为此，他进行了如下操作：首先将辉度旋钮逆时针转到底，竖直位移和水平位 移旋钮转到某位置，将衰减调节旋钮置于 1 000 挡，扫描范围旋钮置于“外 X” 挡，然后打开电源开关(指示灯亮)，过 2 min 后，顺时针旋转辉度调节旋钮，结 果屏上始终无亮斑出现(示波器完好)．那么，他应再调节下列哪个旋钮才有可能 在屏上出现亮斑()A．竖直位移旋钮B．水平位移旋钮C．聚焦调节旋钮D．辅助聚焦旋钮答案：AB11．如图 2－5－15(a)所示，两块平行金属板，相距为 d，加上如图 2－5－15(b)所示的方波形电压，电压的最大值为 Um，周期为 T.现有一离子束，其中每 个粒子的带电荷量为 q，从两板左端与两板等距处的 O 点，沿与板平行的直线OO′方向连续地射入．设粒子通过平行板所用的时间为 T(和电压变化的周期相同)，且已知所有的粒子最后都可以通过平行板间的空间而打在右端的靶子上，试求粒子最后打在靶上的位置范围(即与 O 的最大距离与最小距离，重力的影响不计)．(a)(b)图 2－5－15解析：画出粒子的速度—时间图像可知，在 t＝0、T、2T、3T、…时刻入射的粒子将有最大的侧位移： ymax＝12a(T2)2＋a·T2·T2＝3q8UmmdT2.在 t＝T2、32T、52T、…时刻入射的粒子将有最小的侧位移： ymin＝12a(T2)2＝q8UmmdT2. 答案：见解析 12.一束电子流在经 U＝5 000 V 的加速电压加速后，在 距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图 2－ 5－16 所示．若两板间距离 d＝1.0 cm，板长 l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多 大电压？图 2－5－16解析：在加速电压一定时，偏转电压 U′越大，电子在极板间的偏移的距离就越大，当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，两板间的偏转电压即为题目要求的最大电压．加速过程中，由动能定理得eU＝12mv02①进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动：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＝edUm′③偏移的距离 y＝12at2④能飞出的条件 y≤d2⑤解①～⑤式得U′≤2Ul2d2＝2×5000×1.0×10－22 5.0×10－22V＝4.0×102 V即要使电子能飞出，两极板间所加电压最大为 400 V. 答案：400 V。
2.5电子束在示波管中的运动
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
(2)由于偏转电场是匀强电场，所以离 子的运动类似平抛运动，水平方向为
速度为 v0 的匀速直线运动，竖直方向 为初速度为零的匀加速直线运动.
电子离开偏转电极后的运动 匀速直线运动
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？ 方法一：y′＝y＋Ltan φ＝l4Ud′U (l＋2L) 方法二：y′＝y＋vyt′＝y＋vy·vL0 ＝l4Ud′U (l＋2L)
质疑再探
＝Ud ，UOA＝Eh＝Udh，故12mv20＝eUd h. 所以 D 正确.
练习二
如图所示，在点电荷＋Q激发的电场中有A、B两点，将质 子和α粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大 小之比为多少？
练习三
(带电粒子在电场中加速和偏转)如图所示，离子发生 器发射出一束质量为m、电荷量为q的离子，从静 止经加速电压U1加速后，并沿垂直于电场线方向射 入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，离开电场， 已知平行板长为l，两板间距离为d，求：
练习一
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，则此电子具有的初动能是 ( )
edh A. U h O 点运动到 A 点，因 受电场力作用，速度逐渐减小.根据题 意和题图判断，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21mv20＝eUOA.因 E
高中物理第2章电场与示波器5探究电子束在示波管中的运动沪科31沪科3
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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. (2)从功能观点：粒子只受电场力的作用，动能的变化量等于 电场力做的功．若 v0＝0，则 W＝qU＝12mv2.
