2020粤教版高中物理选修311.6示波器的奥秘专题
2019-2020学年高中物理 1.6示波器的奥秘学案 粤教版选修3-1
第六节 示波器的奥秘1．理解带电粒子在匀强电场中的加速和偏转的原理． 2．能用带电粒子在电场中运动的规律，分析解决实际问题． 3．了解示波管的构造和原理．1．带电粒子的加速．如图所示，质量为m ，带正电q 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．(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E k ＝12mv 2．(3)根据动能定理可知，qU ＝12mv 2，可解出v(4)带电粒子在非匀强电场中加速，上述结果仍适用． 2．带电粒子的偏转．带电粒子的初速度与电场方向垂直，粒子的运动类似物体的平抛运动，则它在垂直电场线方向上做匀速直线运动，在沿电场线方向上做初速度为零的匀加速直线运动．3．示波器探秘：示波器的核心部件是示波管，示波管是真空管，主要由三部分组成，这三部分分别是电子枪、偏转电极、荧光屏．根据运动轨迹分析有关问题该种类型的题目分析方法是：先画出入射点轨迹的切线，即画出初速度v 0的方向，再根据轨迹的弯曲方向，确定电场力的方向，进而利用力学分析方法来分析其他有关的问题．在图甲中，虚线表示真空里一点电荷Q 的电场中的两个等势面，实线表示一个带负电q 的粒子运动的路径，不考虑粒子的重力，请判定(1)Q 是什么电荷？(2)ABC 三点电势的大小关系； (3)ABC 三点场强的大小关系；(4)该粒子在ABC三点动能的大小关系．分析：A、B、C是带电粒子在电场中运动轨迹上的三点，通过轨迹的弯曲方向得出受力方向，由受力方向判断Q的电性，画出电场线，判断电势的高低及场强的大小；根据电场力对带电粒子的做功情况判断粒子在A、B、C三点动能的大小关系．解析：(1)设粒子在A点射入，则A点的轨迹切线方向就是粒子q的初速v0的方向(如图乙)．由于粒子q向偏离Q的方向偏转，因此粒子q受到Q的作用力是排斥力，故Q与q 的电性相同，即Q带负电．(2)因负电荷Q的电场线是由无穷远指向Q的，因此φA＝φC>φB.(3)由电场线的疏密分布(或由E＝k Qr2)得：E A＝E C<E B.(4)因粒子从A→B电场力做负功，由动能定理可知E k B<E k A，因φA＝φC，由电场力做功W AC＝qU AC知W AC＝0，因此由动能定理得E k A＝E k C，故E k A＝E k C>E k B.答案：见解析．总结：该种类型的题目分析方法是：先画出入射点轨迹的切线，即画出初速度v0的方向，再根据轨迹的弯曲方向，确定电场力的方向，进而利用力学分析方法来分析其他有关的问题．一、单项选择题1．一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是(A) A ．匀速直线运动 B ．匀加速直线运动 C ．匀变速曲线运动 D ．匀速圆周运动解析：由题意可知，带电粒子在电场中只受电场力作用．所以合外力不可能为0，所以不可能做匀速直线运动，所以选A.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(D )A.edh U B ．edUh C.eU dh D. eUh d解析：由动能定理：－F ·s ＝－12mv 20，∴－eE ·h ＝0－12mv 20，－e ·Ud ·h ＝0－E k0，∴E k0＝eUh d.3．如图为一匀强电场，某带正电的粒子从A 点运动到B 点．在这一运动过程中克服重力做的功为2.0 J ，电场力做的功为1.5 J ．下列说法中不正确的是(C)A ．粒子在B 点的重力势能比在A 点多2.0 J B ．粒子在B 点的电势能比在A 点少1.5 JC ．粒子在B 点的机械能比在A 点多0.5 JD ．粒子在B 点的动能比在A 点少0.5 J解析：根据克服重力做的功等于重力势能的增加量知A 项正确；根据电场力做的功等于电势能的减少量知B 项正确；根据功和能的关系知，即只有电场力做的功等于机械能的增加量知C 项错误；根据各个力做功的代数和等于动能的变化量知D 项正确．4．如图所示，电子在电势差为U 1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U 2的两块平行板间的电场中，入射方向跟极板平行，整个装置处于真空中，重力可忽略．在满足电子能射出平行板的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏角φ变大的是(B )A ．U 1变大，U 2变大B ．U 1变小，U 2变大C ．U 1变大，U 2变小D ．U 1变小，U 2变小 解析：偏转角：tan φ＝v yv x ，v y ＝at ＝qU 2md l v 0，在加速电场中有：12mv 2＝qU 1，v ＝2qU 1m，故：tan φ＝U 2l2U 1d，所以B 正确．二、不定项选择题5．一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是(AD )A ．加速电压突然变大B ．加速电压突然变小C ．偏转电压突然变大D ．偏转电压突然变小解析：设加速电压为U 1，偏转电压为U 2.则在加速电场中：qU 1＝12mv 20①偏转电场中：a ＝Eq m ＝U 2q md ，y ＝12at 2＝12U 2q md ·⎝ ⎛⎭⎪⎫l v 02②由①②联立得y ＝U 2l 24U 1d，所以答案为AD.6．(2014·中山模拟)如图所示，绝缘细线下挂着一带电小球，它的质量为m ，整个装置处于水平向右的匀强电场中．小球平衡时，细线与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g ，则(D)A ．小球一定是带负电B ．小球所受的电场力等于mgC ．若剪断悬线，则小球做曲线运动D ．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动解析：对小球受力分析如图所示，由qE 的方向知小球带正电，A 项错误；当θ＝45°时，qE ＝mg ，故B 项错误；剪断细线，小球在恒力F 的作用下由静止做匀加速直线运动，C 项错误、D 项正确．7．如图所示，平行板电容器充电后形成一个匀强电场，大小保持不变．让质子(11H)流以不同初速度，先、后两次垂直电场射入，分别沿a 、b 轨迹落到极板的中央和边缘，则质子沿b 轨迹运动时(ABD )A ．加速度相同B ．初速度更大C ．动能增量更大D ．两次的电势能增量相同解析：根据a ＝qE m，可知质子流竖直方向上的加速度相同，由于偏转位移大小相等，根据y ＝12at 2知运动时间相同，故水平位移越大，初速度越大，A 项正确，B 项正确；由于电场力相同，在电场力方向的竖直位移相同，故电场力做功一样，动能增量一样，电势能增量也一样，C 项错误，D 项正确．8．如图所示，平行板电容器两极板间的电场可看作是匀强电场，两板水平放置，板间相距为d ，一带负电粒子从上板边缘射入，沿直线从下板边缘射出，粒子的电荷量为q ，质量为m ，下列说法中正确的是(AC )A ．粒子的加速度为零B ．粒子的电势能减少3mgdC ．两板间的电势差为mgdqD ．M 板比N 板电势低 解析：由题可知粒子做匀速直线运动，故A 对，又mg ＝qE ，则U ＝mgdq，故C 对；粒子带负电，电场力向上，则M 板带正电，N 板带负电，M 板电势比N 板高，故D 错．又由电场力做负功可知电势能增加mgd .故B 错．9．如图所示，电量和质量都相同的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(ABCD )A ．它们通过加速电场所需的时间不同B ．它们通过加速电场过程中速度的增量不同C ．它们通过加速电场过程中动能的增量相等D ．它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等解析：A.粒子在匀强电场中做匀加速直线运动满足：vt ＋12at 2＝d ，又因为a ＝Uqdm ，由于电量和质量都相同，故加速度相同，由于初速度不同，故时间不等，故A 正确．B 、C.因为带电粒子的电荷量相等，故电场力做功相等W 电＝qU ，根据动能定理，电场力做功等于动能的改变量，由W 电＝E k －E k0，故它们通过加速电场过程中动能的增量相等，即ΔE k ＝12mv 2－12mv 20相等，虽然质量相等，但速度的增量不等，故B 正确，C 正确．D ．因为电场力W 电＝qU 一定，而电场力做功等于电势能的减少量，故D 正确．