25　探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)

1、2.5探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解示波器的構(gòu)造.2.探究電子束在偏轉(zhuǎn)電極中的偏轉(zhuǎn)，并觀察帶電油滴在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn).3.掌握示波管中電子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，會(huì)運(yùn)用力學(xué)知識(shí)解決帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問題(難點(diǎn))帶 電 粒 子 在 電 子 槍 中 的 運(yùn) 動(dòng)設(shè)陰極金屬絲釋放出的電子初速度為零，則電子從電子槍陽極小孔射出的速度v0，可由動(dòng)能定理計(jì)算表達(dá)式為qUmv，解得v0.1從電子槍中發(fā)出的電子只有在勻強(qiáng)電場(chǎng)中加速，才能應(yīng)用動(dòng)能定理(×)2帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能一定增加(×)3帶電粒子在電容器兩板間加速時(shí)，若電壓不變，增大板間距離

2、時(shí)，并不改變粒子末速度大小，但改變運(yùn)動(dòng)時(shí)間()帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，什么情況下重力可以忽略？什么情況下不能忽略重力？【提示】(1)當(dāng)帶電粒子的重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力時(shí)，粒子的重力就可以忽略(2)微觀帶電粒子，如電子、質(zhì)子、離子、粒子等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均不計(jì)重力而帶電的液滴、小球等除有說明或有明確暗示外，處理問題時(shí)均應(yīng)考慮重力如圖2­5­1所示，平行板電容器兩板間電壓為U，板間距離為d.一質(zhì)量為m，帶電量為q的正離子在左板附近由靜止釋放圖2­5­1探討1：正離子在兩板間做什么規(guī)律的運(yùn)動(dòng)？加速度多大？【提示】正離子在兩板間做初速度為零的勻加速直

3、線運(yùn)動(dòng)加速度a.探討2：正離子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度多大？【提示】由動(dòng)能定理Uqmv2可得v.1電場(chǎng)中的帶電粒子的分類(1)帶電的基本粒子如電子、質(zhì)子、粒子、正離子、負(fù)離子等，這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比要小得多，除非有特別的說明或明確的標(biāo)示，一般都不考慮重力(但并不能忽略質(zhì)量)(2)帶電微粒如帶電小球、液滴、塵埃等，除非有特別的說明或明確的標(biāo)示，一般都要考慮重力某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目說明或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定2解決帶電粒子在電場(chǎng)中加速時(shí)的基本思路1如圖2­5­2所示，M和N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面，相距為d，電勢(shì)差為U，一質(zhì)量為m(不計(jì)重力)、電荷量為q的粒子，以速度v

4、0通過等勢(shì)面M射入兩等勢(shì)面之間，此后穿過等勢(shì)面N的速度大小應(yīng)是()圖2­5­2A. Bv0 C. D. 【解析】由動(dòng)能定理得：qUmv2mv，v，故C正確【答案】C2兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，一電子質(zhì)量為m、電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射出，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回，如圖2­5­3所示，OAh，此電子具有的初動(dòng)能是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：29682019】圖2­5­3A. BedUhC.D.【解析】由動(dòng)能定理：F·smv所以eE·h0mve··h0Ek0故Ek0.【答案】D3.如圖2

5、73;5­4所示，在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，將質(zhì)子和粒子分別從A點(diǎn)由靜止釋放到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，它們的速度大小之比為多少？圖2­5­4【解析】設(shè)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U，由動(dòng)能定理知，對(duì)質(zhì)子：mHvqHU，對(duì)粒子：mvqU，所以.【答案】1電 子 束 在 示 波 管 中 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律1如圖2­5­5所示，偏轉(zhuǎn)電極YY兩極間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)圖2­5­52電子在兩極間受到一個(gè)大小和方向都不變的電場(chǎng)力的作用電子束垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)極板間將做類平拋運(yùn)動(dòng)(1)電子經(jīng)過極板的時(shí)間t：t；(2)垂直于偏轉(zhuǎn)極板方向偏移距離y：yat2；(3)