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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．已知电场强度的大小分别是 E1＝2.0×103 N/C 和 E2＝ 4.0×103 N/C，方向如图所示，带电微粒质量 m＝1.0×10－20 kg， 带电荷量 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：
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A．若 A、B 两板间距离减小，则 v＜v0 B．若 A 板面积很小，B 板面积很大，则 v＜v0 C．若 A、B 两板间的距离很大，则 v＜v0 D．不论 A、B 两板是否平行、两板面积大小及两板间距离多 少，v 都等于 v0
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二、电子束在示波管中的运动规律 1．电子在电子枪中的运动 电子束在电子枪中被加速，由动能定理：qU＝12mv20， 电子从小孔水平射出的速度：__v_0＝_____2_mq_U____．
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2．电子在偏转电极中的运动
(1)运动特点
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2.5 探究电子束在示波管中的运动1．探究电子束在偏转电极中的偏转示波管中的偏转电极YY ′实际上是两块靠得很近的、大小相等、互相正对的平行金属板。
在偏转电极上加上电压后，两极间的电场是匀强电场，称为偏转电场。
电子束垂直于偏转电场进入平行金属板之间，电子受到电场力的作用。
预习交流1在带电粒子的加速和偏转的问题讨论中，为什么常常不考虑重力？什么时候考虑重力？什么时候不考虑重力？答案：(1)基本粒子：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(但并不忽略质量)。
(2)带电微粒：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。
(3)某些带电粒子是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态来判定。
2．电子束在示波管中的运动规律 (1)电子在电子枪中的运动电子束在电子枪中被加速，由动能定理：qU ＝12mv 2电子从小孔水平射出的速度：v 0＝2qUm。
(2)电子在偏转电极中的运动光斑在荧光屏上的竖直偏移电子以速度v 0进入偏转电极YY ′之间的匀强电场后，如果偏转板的长度为l ，两板距离为d ，则电子在平行于极板方向上做匀速直线运动，速度为v 0；电子在垂直于极板方向上做初速度为零的匀加速运动，加速度为a ＝F /m ＝qE /m ＝qU ′/md 。
电子经过时间t ＝lv 0离开偏转电极YY ′，在竖直方向上偏移y ，竖直方向上的分速度为v y ，离开偏转电场时的偏转角为φ，即偏转距离：y ＝12at 2＝12·qU ′md (l v 0)2＝l 2U ′4dU。
在y 方向上的分速度：v y ＝at ＝qU ′md·l2qU m＝lU ′d q 2mU。
离开偏转电场时的偏转角：tan φ＝v y v 0＝lU ′2dU。
(3)电子束离开偏转电极后的运动电子离开偏转电极后不再受电场力作用，做匀速直线运动。
预习交流2一束质量为m 、电荷量为q 的带电粒子以平行于两极板的速度v 0进入匀强电场，如图所示。
高中物理第2章电场与示波器5探究电子束在示波管中的运动随堂演练课件沪科版选修31
二、多项选择题 7.如图所示，水平放置的平行板电容器，上极 板带负电，下极板带正电，带电小球以速度 v0 水平射入电场，且沿下极板边缘飞出．若下 极板不动，将上极板上移一小段距离，小球仍以相同的速度 v0 从原处飞入，则带电小球( )
A．将打在下极板中央 B．仍沿原轨迹由下极板边缘飞出 C．不发生偏转，沿直线运动 D．若上极板不动，将下极板上移一段距离，小球可能打在 下极板的中央
复习课件
高中物理第2章电场与示波器5探究电子束在示波管中的运动随堂演练课件 沪科版选修31
2021/4/17
高中物理第2章电场与示波器5探究电子束在示波管中的运 动随堂演练课件沪科版选修31
[随堂检测] 1．如图所示的示波管，当两偏转电极 XX′、YY′电压为零时， 电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中 间(图示坐标系的 O 点，其中 x 轴与 XX′电场的场强方向重合， x 轴正方向垂直于纸面向里，y 轴与 YY′电场的场强方向重合， y 轴正方向竖直向上)．若要电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限， 则( )
[课时作业] 一、单项选择题 1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列 说法正确的是( ) A．一定是匀变速运动 B．不可能做匀减速运动 C．一定做曲线运动 D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动 解析：选 A．带电粒子在匀强电场中受到的电场力恒定不变， 可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动，故选 A．
解析：选 BC．电子的运动过程可分为两个阶段，即加速和偏 转．分别根据两个阶段的运动规律，推导出灵敏度Uh2的有关 表达式，然后再判断选项是否正确，这是解决此题的基本思
路．电子经电压 U1 加速有 eU1＝12mv20，电子经过偏转电场的 过程有 L＝v0t，h＝12at2＝2emUd2 t2＝4Ud2UL21.由以上各式可得Uh2 ＝4dLU2 1.因此要提高灵敏度，若只改变其中的一个量，可采取 的办法为增大 L，或减小 d，或减小 U1.