故选ABCD. 三、非选择题(按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)10．如图所示，水平放置的平行板电容器，与某一电源相连，它的极板长L ＝0.4 m ，两板间距离d ＝4×10－3m ，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v 0从两板中央平行极板射入，开关S 闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，已知微粒质量m ＝4×10－5kg ，电量q ＝＋1×10－8C ．(g 取10 m/s 2)求：(1)微粒入射速度v 0为多少？(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U 应取什么范围？解析：(1)由L 2＝v 0t ，d 2＝12gt 2，可解得：v 0＝L2gd＝10 m/s. (2)电容器的上板应接电源的负极．当所加的电压为U 1时，微粒恰好从下板的右边缘射出： d 2＝12a 1⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02，a 1＝mg －qU 1d m，解得：U 1＝120 V.当所加的电压为U 2时，微粒恰好从上板的右边缘射出：d 2＝12a 2⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02，a 2＝q U 2d －mgm， 解得：U 2＝200 V ，所以120 V<U <200 V.答案：(1)10 m/s (2)与负极相连 120 V<U <200 V11．如图所示，A 、B 为两块足够大的平行金属板，接在电压为U 的电源上．在A 板的中央P 点处放置一个电子放射源，可以向各个方向释放电子．设电子的质量为m ，电荷量为e ，射出的初速度为v .求电子打在B 板上的区域面积．(不计电子的重力)解析：研究打在最边沿处的电子，即从P 处平行于A 板射出的电子，它们做类平抛运动，在平行于A 板的方向做匀速直线运动，r ＝vt ，①d ＝12at 2＝12×eUmd×t 2，② 解①②方程组得电子打在B 板上圆形半径：r ＝dv2m eU，圆形面积S ＝πr 2＝2πmd 2v 2eU.答案：2πmd 2v 2eU。
物理粤教版选修3-1学案：知识导学 1-6-示波器的奥秘
第六节示波器的奥秘问题探究示波器有什么样的奥秘能够将“电信号”转换为“光信号”,从而在荧光屏上直观地显示信号的强弱?自学导引1.常用电子示波器的内部核心部件是示波管,示波管由_____________、_____________和_____________组成.答案:电子枪偏转电极荧光屏2.若要调节荧光屏上亮斑的亮度,需要调节_____________、_____________等;若要上下移动荧光屏上的亮斑或图线,则应调节_____________;若要左右移动荧光屏上亮点或图线,则应调节_________________;若改变图线在水平方向上的范围,则应调节_____________;若改变图线在竖直方向上的范围,则应调节_____________.答案:辉度旋钮聚焦调节旋钮垂直位移旋钮水平位移旋钮X增益旋钮Y增益旋钮3.示波器并不神秘,它的基本原理是带电粒子在电场中的_____________和____________.答案:加速偏转疑难剖析示波器面板和操作方法【例1】如图1-6-1所示为示波器面板,屏上显示的是一亮度较低、线条较粗且模糊不清的波形.图1-6-1(1)若要增大显示波形的亮度,应调节______________旋钮;(2)若要使屏上波形线条变细且边缘清晰,应调节______________旋钮.(3)若要将波形曲线调至屏中央,应调节______________与______________旋钮.解析:(1)逆时针旋转辉度旋钮时,可降低屏上亮斑亮度;顺时针旋转辉度旋钮,可增强屏上亮斑的亮度.现要求调亮该波形线条,则应该顺时针旋转辉度旋钮.(2)旋转聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮,二者配合使用可调节亮斑达到最小,图线线条清晰.(3)旋转垂直位移旋钮可调节亮斑的上下位置,旋转水平位移旋钮可调节亮斑左右位置.因此要将波形曲线调至中央,则要调节垂直位移旋钮和水平位移旋钮.答案:(1)辉度(2)聚焦(3)垂直位移水平位移正确运用动力学方法和功能关系解决带电粒子的加速和偏转问题【例2】如图162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，获得速度v0，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，以速度v离开电场.已知平行板长为l，两板间距离为d，求：图1-6-2（1）v 0的大小；（2）离子在偏转电场中运动的时间t ；（3）离子在偏转电场中受到的电场力的大小F ；（4）离子在偏转电场中的加速度；（5）离子在离开偏转电场时的横向速度v y；（6）离子在离开偏转电场时的速度v 的大小；（7）离子在离开偏转电场时的横向偏移量y；（8）离子离开电场时的偏转角θ的正切值t a n θ.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： 20121mv qU =所以mqU v 102=. （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.即水平方向做速度为v 0的匀速运动；竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动. 在水平方向102qU m l v l t ==. （3）dqU qE F d U E 22===. （4）m dqU m F a 2==. （5）121222mU q dl U qU m l md qU at v y =∙==. （6）1222221222024U m d U ql U qd v v v y +=+=. （7）1221222422121dU U l qU m l md qU at y =∙==（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加速电场和偏转电场）.（8）121120222tan dU lU qU m mU q d l U v v y=∙==θ（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加速电压和偏转电压).温馨提示：该题只需要分清带电粒子在电场中的类型，是加速或者偏转，运用类平抛运动的知识进行分解.拓展迁移根据物理学动力学知识可知,物体的运动性质由其受力情况与运动初状态之间的关系决定.当物体所受到恒定的合外力与运动速度方向不共线时,则物体做匀变速曲线运动.此时可以将该曲线运动分解处理.而各方向上的分运动性质仅决定于各分运动方向上的力与速度之间的关系,因此匀变速曲线运动的各分运动之间在运动性质上互不影响,我们称之为运动具有独立性.示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极、荧光屏等组成.如图163所示,在示波管内部垂直地安装了两对电极,它们使通过其中的电子在水平方向、竖直方向分别发生偏转.在示波管的荧光屏上以荧光屏的中心为坐标原点,建立直角坐标系XOY.试根据运动的独立性规律思考:为了使电子枪射出的电子束在坐标系第Ⅰ象限内P点产生亮斑,那么示波管中的两对电极将应该加怎样的极性（）①极板X应带正电②极板X′应带正电③极板Y应带正电极板Y′应带正电A.①③B.C.②③D.图1-6-3解析:电子在偏转电极区外做直线运动,在偏转电极区内做匀变速曲线运动.运用运动分解的方法处理电子在偏转电极区内所做的匀变速曲线运动.电子在分运动方向上所做的运动相互独立.为了使电子能到达荧光屏上第Ⅰ象限内,除沿中心线的运动外,电子水平方向还应向X 方向发生偏转,因此在电极XX′上应加由X到X′的电场,此时极板X带正电;为了使电子在竖直方向上沿Y方向发生偏转,在电极YY′上应加由Y到Y′的电场,此时Y极板带正电.答案:A。
【教育课件】粤教版高中物理1.6示波器的奥秘粤教版高中物理选修3-1课件.ppt
知识点二 带电粒子在电场中偏转
如图所示，带电粒子以初速度 v0 垂直电场线进入匀强电 场，加速度 a＝qmE＝mqUd.