6、垂直于偏轉(zhuǎn)極板方向的分速度vy：vyat ；(4)離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度偏轉(zhuǎn)角：tan .3電子離開偏轉(zhuǎn)電極后的運(yùn)動(dòng)(1)電子離開偏轉(zhuǎn)電極后不再受電場(chǎng)力作用，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)電子打在熒光屏上發(fā)生的偏移y.1示波管偏轉(zhuǎn)電極間的電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)()2示波管的熒光屏上顯示的是電子的運(yùn)動(dòng)軌跡(×)3電子槍的加速電壓越大，電子束離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角越小()如圖2­5­6所示是物體做平拋運(yùn)動(dòng)和帶電粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡圖，觀察圖片，思考問題：圖2­5­6它們?cè)谑芰Ψ矫嬗惺裁垂餐奶攸c(diǎn)？【提示】飛機(jī)上拋出的物體受重力作用，帶電粒子在電場(chǎng)中受電場(chǎng)

7、力的作用，共同特點(diǎn)是受力方向和初速度的方向垂直如圖2­5­7所示，兩平行金屬板間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子的速度v0垂直于電場(chǎng)方向射入兩極之間已知，兩板間距為d，板長(zhǎng)度為l，兩板間電壓為U.不計(jì)粒子的重力圖2­5­7探討1：粒子在兩板間做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？在板間運(yùn)動(dòng)的加速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間是多少？【提示】粒子在兩板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，加速度a，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.探討2：粒子離開電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的速度和偏移量y各是多少？【提示】vatyat2.1帶電粒子偏轉(zhuǎn)規(guī)律(1)速度：分速度vxv0，vyat合速度大小v圖2­5­8合速度方

8、向tan .(2)位移：分位移xv0t，yat2合位移s合位移方向tan .2帶電粒子先加速再偏轉(zhuǎn)時(shí)的規(guī)律圖2­5­9(1)加速電場(chǎng)中：qU1mv.(2)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的規(guī)律偏轉(zhuǎn)的距離y偏轉(zhuǎn)角度tan .3兩個(gè)結(jié)論圖2­5­10(1)粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)，其速度反向延長(zhǎng)線與初速度方向延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移證明：tan ytan 由得x.(2)位移方向與初速度方向間夾角的正切tan 為速度偏轉(zhuǎn)角的正切tan 的，即tan tan .證明：tan ，tan 故tan tan .4如圖2­5­11所示，質(zhì)子(H)和粒子(He

9、)，以相同的初動(dòng)能垂直射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)(不計(jì)粒子重力)，則這兩個(gè)粒子射出電場(chǎng)時(shí)的側(cè)位移y之比為()圖2­5­11A41B12C21D14【解析】由y和Ek0mv，得：y，可知y與q成正比，B正確【答案】B5示波器的示意圖如圖2­5­12，金屬絲發(fā)射出來的電子被加速后從金屬板的小孔穿出，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)電子在穿出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后沿直線前進(jìn)，最后打在熒光屏上設(shè)加速電壓U11 640 V，偏轉(zhuǎn)極板長(zhǎng)l4 m，金屬板間距d1 cm，當(dāng)電子加速后從兩金屬板的中央沿板平行方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)求：圖2­5­12(1)偏轉(zhuǎn)電壓U2為多大時(shí)，電子束的偏移量最大？(2)如果偏轉(zhuǎn)板右端到熒光屏的距離L20 cm，則電子束最大偏轉(zhuǎn)距離為多少？【解析】(1)設(shè)電子被電壓U1加速后獲得速度大小為v0，則有qU1mv在金屬板間電子的最大偏移量y10.5 cm則y1at2·()2解得U22.05×102 V.(2)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可看作從極板的正中心沿直線射出，如圖所示由幾何知識(shí)，得解得y0.55