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。
2019_2020高中物理第2章电场与示波器2.1探究电场的力的性质素材沪科版选修3_1
探究电场的力的性质教学建议电场和电场强度是两个比较抽象的概念,学生初学不易理解掌握,困难较大,因此教法上,应采取直观、探索、类比和正面导入的启发式教学法。
电场概念的建立,通过直观演示实验——观察点电荷(悬挂的带电通草球)放入电场中任一位置,都会受到电场力作用(通草球偏离竖直方向),两电荷间相互作用时不直接接触,它们之间的相互作用是通过别的物质作用的,这就是看不见、摸不着的物质——“场”。
这样就可降低难度,初步建立起“电场”的概念。
电场强度是描述电场的力的性质的,是本章教材的一个难点。
可以从电荷在同一电场的不同位置所受的电场力不同,得知电场不同位置强弱不同,那用什么物理量来反映这个强弱?知道E是个矢量,它有方向有大小,它表征了电场的力的性质。
至于怎么求大小,怎么判定方向,E的单位是什么,应在理解的基础上掌握。
这里的教法,也是通过直观演示——同一点电荷,在电场中不同的位置,F大小不同、方向不同,然后经对比、辨析、质疑,正面导入电场强度概念。
电场是一种看不见摸不着的物质存在的一种形态,而电场线就是用来描述电场的人为抽象出来的线,在对电场线这一概念进行授课时可采用实验演示、实物影视、彩色图片和电脑动画等情景不断帮助学生来建构电场线,分析出电场线的特点。
与学生在初中时候学过磁感线知识作类比,引导学生从无形到有形,从箭头到曲线,从猜想到实验模拟的学习思路,总结了物理中研究看不见、摸不着物质的方法和手段。
教学还应注意:(1)再一次用到理想化物理模型的思想和方法,引入“试探电荷”来定量研究电场力的性质。
(2)应用比值的方法和形象描述的方法,定量和定性描述电场。
重点要说明“比值方法”和“带箭头线条”的意义和价值。
应用“比值”建立物理量,描述物质性质,概括物质运动和变化规律,是物理学中常用的一种方法。
它的实质是在控制变量的基础上,进行比较的一种测量做法。
(3)物理学中,应用带箭头的线条形象描述物理现象的地方很多,如力线、光线、流线、磁感线、电场线等。
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3_1
，解得 v0＝
2qU m.
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 2-5-3
(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＝vl0 ；
②垂直于偏转极板方向偏移距离 y：y＝12at2＝
【答案】
U (1) d
L (2)d
Uq 2m
(3)Uq1＋4Ld22
确定粒子经偏转电场后的动能(或速度)的两种方法
方法 1：
确定加速 后的v0
⇒
确定偏转 后的vy
⇒
确定动能Ek＝12mv2＝12mv02＋v2y
方法 2：
确定加速 后的v0
⇒
确定偏转 后的y
⇒
动能定理：qEy＝12mv2－12mv20
C．增大偏转极板间距离
D．将发射电子改成发射负离子
图 2-5-11
A [设偏转电极板长为 l，极板间距为 d，由 qU0＝12mv20，t＝vl0，y＝12at2＝2qmUd t2，得偏转位移 y＝4UUl02d，增大偏转电压 U，减小加速电压 U0，减小偏转极板间 距离，都可使偏转位移增大，选项 A 正确，B、C 错误；由于偏转位移大小 y＝ 4UUl02d与粒子质量和带电量无关，故将发射电子改成发射负离子，偏转位移大小 不变，选项 D 错误．]
4．如图 2-5-12 所示，一束电子从静止开始经 U′＝5 000 V 的电场加速后， 从水平放置的一对平行金属板正中间水平射入偏转电场中，若金属极板长 L＝ 0.05 m，两极板间距 d＝0.02 m，求两板间至少要加多大的电压 U 才能使电子不 飞出电场？
高中物理第2章电场与示波器探究电子束在示波管中的运动学案沪科版选修31
学案7 探究电子束在示波管中的运动[学习目的定位] 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．示波管的构造：示波管是一个真空电子管，主要由三局部组成，分别是：电子枪、偏转电极和荧光屏．2．示波管的根本原理：电子在加速电场中被加速，在偏转电场中被偏转． 二、电子在电子枪中的运动 1．运动状态分析电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，做加速直线运动．2．处理方法：(1)匀强电场可以根据电子受到的电场力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定电子的速度、位移等．