1．基本关系． vx＝v0，x＝v0t(初速度方向)． vy＝at，y＝12at2(电场线方向)．
3．推论． (1)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 tan
A．极板 X 的电势高于极板 X′ B．极板 X′的电势高于极板 X C．极板 Y 的电势高于极板 Y′ D．极板 Y′的电势高于极板 Y
分析：由亮斑位置可知电子偏转的打在偏向 X、Y 方向， 由电子所受电场力的方向确定电场的方向，再确定极板所带 的电性．
解析：电子受力方向与电场方向相反，因电子向 X 方 向偏转，则电场方向为 X 到 X′，则 X 带正电，即极板 X 的 电势高于极板 X′.同理可知 Y 带正电，即极板 Y 的电势高于 极板 Y′，故 A、C 正确，B、D 错误．故选 AC.
θ
＝2l .
(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，根据 tan α ＝12tan θ .
2．导出关系． 粒子离开电场时的侧移位移：y＝2qml2vU20d. 粒子离开电场时的偏转角：tan θ ＝vv0y＝mqvlU02d. 粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切：tan α ＝yl
D．以上说法均不正确
解析：由动能定理 qU＝12mv2，v＝ 无关与加速电压有关．故选 C.
答案：C
2mqU，得 v 与距离
变式 训练
1．(多选)一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和 方向随时间变化的规律如图所示，带电微粒只在电场力的作 用下，在 t＝0 时刻由静止释放，则下列说法中正确的是(BD)
物理粤教版选修3-1自我检测：1-6-示波器的奥秘 含解析 精品
自我检测1.在练习使用示波器时,在调节好示波器后,将“扫描范围”旋钮置于最低挡.若缓慢地逆时针旋转“扫描微调”旋钮,则屏上亮斑的扫描速度将____________,扫描频率将____________;若缓慢逆时针旋转“X 增益”旋钮,则扫描的幅度将______________.答案:减小 减小 增大2.关于带电粒子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.可能沿电场线方向运动答案: AD3.让原来静止的氢核（H 11）、氘核（H 21）和氚核（H 31）的混合物通过同一电场后，各种核将具有 ( )A.相同的速度B.相同的动能C.相同的动量D.以上物理量都不相同答案: B4.离子发动机飞船,其原理是用电压U 加速一价惰性气体离子,将它高速喷出后,飞船得到加速.在氦、氖、氩、氪、氙中选氙的理由是用同样电压加速,它喷出时（ ）A.速度大B.动量大C.动能大D.质量大答案: B5.平行金属板间有一匀强电场，不同的带电粒子都可以垂直于电场线方向射入该匀强电场（不计重力），要使这些粒子经过匀强电场后有相同的偏转角，则它们应具有( )A.相同的动能和相同的比荷（q /m ）B.相同的动量和相同的比荷（q /m ）C.相同的速度和相同的比荷（q /m ）D.相同的比荷（q /m ）答案: C6.三个质量相同,分别带有正电、负电、不带电的粒子A 、B 、C ,从水平放置的平行带电金属板左侧P 点以相同速度v 0垂直电场线方向射入匀强电场,分别落在带正电极板上不同的三点,如图1-6-4 所示,下面判断正确的是( )图1-6-4A.三个粒子在电场中运动的加速度大小关系为:a b >a c >a aB.三个粒子在电场中运动的时间相等C.三个粒子到达下极板时的动能关系为:E k A>E k B>E k CD.三个粒子所受到电场力大小关系为:F a=F b>F c答案: A7.如图1-6-5所示,一个质子以速度v垂直电场方向射入有界匀强电场中，它飞离电场区域时侧向位移为d1,如果改换使 α 粒子从同一位置以2v速度垂直电场方向射入，则它飞离有界电场时的侧向位移应为()图1-6-5A.d2=d1B.d2=d1/4C.d2=d1/8D.d2=d1/16答案: C8.一质量为4.0×10-15kg、电荷量为2.0×10-9C的带正电质点,以4.0×104m/s的速度垂直于电场方向从a点进入匀强电场区域,并从b点离开电场区域.离开电场时的速度为5.0×104 m/s,由此可知,电场中ab两点间电势差U ab=V;带电质点离开电场时的速度在电场方向的分量为m/s.(不计重力作用)答案: 9.0×102 3.0×1049.几种不同的离子都由静止开始经同一电场加速后，垂直电场方向射入同一偏转电场，已知它们在电场中的运动轨迹完全相同，则可以肯定，这几种离子的（）A.电性相同B.电荷量相同C.比荷相同D.射出偏转电场时速度相同答案:A10.一价氢离子和二价氦离子的混合体,经同一加速电场加速后,垂直射入同一偏转电场中,偏转后均打在荧光屏上,则它们（）A.同时到达屏上同一点B.先后到达屏上同一点C.同时到达屏上不同点D.先后到达屏上不同点答案: B11.如图1-6-6所示,a、b、c三点是匀强电场中的三个彼此相邻的等势面,一带电粒子从A点进入并穿过电场,其轨迹与等势面的相交点依次为A、B、C.若不计重力的作用,则 （）图1-6-6A.带电粒子在A点所受电场力方向竖直 向上B.a、b、c三个等势面的电势是φa>φb>φcC.带电粒子在穿过电场过程中动能一定增加D.带电粒子在由A到B的过程中动能变化大于由B到C过程中动能的变化答案: C12.如图1-6-7所示为电子加速、偏转装置示意图，初速度为零的电子经电压U1加速后，垂直进入偏转电场，离开电场时的侧移量是y，偏转电场的两板间距离为d,偏转电压为U2，板长为L,为了提高偏转的灵敏度（每单位偏转电压引起的偏转量）可采用下面哪些办法（）图1-6-7A.增大偏转电压U2B.增大加速电压U1C.尽可能使板长L长一些D.尽可能使极板间距d小一些答案: CD13.如图1-6-8所示,平行金属板的上下极板分别带等量异种电荷,板长为L,一束速度相同的电子束由正中央P点垂直电场线方向进入电场,飞出电场时速度(v t)方向如图,现作速度(v t)的反向延长线交初速度(v0)方向延长线PM于O点,试分析计算O点的位置.图1-6-8答案: O点在PM的中点处14.如图1-6-9所示,静电分选的原理示意图,将磷酸盐和石英的混合颗粒由传送带送至两个竖直带电平行金属板上方中部,经电场区域下落,电场强度为5.0×105V/m,磷酸 盐颗粒带正电,石英颗粒带负电,这些颗粒带电率(颗粒所带电荷量与颗粒质量之比)均为1.0×10-5C/kg,如果要求两种颗粒经电场区域后至少分离10 cm,粒子在电场中通过的竖直距离至少应多少?(g取10 m/s2)图1-6-9答案: 0.1 m。
物理3-1粤教版1.6示波器的奥秘学案1
物理3-1粤教版1.6示波器的奥秘学案1【一】带电粒子的加速两平行金属板间的电压为U ，板间是一匀强电场，设有一带正电荷q 、质量为m 的带电粒子从正极板开始向负极板运动，由于电场力做____功，带电粒子被______速，依照动能定理，________等于电场力的功W ，即________＝W ＝qU ，带电粒子到达负极板时的速度v ＝________.答案正加动能的增量12mv 22qUm 【二】带电粒子的偏转带电粒子的电荷量为q ，质量为m ，以初速度v 0垂直电场线射入两极板间的匀强电场、板长为l 、板间距为d ，两极板间的电势差为U.1、粒子在v 0的方向上做________直线运动，穿越两极板的时间t ＝________.2、粒子在垂直于v 0的方向上做初速度为________的____________运动，加速度为： a ＝Fm ＝________. 粒子离开电场时在电场方向上偏离原射入方向的距离y ＝12at 2＝________. 3、穿出电场时竖直方向上的分速度v y ＝at ＝______.合速度与水平方向的夹角θ＝tan －1v y v 0＝tan －1________.答案1.匀速l v 02.零匀加速直线qU dm ql 22dmv 20U3.ql dmv 0U qldmv 20U 【三】示波器探秘示波器的核心部件是________，它是一种阴极射线管，玻璃管内抽成真空，它采纳________的方式发射电子、答案示波管热电子发射【一】带电粒子的加速[问题情境]带电粒子在电场中受电场力作用，我们能够利用电场来操纵粒子，使它加速或偏转、直线加速器确实是在真空金属管中加上高频交变电场使带电粒子获得高能的装置(如图1所示)，它能关心人们更深入地认识微观世界、你明白它的加速原理吗？图11、带电粒子在电场中受哪些力作用？重力能够忽略吗？2、带电粒子被加速的原理是什么？3、处理带电粒子加速问题的一般方法是什么？答案1.电场力、重力因重力远小于电场力因此能够忽略 2、电场力做正功，粒子动能增加 3、动能定理 [要点提炼]1、带电粒子：质量特别小的带电体，如电子、质子、α粒子、离子等，处理问题时它们的重力通常忽略不计(因重力远小于电场力)、2、带电微粒：质量较大的带电体，如液滴、油滴、尘埃、小球等，处理问题时重力不能忽略、3、粒子初速度为零且仅在电场力作用下运动，因此电场力做的正功等于__________，即W ＝qU ＝12mv 2得v ＝____________.答案3.粒子动能的增加量2qUm[问题延伸]假设用来加速粒子的电场是非匀强电场，粒子获得的末速度仍然是v ＝2qUm 吗？