(2)无论是匀强电场还是非匀强电场，均可用动能定理分析，即qU ＝ΔEk ＝12mv2－0.3．电子在偏转电极中的运动 (1)运动状态分析电子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时做匀变速曲线运动．(2)偏转问题的处理方法：运动的合成与分解，即可将电子的运动分解为初速度方向的匀速直线运动和沿电场力方向的初速度为零的匀加速直线运动.一、带电粒子的加速 [问题设计]如图1所示，在真空中有一对平行金属板，由于接在电池组上而带电，两板间的电势差为U.假设一个质量为m 、带正电荷量q 的α粒子，在电场力的作用下由静止开场从正极板向负极板运动，板间距为d.图1(1)带电粒子在电场中受哪些力作用？重力能否忽略不计？ (2)粒子在电场中做何种运动？ (3)计算粒子到达负极板时的速度？答案 (1)受重力和电场力；因重力远小于电场力，故可以忽略重力．(2)做初速度为0、加速度为a ＝qUdm的匀加速直线运动．(3)方法一：在带电粒子运动的过程中，电场力对它做的功是W ＝qU 设带电粒子到达负极板时的速率为v ，其动能可以写为Ek ＝12mv2由动能定理可知12mv2＝qU于是求出v ＝2qUm方法二：设粒子到达负极板时所用时间为t ，那么 d ＝12at2 v ＝at a ＝Uq dm 联立解得v ＝2qUm[要点提炼]1．电子、质子、α粒子、离子等微观粒子，它们的重力远小于电场力，处理问题时可以忽略它们的重力．带电小球、带电油滴、带电颗粒等，质量较大，处理问题时重力不能忽略． 2．带电粒子仅在电场力作用下加速，假设初速度为零，那么qU ＝12mv2；假设初速度不为零，那么qU ＝12mv2－12mv20.[延伸考虑] 假设是非匀强电场，如何求末速度？ 答案 由动能定理得qU ＝12mv2，故v ＝2qUm. 二、带电粒子的偏转 [问题设计]如图2所示，电子经电子枪阴极与阳极之间电场的加速，然后进入偏转电极YY′之间． (1)假设电子电量为q ，质量为m ，偏转板的长度为l ，两板间隔 为d ，偏转电极间电压为U′，电子进入偏转电场时的初速度为v0.图2①电子在偏转电场中做什么运动？②求电子在偏转电场中运动的时间和加速度．③求电子分开电场时，速度方向与初速度方向夹角φ的正切值． ④求电子在偏转电场中沿电场方向的偏移量y.(2)假设加速电场的电压为U ，请进一步表示tan φ和y?(3)假如再偏转电极YY′与荧光屏的间隔 为L ，那么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？答案 (1)①电子受电场力作用，其方向和初速度v0方向垂直，所以电子程度方向做匀速直线运动，竖直方向做匀加速直线运动，其实际运动类似于平抛运动． ②由l ＝v0t 得t ＝lv0a ＝F m ＝qE m ＝qU′md ③vy ＝at ＝qU′lmdv0tan φ＝vy v0＝qU′lmdv20④y ＝12at2＝qU′l22mdv20(2)在加速电场中，由动能定理有 qU ＝12mv20，由③及上式得：tan φ＝lU′2dU由④及上式得：y ＝l2U′4dU(3)方法一：y′＝y ＋Ltan φ＝lU′4dU(l ＋2L) 方法二：y′＝y ＋vyt′ ＝y ＋vy·Lv0＝lU′4dU(l ＋2L)方法三：利用平抛运动和类平抛运动的结论，从偏转电场射出时的速度vy 方向的反向延长线与初速度v0的交点位于l2处(如下图)那么y′＝tan φ·(l2＋L)＝lU′2dU (l 2＋L)＝lU′4dU(l ＋2L)[要点提炼]1．运动状态分析：带电粒子(不计重力)以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动．2．偏转问题的分析处理方法：类似于平抛运动的分析处理方法，即应用运动的合成与分解的知识分析处理：把运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和沿电场力方向的匀加速直线运动．3．一个有用的结论：粒子射出电场时速度方向的反向延长线过程度位移的中点，即粒子就像是从极板间l2处射出的一样．[延伸考虑] 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经同一电场由静止开场加速，然后在同一偏转电场中偏转，它们会分成三股吗？ 答案 不会．因为它们分开偏转电场时的y ＝l2U′4dU一样，说明从同一点射出电场，且tan φ＝lU′2dU也一样，说明射出时速度方向也一样，故不会分成三股．一、对带电粒子在电场中的加速运动的理解例1 如图3所示，在点电荷＋Q 激发的电场中有A 、B 两点，将质子和α粒子分别从A 点由静止释放到达B 点时，它们的速度大小之比为多少？图3解析 质子和α粒子都带正电，从A 点释放都将受电场力作用加速运动到B 点，设A 、B 两点间的电势差为U ，由动能定理可知，对质子：12mHv2H ＝qHU ，对α粒子：12mαv 2α＝qαU.所以vHvα＝qHmαqαmH＝ 1×42×1＝21. 答案 2∶1二、对带电粒子在电场中的偏转运动的理解例2 如图4为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K 发出(初速度可忽略不计)，经灯丝与A 板间的电压U1加速，从A 板中心孔沿中心线KO 射出，然后进入两块平行金属板M 、N 形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场)，电子进入M 、N 间电场时的速度与电场方向垂直，电子经过电场后打在荧光屏上的P 点．M 、N 两板间的电压为U2，两板间的间隔 为d ，板长为L ，电子的质量为m ，电荷量为e ，不计电子受到的重力及它们之间的互相作用力．图4(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偏移量；(3)假设要电子打在荧光屏上P 点的上方，可采取哪些措施？解析 (1)设电子经电压U1加速后的速度为v0，由动能定理有eU1＝12mv20解得v0＝2eU1m. (2)电子沿极板方向做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动．设偏转电场的电场强度为E ，电子在偏转电场中运动的时间为t ，加速度为a ，电子分开偏转电场时的偏移量为y.由牛顿第二定律和运动学公式有t ＝Lv0a ＝eU2mdy ＝12at2 解得y ＝U2L24U1d. (3)减小加速电压U1或增大偏转电压U2. 答案 (1)2eU1m (2)U2L24U1d(3)见解析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5所示，OA ＝h ，那么此电子具有的初动能是( )图5A.edhUB ．edUhC.eU dhD.eUh d答案 D解析 电子从O 点运动到A 点，因受电场力作用，速度逐渐减小．根据题意和题图判断，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12mv20＝eUOA.因E ＝U d ，UOA ＝Eh ＝Uh d ，故12mv20＝eUh d，所以D 正确．2．(带电粒子在电场中的偏转)一束正离子以一样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 ．都具有一样的质量 B ．都具有一样的电荷量 C ．具有一样的比荷D ．都是同一元素的同位素 答案 C解析 轨迹一样的含义为：偏转位移、偏转角度一样，即这些离子通过电场时轨迹不分叉． tan α＝vy v0＝Uql dmv20，所以这些离子只要有一样的比荷，轨迹便一样，故只有C 正确．3．(对示波管原理的认识)如图6是示波管的原理图．它由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空．给电子枪通电后，假如在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O 点．图6(1)带电粒子在________区域是加速的，在________区域是偏转的．(2)假设UYY′＞0，UXX′＝0，那么粒子向________板偏移，假设U YY′＝0，UXX′＞0，那么粒子向________板偏移． 答案 (1)Ⅰ Ⅱ (2)Y X4．(带电粒子在电场中加速和偏转)如图7所示，离子发生器发射出一束质量为m 、电荷量为q 的离子，从静止经加速电压U1加速后，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，分开电场，平行板长为l ，两板间间隔 为d ，求：图7(1)v0的大小；(2)离子在偏转电场中运动时间t ； (3)离子在偏转电场中的加速度． 答案 (1)2qU1m(2)l m 2qU1 (3)qU2md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＝2qU1m(2)由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动，程度方向为速度为v0的匀速直线运动，竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动． 所以在程度方向t ＝lv0＝lm 2qU1(3)E ＝U2d ，F ＝qE ＝qU2d解得a ＝F m ＝qU2md题组一 带电粒子在电场中的加速运动1.