答案仍然是、非匀强电场中电场力做的功仍然是W ＝qU ，因此仍然有qU ＝12mv 20，故v ＝2qUm (非匀强电场中，W ＝qE ·d 不能用了) 【二】带电粒子的偏转 [问题情境]1.带电粒子以初速度为v 0垂直电场方向射入匀强电场，不计重力作用，它的受力有什么特点？2、它的运动规律与什么运动相似？3、推导粒子离开电场时沿垂直于极板方向的偏移量和偏转的角度、 答案1.粒子仅受与v 0垂直的电场力作用、2、粒子的运动与平抛运动类似，轨迹为抛物线、3、见课本推导过程、 [要点提炼]1、处理方法：应用运动的合成与分解知识分析处理，一般将类平抛运动分解为：沿初速度方向的________运动和沿电场力方向做初速度为______运动、2、差不多关系：⎩⎪⎨⎪⎧v x ＝v 0 x ＝v 0t 初速度方向v y ＝at y ＝12at 2电场线方向3、导出关系：(1)粒子在电场中运动的时间t ＝________.(2)粒子的加速度为a ＝Fm ＝________.(3)穿出电场时在竖直方向上的位移y ＝12at 2＝________. (4)穿出电场时竖直方向上的分速度v y ＝at ＝________________________________________________________________________.(5)粒子穿出电场时合速度与水平方向的夹角θ＝tan －1v y v 0＝tan －1________. 答案1.匀速直线初速度为零的匀加速直线3、(1)l v 0(2)Uq dm (3)ql 22dmv 20U(4)ql dmv 0U(5)qldmv 20U 【三】示波器探秘示波器的核心部件是示波管，观看示波管的结构，思考示波管中各个组件的作用？ 答案课本“示波管结构图”中序号1－6为加速系统，其作用是使从阴极出射的电子在电场中加速；7为竖直偏转系统，其作用是使粒子在竖直方向上偏转；8是水平偏转系统，其作用是使粒子在水平方向上偏转；9是荧光屏，其作用是显示粒子的位置(或图象)、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解析质子和α粒子基本上正离子，从A 点释放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 ，由动能定理有：对质子：12m H v 2H ＝q H U ，对α粒子：12m αv 2α＝q αU.因此v Hv α＝q H m αq αm H ＝1×42×1＝21.答案2∶1点拨(1)要明白质子和α粒子是怎么样的粒子，q H ＝e ，q α＝2e ，m H ＝m ，m α＝4m ；(2)该电场为非匀强电场，带电粒子在A 、B 间的运动为变加速运动，不可能通过力和加速度的途径解出该题，但注意到电场力做功W ＝qU 这一关系对匀强电场和非匀强电场都适用，因此从能量的角度入手，由动能定理来解该题特别方便、变式训练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，那么()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 答案C解析由动能定理得eU ＝12mv 2.当改变两板间的距离时，U 不变，v 就不变，故A 、B 项错误，C 项正确；粒子做初速度为零的匀加速直线运动，v ＝d t ，v 2＝d t ，即t ＝2dv ，当d 减小时，电子在板间运动的时间变小，故D 选项不正确、例2一束电子流在经U ＝5000V 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4所示、假设两板间距d ＝1.0cm ，板长l ＝5.0cm ，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？图4解析设极板间电压为U ′时，电子能飞出平行板间的偏转电场、加速过程，由动能定理得：eU ＝12mv 20.①进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动：l ＝v 0t.②在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度：a ＝F m ＝eU ′dm ，③偏转距离：y ＝12at 2，④能飞出的条件为：y ≤d2.⑤解①②③④⑤式得：U ′≤2Ud 2l 2＝2×5 000×10－225×10－22V ＝400V . 答案400V变式训练2试证明：粒子从偏转电场射出时，其速度v 的反向延长线过水平位移的中点、答案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 ，那么x ＝ytan θ＝qUl 22dmv 20·dmv 20qUl ＝l 2，即粒子从偏转电场射出时，其速度v 的反向延长线过水平位移的中点，如下图、【即学即练】1、以下粒子从静止状态通过电压为U 的电场加速后，速度最大的是()A 、质子(11H )B 、氘核(21H )C 、α粒子(42He )D 、钠离子(Na ＋) 答案A解析经加速电场加速后的速度为v ＝2qUm ，比荷大的粒子加速后的速度大、2、如图5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，如下图，OA ＝h ，此电子具有的初动能是()图5A .edh UB 、edUhC .eU dhD .eUh d 答案D解析从功能关系方面考虑，电子从O 点到A 点，因电场力作用，速度逐渐减小，依照题意和图示判断，电子仅受电场力，不计重力，如此，我们能够用动能定理来研究问题12mv 20＝eU OA .因为E ＝U d ，U OA ＝Eh ＝Uh d ，故12mv 20＝eUhd ，因此D 正确、3、有一束正离子，以相同速率从同一位置进入带电平行板电容器的匀强电场中，所有离子的运动轨迹一样，说明所有离子()A 、具有相同的质量B 、具有相同的电荷量C 、具有相同的比荷D 、属于同一元素的同位素 答案C解析轨迹相同说明偏转角相同，tan θ＝v y v x ＝qUlmdv 20，因为速度相同，因此只要电荷的比荷相同，电荷的运动轨迹就相同，易错之处是只考虑其中一种因素的妨碍、4.长为L 的平行金属板电容器，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q ，质量为m的带电粒子，以初速度v 0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下板成30°角，如图6所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离、图6答案3mv 203qL 36L解析由题意知tan θ＝ v ⊥v 0① v ⊥＝at ② a ＝qE m ③t ＝L v 0④由①②③④得E ＝mv 20tan θqL[ 将θ＝30°代入得：E ＝3mv 203qL由题意知两板间距离d 等于竖直方向的偏转量y ，那么d ＝y ＝12at 2＝12qE m (Lv 0)2 将E 代入得d ＝36L.。
高中物理粤教版选修31第1章第6节 示波器的奥秘 课件
•9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2021/8/282021/8/28Saturday, August 28, 2021 •10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/8/282021/8/282021/8/288/28/2021 2:02:50 AM •11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。2021/8/282021/8/282021/8/28Aug-2128-Aug-21 •12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2021/8/282021/8/282021/8/28Saturday, August 28, 2021
(探讨)例3：设质量为m的带正电粒子（不计 重力），带电量为q，板间匀强电场为E，
电势差为U，板距为d, 粒子从静止开始从
一极板到达另一极板的速度为v,则
电场力所做的功为：
WqU 或WqEd
粒子到达另一极板的动能为：
Ek
1 2
mv2
由动能定理有： qU12mv2
或恒力做功： qEd12mv2 若初速度为v0，则上面各式又应怎么样？
(小试牛刀)练习1：离子发生器发射出一束 质量为m，电荷量为q的离子（不计重 力），从静止经加速电压U加速后，获得 速度v，求v的大小。
解：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：
qU12mv2
v 2qU m
(巩固)练习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, OA＝h,此电子
2019-2020年高中物理 第一章 电场 1.6 示波器的奥秘教案 粤教版选修3-1
2019-2020年高中物理第一章电场 1.6 示波器的奥秘教案粤教版选修3-1三维目标1、理解带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理。