如图1所示，在匀强电场E 中，一带电粒子(不计重力)－q 的初速度v0恰与电场线方向一样，那么带电粒子－q 在开场运动后，将( )图1A ．沿电场线方向做匀加速直线运动B ．沿电场线方向做变加速直线运动C ．沿电场线方向做匀减速直线运动D ．偏离电场线方向做曲线运动 答案 C解析 在匀强电场E 中，带电粒子所受电场力为恒力．带电粒子受到与运动方向相反的恒定的电场力作用，产生与运动方向相反的恒定的加速度，因此，带电粒子－q 在开场运动后，将沿电场线做匀减速直线运动．2.如图2所示，M 和N 是匀强电场中的两个等势面，相距为d ，电势差为U ，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q 的粒子，以速度v0通过等势面M 射入两等势面之间，那么该粒子穿过等势面N 的速度应是( )图2 A.2qU/mB ．v0＋2qU/m C.v20＋2qU/mD.v20－2qU/m答案 C解析 qU ＝12mv2－12mv20，v ＝v20＋2qU/m ，选C.3.如图3所示P 和Q 为两平行金属板，板间电压为U ，在P 板附近有一电子由静止开场向Q板运动，关于电子到达Q 板时的速率，以下说法正确的选项是( )图3A ．两板间间隔 越大，加速时间越长，获得的速率就越大B ．两板间间隔 越小，加速度越大，获得的速率就越大C ．与两板间间隔 无关，仅与加速电压U 有关D ．以上说法都不正确 答案 C题组二 带电粒子在电场中的偏转运动4.如图4所示，电子经过加速后以速度v0垂直进入偏转电场，分开电场时偏移量为h ，两平行板间间隔 为d ，电势差为U ，板长为l ，每单位电压引起的偏移量(h/U)叫示波器的灵敏度．假设要进步其灵敏度，可采用以下方法中的( )图4A ．增大两极板间的电压B ．尽可能使板长l 做得短些C ．尽可能使板间间隔 d 小些D ．使电子入射速度v0大些 答案 C解析 因为h ＝12at2＝qUl22mdv20(a ＝qU md ，t ＝l v0)，所以h U ＝ql22mdv20.要使灵敏度大些，选项中符合要求的只有C.5.如图5所示，a 、b 两个带正电的粒子，以一样的速度先后垂直于电场线从同一点进入平行板间的匀强电场后，a 粒子打在B 板的a′点，b 粒子打在B 板的b′点，假设不计重力，那么( )图5A ．a 的电荷量一定大于b 的电荷量B ．b 的质量一定大于a 的质量C ．a 的比荷一定大于b 的比荷D ．b 的比荷一定大于a 的比荷 答案 C解析 粒子在电场中做类平抛运动，h ＝12qE m (xv0)2得：x ＝v0 2mhqE.由v0 2hmaEqa＜v0 2hmb Eqb 得qa ma ＞qbmb. 6.如图6所示，有一带电粒子贴着A 板沿程度方向射入匀强电场，当偏转电压为U1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U2时，带电粒子沿②轨迹落到B 板中间；设粒子两次射入电场的程度速度一样，那么两次偏转电压之比为( )图6A ．U1∶U2＝1∶8B ．U1∶U2＝1∶4C ．U1∶U2＝1∶2D ．U1∶U2＝1∶1 答案 A解析 由y ＝12at2＝12·Uq md ·l2v20得：U ＝2mv20dy ql2，所以U ∝y l2，可知A 项正确．7.如图7所示，一束不同的带正电的粒子(不计重力)，垂直电场线进入偏转电场，假设使它们经过电场区域时偏转间隔 y 和偏转角θ都一样，应满足( )图7A ．具有一样的动能B ．具有一样的速度C ．具有一样的qmD ．先经同一电场加速，然后再进入偏转电场 答案 D解析 带电粒子进入偏转电场的过程中，其偏转间隔 为： y ＝12at2＝12U2d qm ⎝⎛⎭⎫l v02＝U2ql22dmv20， 偏转角θ满足tan θ＝vy v0＝U2d q m ·l v0v0＝U2qldmv20.由此知，假设动能相等，q 不同，那么不能满足要求，A 错误；假设速度一样，qm 不同，那么不能满足要求，B 错误；同样地，假设qm 一样，v0不同也不能满足要求，C 错误；假设经过一样电场加速，满足qU1＝12mv20，那么y ＝U2l24dU1，tan θ＝U2l2dU1，y 、tan θ均与v0、Ek 、q 、m 无关，D 正确．8.真空中的某装置如图8所示，其中平行金属板A 、B 之间有加速电场，C 、D 之间有偏转电场，M 为荧光屏．今有质子、氘核和α粒子均由A 板从静止开场被加速电场加速后垂直于电场方向进入偏转电场，最后打在荧光屏上．质子、氘核和α粒子的质量之比为1∶2∶4，电荷量之比为1∶1∶2，那么以下判断中正确的选项是( )图8A ．三种粒子从B 板运动到荧光屏经历的时间一样 B ．三种粒子打到荧光屏上的位置一样C ．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶2D ．偏转电场的电场力对三种粒子做功之比为1∶2∶4答案 B解析 粒子加速过程qU1＝12mv2，从B 至M 用时t ＝BM v，得t ∝ m q ，所以t1∶t2∶t3＝1∶2∶2，选项A 错误．偏转位移y ＝12qU2md (L v )2＝U2L24dU1，所以三种粒子打到荧光屏上的位置一样，选项B 正确．因W ＝qEy ，得W1∶W2∶W3＝q1∶q2∶q3＝1∶1∶2，选项C 、D 错误．9．如图9所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标系的O 点，其中x 轴与XX′电场的场强方向重合，x 轴正方向垂直于纸面向里，y 轴与YY′电场的场强方向重合，y 轴正方向竖直向上)．假设要电子打在图示坐标系的第Ⅲ象限，那么( )图9A ．X 、Y 极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极B ．X 、Y′极接电源的正极，X′、Y 接电源的负极C ．X′、Y 极接电源的正极，X 、Y′接电源的负极D ．X′、Y′极接电源的正极，X 、Y 接电源的负极答案 D解析 假设要使电子打在题图所示坐标系的第Ⅲ象限，电子在x 轴上向负方向偏转，那么应使X′接正极，X 接负极；电子在y 轴上也向负方向偏转，那么应使Y′接正极，Y 接负极，所以选项D 正确．题组三 综合应用10．一个初动能为Ek 的带电粒子以速度v 垂直电场线方向飞入两块平行金属板间，飞出时动能为3Ek.假如这个带电粒子的初速度增加到原来的2倍，不计重力，那么该粒子飞出时动能为( )答案 B解析 带电粒子做类平抛运动，平行于极板方向的速度增加到原来的2倍，带电粒子通过电场的时间变为原来的12，沿电场方向的位移变为原来的14，电场力做功变为原来的14. 由动能定理得ΔEk′＝qE·y′＝14yqE 原速飞过时由动能定理有ΔEk ＝3Ek －Ek ＝qEy而ΔEk′＝Ek 末′－4Ek解得Ek 末′＝4.5Ek.11.如图10所示，程度放置的平行板电容器，上板带负电，下板带正电，带电小球以速度v0程度射入电场，且沿下板边缘飞出．假设下板不动，将上板上移一小段间隔 ，小球仍以一样的速度v0从原处飞入，那么带电小球( )图10A ．将打在下板中央B ．仍沿原轨迹由下板边缘飞出C ．不发生偏转，沿直线运动D ．假设上板不动，将下板上移一段间隔 ，小球可能打在下板的中央答案 BD解析 将电容器上板或下板挪动一小段间隔 ，电容器带电荷量不变，由公式E ＝U d ＝Q Cd＝4kπQ εS可知，电容器产生的场强不变，以一样速度入射的小球仍将沿原轨迹运动．当上板不动，下板向上挪动时，小球可能打在下板的中央．12．两个半径均为R 的圆形平板电极，平行正对放置，相距为d ，极板间的电势差为U ，板间电场可以认为是匀强电场．一个α粒子从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板中心．质子电荷量为e ，质子和中子的质量均视为m ，忽略重力和空气阻力的影响，求：(1)极板间的电场强度E 的大小；(2)α粒子在极板间运动的加速度a 的大小；(3)α粒子的初速度v0的大小．答案 (1)U d (2)eU 2md (3)R 2d eU m解析 (1)极板间场强E ＝U d(2)α粒子电荷量为2e ，质量为4m ，所受电场力F ＝2eE ＝2eU dα粒子在极板间运动的加速度a ＝F 4m ＝eU 2dm(3)由d ＝12at2，得t ＝ 2d a ＝2d m eU ，v0＝R t ＝R 2d eU m。
2019-2020高中物理沪科版选修3-1教学建议：2.5 探究电子束在示波管中的运动
教学建议在高二的基础型课程中,已经学习了电场的基本性质、电场强度、电势、电势差概念以及电场力做功等知识;高一的基础型课程中,学习了动力学以及功能关系的知识,这些是探究带电粒子在电场中运动的基础知识。
本节综合性强,理论分析要求高,带电粒子的加速是电场的能的性质的应用;带电粒子的偏转则侧重于电场的力的性质,通过类比恒力作用下的曲线运动(平抛运动),理论上探究带电粒子在电场中偏转的规律。
本节既包含了电场的基本性质,又要运用直线和曲线运动的规律,还涉及能量的转化和守恒,有关类比和建模等科学方法的应用也比较典型。
此外,带电粒子在电场中的运动在技术上被广泛应用,这能较好地体现物理与社会、生活的联系。
运用动力学观点和能量观点探究带电粒子在电场中的运动情况,是本节的重点,也是难点之一,难点之二在于带电粒子的重力能否忽略,学生认识不清。
1.引导学生猜想电场力与速度方向相同或垂直时带电粒子的运动情况,并通过实验观察带电粒子在电场中的加速和偏转。
2.通过类比加速直线运动和平抛运动,探究带电粒子的运动规律。
3.推理计算带电粒子加速后的速度,以及偏转的距离和偏转角度。