2、能用带电粒子在电场中运动的规律，分析解决实际问题。
3、通过探究带电粒子在匀强电场中的运动规律，了解物理学的研究方法。
重点能用带电粒子在电场中运动的规律，分析解决实际问题。
难点理解带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理。
课型□讲授□习题□复习□讨论□其它教学内容与教师活动设计因材施教一、认识示波器示波器是一种常用的实验仪器，它常用来显示电信号随时间变化的情况。
其基本原理是带电粒子在电场力的作用下加速和偏转，屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏产生的。
展示示波器实物，让学生观察示波器的运用。
二、带电粒子的加速如图所示，两平行金属板间的电压为U，板间是一匀强电场。
设有一带正电荷q、质量为m的带电粒子从正极板处由静止开始向负极板运动（忽略重力的作用），由于电场力做正功，带电粒子在电场中被加速，带电粒子的动能增加。
根据动能定理，动能的增量等于电场力的功W，所以由此可得带电粒子到达负极板时的速度【练习】在用于治疗癌症的粒子加速器中，静止的质子在电场力的作用下从静止状态进入零电势区域。
设质子原来具有的电势能为80MeV，试求质子到达零电势区域时的速度。
教学内容与教师活动设计因材施教三、带电粒子的偏转带电粒子在电场中受到电场力，如果粒子进入电场时的速度方向与电场力的方向不平行，粒子就会受到侧向的作用力，带电粒子就会发生偏转。
本节只研究带电粒子的初速与电场方向垂直的情况。
如图，两平行导体板水平放置，极板长度为，板间距离为d，板间电压为U。
有一质量为m、电荷量为q的带电粒子以水平速度进入板间的匀强电场。
下面求它穿出电场时在竖直方向上的位移和偏转的角度。
带电粒子垂直进入匀强电场的运动类似物体的平抛运动。
粒子在电场中运动的时间忽略粒子的重力，它的加速度为穿出电场时在竖直方向上的位移。
1.6示波器的奥秘 学案(2020年粤教版高中物理选修3-1)
1.6示波器的奥秘学案（2020年粤教版高中物理选修3-1）第六节第六节示波器的奥秘示波器的奥秘学科素养与目标要求物理观念1.了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况.2.知道示波管的主要构造和工作原理科学思维能综合运用力学和电学的知识分析.解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型一.带电粒子的加速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，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略2带电粒子的加速1带电粒子在电场中做加速直线运动的条件只受电场力作用时，初速度为零或电场力方向与初速度方向相同2质量为m，电荷量为q的粒子从静止开始，仅在电场力作用下，经电压为U的电场加速后，根据动能定理qU12mv2，得粒子到达另一极板的速度v2qUm.二.带电粒子的偏转如图1所示，质量为m.带电荷量为q的基本粒子忽略重力，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U.图11运动性质沿初速度方向速度为v0的匀速直线运动垂直v0的方向初速度为零的匀加速直线运动2运动规律偏移距离因为tlv0，aqUmd，所以偏移距离y12at2qUl22mv02d.偏转角度因为vyatqUlmv0d，所以tanvyv0qUlmdv02.三.示波器探秘1结构如图2所示为示波管的结构图图21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荧光屏示波器的核心部件是示波管，示波管外部是一个抽成真空的玻璃管，内部主要有1电子枪由发射电子的灯丝及加速电极阴极.阳极组成；2偏转系统水平偏转系统，竖直偏转系统；3荧光屏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扫描电压；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，如果在YY偏转极板上加一个随时间正弦变化的信号电压，在XX偏转极板上加上适当的偏转电压，在荧光屏上就会出现按YY偏转电压规律变化的可视图象1判断下列说法的正误1质量很小的粒子如电子.质子等，在电场中受到的重力可忽略不计2动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题3带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动4示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束偏转，打在荧光屏不同位置2.如图3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的一点射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度为________图3答案v022qUm解析由动能定理得qU12mv212mv02，解得vv022qUm.一.带电粒子的加速如图所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m.带电荷量为q的粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动1比较粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计粒子质量是质子质量的4倍，即m41.671027kg，电荷量是质子的2倍2粒子的加速度是多大结果用字母表示在电场中做何种运动3计算粒子到达负极板时的速度大小结果用字母表示，尝试用不同的方法求解答案1粒子所受电场力大.重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力2粒子的加速度为aqUmd.在电场中做初速度为0的匀加速直线运动3方法1利用动能定理求解由动能定理可知qU12mv2v2qUm.方法2利用牛顿运动定律结合运动学公式求解设粒子到达负极板时所用时间为t，则d12at2vataqUmd联立解得v2qUm.1带电粒子的分类及受力特点1电子.质子.粒子.离子等基本粒子，一般都不考虑重力2质量较大的微粒带电小球.带电油滴.带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力2分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法1利用牛顿第二定律Fma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动2利用动能定理qU12mv212mv02.若初速度为零，则qU12mv2，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用例1如图4所示，在点电荷Q激发的电场中有A.B两点，将质子和粒子分别从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4答案21解析质子和粒子都带正电，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12mHvH2qHU，对粒子12mv2qU.所以vHvqHmqmH142121.针对训练1xx盐城市第三中学期中如图5所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的时间和速率，下列说法正确的是图5A两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小B两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小C两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变D两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变答案C解析由于两极板之间的电压不变，所以极板之间的场强为EUd，电子的加速度为aqEmqUmd，电子在电场中一直做匀加速直线运动，由d12at2qUt22md，所以电子加速的时间为td2mqU，由此可见，两板间距离越小，加速时间越短，对于全过程，由动能定理可知，qU12mv2，所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，故C正确，A.B.D错误二.带电粒子的偏转如图6所示，质量为m.电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两极板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距离为d，不计粒子的重力图61运动分析及规律应用粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理1在v0方向做匀速直线运动；2在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动2.过程分析如图7所示，设粒子不与极板相撞图7v0方向粒子通过电场的时间tlv0电场力方向加速度aqEmqUmd离开电场时电场力方向分速度vyatqUlmdv0末速度与初速度方向夹角的正切值tanvyv0qUlmdv02离开电场时沿电场力方向的偏移量y12at2qUl22mdv02.3两个重要推论1粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点2位移方向与初速度方向间夹角的正切值为速度偏转角正切值的12，即tan12tan.4分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEyEk，其中y为粒子在偏转电场中沿电场方向的偏移量例2一束电子流经U15000V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8所示，两极板间电压U2400V，两极板间距d2.0cm，板长L15.0cm.图81求电子在两极板间穿过时的偏移量y；2若平行板的右边缘与屏的距离L25cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距离YO点位于平行板水平中线的延长线上；3若另一个质量为m 不计重力的二价负离子经同一电压U1加速，再经同一偏转电场，射出偏转电场的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大答案10.25cm20.75cm30.25cm0.75cm解析1加速过程，由动能定理得eU112mv02进入偏转电场，电子在平行于极板的方向上做匀速运动，L1v0t在垂直于极板的方向上做匀加速直线运动，加速度为aFmeU2dm偏移距离y12at2由得yU2L124dU1代入数据得y0.25cm2如图，由几何关系知yYL12L12L2得YL12L2L1y代入数据得Y0.75cm3因yU2L124dU1，YL12L2L1y，与粒子的质量m和电荷量q无关，故二价负离子经同样装置后，yy0.25cm，YY0.75cm.学科素养建立带电粒子在匀强电场中偏转的类平抛运动模型，会用运动的合成和分解的知识分析带电粒子的偏转问题，提高分析综合能力，体现了“科学思维”的学科素养例3长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为q.质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与水平方向成30角，如图9所示，不计粒子重力，求图91粒子离开电场时速度的大小；2匀强电场的场强大小；3两板间的距离答案123v0323mv023qL336L解析1粒子离开电场时，速度与水平方向夹角为30，由几何关系得速度vv0cos3023v03.2粒子在匀强电场中做类平抛运动，在水平方向上Lv0t，在竖直方向上vyat，vyv0tan303v03，由牛顿第二定律得qEma解得E3mv023qL.3粒子在匀强电场中做类平抛运动，在竖直方向上d12at2，解得d36L.针对训练2如图10所示，两个板长均为L的电极板，平行正对放置，两极板相距为d，极板之间的电势差为U，板间电场可以认为是匀强电场一个带电粒子质量为m，电荷量为q，可视为质点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边缘忽略重力和空气阻力的影响求图101极板间的电场强度E的大小2该粒子的初速度v0的大小3该粒子落到负极板时的末动能Ek.答案1Ud2LdUq2m3Uq1L24d2解析1两极板间的电压为U，两极板间的距离为d，所以电场强度大小为EUd.2带电粒子在极板间做类平抛运动，在平行于极板方向上有Lv0t在垂直于极板方向上有d12at2根据牛顿第二定律可得aFm，而FEq 所以aUqdm解得v0LdUq2m.3根据动能定理可得UqEk12mv02解得EkUq1L24d2.1带电粒子的直线运动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入，最远到达A点，然后返回，如图11所示，OAL，则此电子具有的初动能是图11A.edLUBedULC.eUdLD.eULd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，不计重力根据能量守恒定律得12mv02eUOA.因EUd，UOAELULd，故12mv02eULd，所以D正确2带电粒子的偏转如图12所示，带电荷量之比为qAqB13的带电粒子A.B，先后以相同的速度从同一点水平射入平行板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为xAxB21，则带电粒子的质量之比mAmB以及在电场中飞行的时间之比tAtB分别为图12A11,23B21,32C11,34D43,21答案D解析粒子在水平方向上做匀速直线运动xv0t，由于初速度相同，xAxB21，所以tAtB21，竖直方向上粒子做匀加速直线运动y12at2，且yAyB，故aAaBtB2tA214.而maqE，mqEa，mAmBqAqBaBaA134143.综上所述，D项正确3示波管的原理多选示波管的构造如图13所示如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的图13A极板X应带正电B极板X应带正电C极板Y应带正电D极板Y应带正电答案AC解析根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用发生了偏转，因此极板X.极板Y均应带正电4.带电粒子的加速和偏转xx宿迁市期末如图14所示，电子从静止开始被U180V的电场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E6000V/m的匀强偏转电场，而后电子从右侧离开偏转电场已知电子比荷为em1691011C/kg，不计电子的重力，偏转极板长为L6.0102m求图141电子经过电压U加速后的速度vx的大小；2电子在偏转电场中运动的加速度a的大小；3电子离开偏转电场时的速度方向与刚进入该电场时的速度方向之间的夹角.答案18106m/s21.11015m/s2345解析1根据动能定理可得eU12mvx2，解得vx8106m/s2电子在偏转电场中受到竖直向下的电场力，根据牛顿第二定律得aeEm，解得a3231014m/s21.11015m/s23电子在水平方向上做匀速直线运动，故tLvx 在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，故vyat，tanvyvx，联立解得45.。
高二物理粤教版选修3-1《16示波器的奥秘》课件
根据动能定理得 1 mv2 W qU
U
2
v 2qU m
如果两板的形状改变了,电场变成了非匀强电场。
若两板间的电压仍为U，上式是否成立？
如图 , 已知 l、d、m、
q、U、v0 , 求粒子穿出
F
电场时，在竖直方向上
d
＋
q
v0
vy
v
y
v0
的位移和偏转的角度。
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋
l
带电粒子在水平方向不受力，做匀速直线运动； 在竖直方向受向上的电场力F的作用，做初速度为零 的匀加速直线运动；运动轨迹类似平抛运动。
【例题2】让质子、氘核的混合物沿着与电场垂直 的方向进入同一匀强电场，要使它们最后的偏转 角相同，这些粒子必须是：
A.具有相同的初速度 B.具有相同的初动能 C.具有相同的质量 D.经同一电场由静止加速
【答案】B D
课堂小结
一、利用电场使带电粒子加速 从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析
粒子在电场中运动的时间为：t l
vy
v
v0
F
粒子在竖直方向上的加速度为：
d＋ q
v0
y
v0
a F qE Uq
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋
m m dm
l
粒子在竖直方向上的位移为：
y
1 2
at 2
ql 2 2dmv02
U
粒子在竖直方向上的分速度为：
vy
at
ql dmv0
U
合速度与水平方向夹角为：
tan1
vy v0
tan1
ql dmv02
U
拓展——带电粒子加速和偏转一体问题
【例3】离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负离子，
高中物理 1.6示波器的奥秘课件 粤教版选修3-1
第六节 示波器的奥秘
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1
知识解惑
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2
知识点一 带电粒子的加速
1．带电粒子在电场中运动时重力的处理． (1)基本粒子：如电子、质子、α 粒子、离子等，除有说 明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)． (2)带电颗粒：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．
2mqU＋v20.