4.通过实例分析,说明在实际问题中带电粒子的重力能否忽略。
参考资料电子直线加速器电子直线加速器是指用微波电磁场加速电子的直线型加速器。
根据微波的类型可分为行波和驻波型电子直线加速器,其电子能量一般都较高(大于5MeV),输出功率在几千瓦到几十千瓦,在辐射加工安全许可范围内,高能(大于5MeV)电子对被照射物具有最深的有效穿透,因而得到广泛利用。
电子直线加速器基本结构:电子直线加速器可根据辐照工艺的要求做成立式或卧式。
电子直线加速器的最高电子能量已超过几万兆电子伏,但由于工业辐射安全的限制,工业辐照电子直线加速器的最高能量定为10MeV。
此外,直线加速器的注入和引出效率都很高;束流强度取决于注入器的入射强度和高频电源的荷载能力。
一般受高频源的制约只能脉冲工作,脉冲电流可达几百mA,电流强度的平均值为一毫安至十几毫安,即束流功率为一千瓦到十几千瓦。
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2019-2020学年高中物理第2章电场与示波器 2.5 探究电子束在示波管的运动教案1 沪科版选修3-1
班级________ 姓名________ 等第_________
【教学目标】
带电粒子在电场中的加速和偏转规律
【教学内容】
一、预习作业
若带电粒子在电场中所受合力为零时，即∑F＝0时，粒子将
若∑F≠0（只受电场力）且与初速度方向在同一直线上，带电粒子将做
带电粒子在电场中的偏转（不计重力，且初速度v0⊥E，则带电粒子将在电场中做
4、示波管的原理
（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的
电子仪器。
其核心部分是
（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和
荧光屏组成（如图）。
（3）原理：
二、典型例题
1、．如图1—8—7所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子入射速度变为原来的两倍，而电子仍从原位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的( )
A．2倍B．4倍
C．0.5倍D．0.25倍
2．电子从负极板的边缘垂直进入匀强电场，恰好从正极板边缘飞出，
如图1—8—8所示，现在保持两极板间的电压不变，使两极板间的距离
变为原来的2倍，电子的入射方向及位臀不变，且要电子仍从正极板边
缘飞出，则电子入射的初速度大小应为原来的（）
A ．
B ．
C ．D．2
5．真空中有一束电子流，以速度v、沿着跟电场强度方向垂直．自O点进
入匀强电场，如图1—8—9所示，若以O为坐标原点，x轴垂直于电场方向，y轴平行于电场方向，在x轴上取OA＝AB＝BC，分别自A、B、C点作与
y轴平行的线跟电子流的径迹交于M、N、P三点，那么：
(1)电子流经M，N、P三点时，沿x轴方向的分速度之比为．
(2)沿y轴的分速度之比为．
(3)电子流每经过相等时间的动能增量之比为．
四、课堂总结
【巩固练习】
一、选择题
图1—8－
7 图1—8－8 图1—8－
9
1、一个初动能为Ek 的电子，垂直电场线飞入平行板电容器中，飞出电容器的动能为2Ek ，如果此电子的初速度增至原来的2倍，则它飞出电容器的动能变为 ( )
A ．4Ek
B ．8Ek
C ．4.5Ek
D ．4.25Ek
2、真空中水平放置的两金属板相距为d ，两板电压是可以调节的，一个质量为m 、带电量为＋q 的粒子，从负极板中央以速度vo 垂直极板射入电场，当板间电压为U 时，粒子经d/4的距离就要返回，若要使粒子经d/2才，返回，可采用的方法是（ ）
A 、vo 增大1倍
B 、使板间电压U 减半
C 、vo 和U 同时减半
D 、初速增为2vo,同时使板间距离增加d/2：
3、有三个质量相等的小球，分别带正电、负电和不带电，以相同的
水平速度由P 点射入水平放置的平行金属板间，它们分别落在下
板的A 、B 、C 三处，已知两金属板的上板带负电荷，下板接地，
如图1—8—15所示，下列判断正确的是 ( )
A 、落在A 、
B 、
C 三处的小球分别是带正电、不带电和带负电的
B 、三小球在该电场中的加速度大小关系是aA ＜aB ＜a
C C 、三小球从进入电场至落到下板所用的时间相等
D 、三小球到达下板时动能的大小关系是EKC ＜EKB ＜EKA
二、计算题
4．如图1—8—12所示，一个电子(质量为m)电荷量为e ，以初速度v0沿着匀强电场的电场线方向飞入
匀强电场，已知匀强电场的场强大小为E ，不计重力，问：
(1)电子在电场中运动的加速度．
(2)电子进入电场的最大距离．
(3)电子进入电场最大距离的一半时的动能．
图1—8—
12 图1—8—15。