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5
尝试应用
1．下列粒子从初速度为零的状态经加速电压为 U
的电场后，哪种粒子速度最大(A)
A．质子(11H) C．α粒子(42He)
B．氘核(21H) D．钠离子(Na＋)
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6
解析：设加速电场的电压为 U，粒子的质量和电量分别 为 m 和 q，根据动能定理得 qU＝12mv2，v＝ 2mqU.由于质 子的比荷mq 最大，U 相同，则质子的速度最大．故选 A.
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3
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，受 到的电场力与运动方向在同一条直线上，做匀加速(或匀
减速)直线运动，其加速度为 a＝qmE＝mqUd.
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4
3．功能观点分析． 带电粒子动能的变化量等于电场力做的功(适用于一切 电场)． (1)若粒子的初速度为零，则 qU＝12mv2，v＝ 2mqU. (2)若粒子的初速度不为零，则 qU＝12mv2－12mv20，v＝
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11
知识点三 示波器探秘原理
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12
1．发射电子：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射 电子．
2．形成亮斑：电子经过阳极和阴极间的电场加速聚 焦后形成一很细的电子束射出，电子打在荧光屏上形成一 个小亮斑．
高中物理第一章电场1.6示波器的奥秘素材3粤教版选修3-1(new)
1。
6 示波器的奥秘①实验目的1、了解通用示波器的结构和工作原理。
2、初步掌握通用示波器各个旋钮的作用和使用方法.3、学习利用示波器观察电信号的波形及测量电压和频率。
②实验仪器通用示波器、函数信号发生器、连接线（示波器专用）③实验原理1、'YY偏转极加的是待显示的信号电压，因此电子在竖直方向的偏转情况能够反映信号电压的变化情况。
经过数学、物理方法处理后可将电子在竖直方向的偏转情况转化为电信号的变化情况。
2、'XX偏转极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压（即扫描电压)，因为电子在竖直方向的偏转情况，如果不输入水平偏转电压的话，在荧光屏上显示的将是一条竖直的直线，因此要使信号电压的变化情况在荧光屏上清晰地显示,就必须在'XX极板上加入锯齿形电压，使竖直方向的信号电压的变化情况在水平方向拉开而显示出来。
I、理解如果信号电压的周期和扫描电压的周期相同，那么就可以在荧光屏上得到信号电压在一个周期内随时间变化的稳定图象。
II、扫描电压周期荧光屏上显示的信号电压在一个周期内的波形个数=信号电压周期III、YY'极板:即“Y输入"与“地”接线柱接入信号电压.XX'极板:即“X输入”与“地”接线柱接入扫描电压。
V、衰减旋钮可以调节输入的信号电压强弱，若将衰减旋钮置于“”挡,即表示输入的信号电压为机内提供的按正弦规律变化的220V,50HZ的交流电压.（若荧光屏上只有一个亮点则说明没有信号电压输入)VI、扫描范围旋钮和扫描微调旋钮用来调节扫描电压,注意扫描范围粗调选挡要合理,然后再利用扫描微调旋钮细调可以调出所需的精确扫描电压。
（若将扫描范围旋钮置于外挡，则表示水平方向没有扫描电压输入)④其它补充1、辉度旋钮“ "调节亮度。
2、聚焦旋钮“O”调节条纹粗细。
5、Y增益调节振幅。
6、X增益调节波长。
【例题】如下图一示波器是一种常见的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况．电子经电压U1加速后进入偏转电场．下列关于所加竖直偏转电压U2、水平偏转电压U3与荧光屏上所得的图形的说法中正确的是 ( )A．如果只在U2上加上图甲所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图a所示B．如果只在U3上加上图乙所示的电压,则在荧光屏上看到的图形如图b所示C．如果同时在U2和U3上加上甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图c所示D．如果同时在U2和U3上加上甲、乙所示的电压，则在荧光屏上看到的图形如图d所示【例题】用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号。
新课标粤教版3-1 选修三1.6《示波器的奥秘》 2
处向低电势处运动
答案:D
6．下面哪些话是正确的？ A．在电场中，电场强度大的点，电势
必高。 B．电荷置于电势越高的点，所具有的
电势能也越大。 C．电场中电场强度大的地方，沿电场
线方向电势降落快。 D．一带电粒子只受电场力作用，在电
场中运动时，电势能一定变化。
表示标准的选择：
– 为了确定电场中某点的电势的高低，先规定一个零电 势点，比零电势高的为正，低的为负，这时正负号表 示就高低了。
表示某种关系：(不表示大小)
– 如电势差UAB的正负，反映了A、B两点的电势高低的关 系。
– 如电场力做功与电势能变化关系：WAB=-ΔεAB
表示性质：如正负电荷
中和均分
飞出.
解： 粒子受力如图， 粒子带 负电
qE=mg q=mgd/U0=10 -9C
若电压增大为U1，恰好从上板边缘飞出，
y=1/2 at2 =d/2
a=d v02 / L2 = 8m/s2,
qU1/d – mg = ma
U1 =1800V
若电压减小为U2，恰好从下板边缘飞出，qE L＝10cm
y=1/2 at2 =d/2 mg - qU1/d = ma ∴200V≤U ≤1800V
巩固练习
1、如图所示，3个点电荷q1、q2、q3固定在 一条直线上，q2与q3的距离为q1与q2距离的2 倍，每个电荷所受静电力的合力均为零。由此 可以判断3个电荷的电量之比q1 ：q2：q3为：
A．-9∶4∶-36 B．9∶4∶36 C．-3∶2∶-6 D．3∶2∶6
答案:A
2．如图所示，半径相同的两个金属小球A、B 带有电量相等的电荷，相隔一定距离，两球 之间的相互吸引力的大小是F，今让第三个 半径相同的不带电的金属小球先后与A、B 两球接触后移开。这时，A、B两球之间的 相互作用力的大小是
精选2019-2020年粤教版物理选修3-1第06节 示波器的奥秘巩固辅导四
精选2019-2020年粤教版物理选修3-1第06节示波器的奥秘巩固辅导四第1题【单选题】示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A、极板X应带正电极板Y′应带正电B、极板X′应带正电极板Y应带正电C、极板X应带正电极板Y应带正电D、极板X′应带正电极板Y′应带正电【答案】：【解析】：第2题【单选题】如图示，示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A、极板X应带负电B、极板X′应带正电C、极板Y应带正电D、极板Y′应带正电【答案】：【解析】：第3题【单选题】某示波器在XX′、YY′不加偏转电压时光斑位于屏幕中心，现给其加如图所示偏转电压，则在光屏上将会看到的是哪个图形（圆为荧光屏，虚线为光屏坐标）( )A、B、C、D、【答案】：【解析】：第4题【单选题】高中物理的学习让我们了解到了很多领域中的物理学知识的技术应用，请判断下列说法正确的是( )A、示波管的工作原理是利用磁场实现对带电粒子偏转运动的控制B、电视机中的显像管是利用磁场实现对带电粒子偏转运动的控制C、提高回旋加速器中交流电压的峰值可以增大带电粒子的回旋周期D、从速度选择器中沿直线射出的带电粒子一定是同种电荷【答案】：【解析】：第5题【单选题】示波器的核心部件是示波管，下图是它的原理图，如果在偏转电极XX′之间和偏转电极YY′之间都没加电压，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心0，从右向左观察，在那里产生一个亮班，如果在YY′之间加正弦电压，如图甲所示，而在电极XX′之间加随时间线性变化的电压，如乙图所示，则荧光屏上看到的图形是丙图( )A、B、C、D、【答案】：【解析】：第6题【单选题】图甲为示波管的原理图。
如果在电极YY′之间所加的电压按图乙所示的规律变化，在电极XX′之间所加的电压按图丙所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是图A、B、C、D中的( )A、B、C、D、【答案】：【解析】：第7题【单选题】示波器是一种电子仪器，可以用它观察电信号随时间变化的情况．示波器的核心部件示波管，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，其原理图如图甲所示．图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图．在偏转电极XX′、YY′上都不加电压时，电子束将打在荧光屏的中心点；若亮点很快移动，由于视觉暂留关系，能在荧光屏上看到一条亮线．若在XX′上加如图丙所示的扫描电压，在YY′上加如图丁所示的信号电压，则在示波管荧光屏上看到的图形是下图中的( )A、B、C、D、【答案】：【解析】：第8题【多选题】示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果电子打在荧光屏上，在P点出现一个稳定的亮斑，那么示波管中的( )A、极板Y应带正电B、极板Y′应带正电C、极板X应带正电D、极板X′应带正电【答案】：【解析】：第9题【多选题】如图所示，利用示波器观察亮斑在竖直方向的偏移时，下列做法正确的是( )A、示波器的扫描范围应置于“外X”挡B、“DC”、“AC”开关应置于“AC”位置C、当亮斑如图乙所示在A位置时，将图中滑动变阻器滑动触头向左移动，则A点下移D、改变图甲电池的极性，图乙的亮斑将向下偏移【答案】：【解析】：第10题【多选题】图甲为示波管的结构示意图，偏转电极中的XX′两极板竖直放置，YY′两极板水平放置，电子枪持续地发射电子束，当XX′，YY′之间都不加电压时，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心出现一个亮斑，图乙、图丙为随时间周期性变化的电压，下列判断正确的是( )A、当XX′之间不加电压时，在YY′之间加上图乙的电压，荧光屏上的图形是一条沿YY′方向的直线B、当XX′之间加上图丙的电压时，在YY′之间不加电压，荧光屏上的图形是一条沿YY′方向的直线C、当XX′之间加上图乙的电压时，在YY′之间加上图丙的电压，荧光屏上的图形是沿YY′方向起伏的正弦曲线D、当XX′之间加上图丙的电压时，在YY′之间加上图乙的电压，荧光屏上的图形是沿YY′方向起伏的正弦曲线【答案】：【解析】：第11题【多选题】示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A、极板X应带正电B、极板X′应带正电C、极板Y应带正电D、极板Y′应带正电【答案】：【解析】：第12题【多选题】如图所示，示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A、极板X应带正电B、极板X′应带正电C、极板Y应带负电D、极板Y′应带负电【答案】：【解析】：第13题【多选题】如图是示波管的原理图，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，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A、极板X应带正电B、极板X′应带正电C、极板Y应带正电D、极板Y′应带正电【答案】：【解析】：第14题【综合题】如图所示为一真空示波管，电子从灯丝K发出（初速度不计），经灯丝与A板间的加速电压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．已知加速电压为U1 ，M、N两板间的电压为U2 ，两板间的距离为d，板长为L1 ，板右端到荧光屏的距离为L2 ，电子的质量为m，电荷量为e．求：电子穿过A板时的速度大小；P点到O点的距离．【答案】：【解析】：第15题【综合题】如图所示为一真空示波管，电子从灯丝K发出（初速度不计），经灯丝与A板间的可调加速电压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．已知M、N两板间的电压为U2=91V，两板间的距离为d=4cm，板长为L1=8cm，板右端到荧光屏的距离为L2=20cm，电子的质量为m=0.91×10^﹣^30Kg，电荷量为e=1.60×10^﹣^19C要使被加速的电子均能从M、N的右端穿出，求U1的最小值？当U1=273V时，电子从偏转电场射出后打在荧光屏上的P点，求P到O点的距离？【答案】：【解析】：。
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【学习目标】
1、能记住带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理
2、会运用带电粒子在匀强电场中的运动规律，分析解决问题。
3、体念示波管的构造和原理
【学习重点与难点】
1、理解带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理；用带电粒子在匀强电场中的运动规律，分析解决问题
2、示波管的构造和原理
【使用说明与学法指导】
1、带着预习案中问题导学中的问题自主设计预习提纲，通读教材P20-P22页内容，阅读随堂优化训练资料P21-P22页内容，对概念、关键词、等进行梳理，作好必要的标注和笔记。
2、认真完成基础知识梳理，在“我的疑惑”处填上自己不懂的知识点，在“我的收获”处填写自己对本课自主学习的知识及方法收获。
3、熟记、理解基础知识梳理中的重点知识。
一、问题导学
示波器的工作原理是什么？带电粒子在电场中偏转的公式有哪些？
二、知识梳理
1、示波器原理图
2、对应的公式：（1）在加速电场中： （2）在偏转电场中： 。
（3）到荧光屏的侧移距离y ＇
= 。
三、预习自测
1. （双选）如图所示，有三个质量相等，分别带正电，负电和不 带电 的小球，从上、下带电平行金属板间的P 点.以相同速率垂直电场方向射入电场，它们分别落到A 、B 、C 三点，则（ ）
A.A 带正电、B 不带电、C 带负电
B.三小球在电场中运动时间相等
C.在电场中加速度的关系a C >a B >a A
D.到达正极板时动能关系E A >E B >E C
探究案
一、合作探究
探究1、示波器原理：
【例1】水平放置的两平行金属板，板长l=10cm,两板相距d=10mm.一质量为m=9.1×10－31kg ，
带电量q=-1.6×10－19C 的电子以v 0=4×107m/s 的初速度从两板中央水平地进入板间，然后从
板间飞出射到距板L=45cm,宽度D=20cm 的荧光屏上，荧光屏的中点在两板间的中央线上.为了能使电子射中荧光屏，两板间所加电压应取什么范围？ 思路小结： 探究2、带电粒子在电场中的综合应用：：
例2、（双选）如右图所示，三个质量相同，带电荷量分别为+q 、-q 和0的小液滴
我的疑惑： 我的收获： U 1 L v 0 y v v 0 v θ θ L ＇ y ＇ Y y v 0 L l
v 0 v y
a、b、c，从竖直放置的两板中间上方由静止释放，最后从两板间穿过，则在穿过极板的过程中
A．电场力对液滴a、b做的功相同
B．三者动能的增量相同
C．液滴a电势能的增加量等于液滴b电势能的减少量
D．重力对三者做的功相同
思路小结：
练习1：如图33-B-7所示，一个电子以4×106m/s的速度沿与电场垂直的方
向从A点飞进匀强电场，并且从另一端B点沿与场强方向成150°角方向飞出，
那么A、B两点间的电势差为多少？（电子的质量为9.1×10-31kg）
二、总结整理：
1、示波器原理其实就是带电粒子在电场中运动问题。
2、带电粒子在电场中
加速运动一般用动力学或动能定理解决。
3、带电粒子在电场中做类平抛运动
要用运动的分解解决问题。
图33-B-7
训练案
一、课中检测与训练：
1、如图所示，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
二、课后巩固促提升
1、反思提升：熟记重点知识，反思学习思路和方法，整理典型题本
2、完成作业：课本P22：4题、5题；《课时作业》P15页：12题、13题
3、温故知新：阅读课本P12-16页，完成新发的预习案；探讨《随堂优化训练》P12-15页。