高中物理第一章5勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系示波管原理課件教科版選修3_1

1、5.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系示波管原理1.理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系,會(huì)利用這一關(guān)系分析解決有關(guān)問(wèn)題,知道沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降落得最快.2.了解示波管的工作原理.3.學(xué)會(huì)處理帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題.一、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系1.大小關(guān)系:在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與這兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)線方向的距離的乘積;電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向每單位距離上的電勢(shì)差的大小.2.方向關(guān)系:沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低且電勢(shì)降落得最快.我們知道,沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低;反過(guò)來(lái),能不能說(shuō)“電勢(shì)降低的方向就是電場(chǎng)線的方向呢?提示:不能,因?yàn)檠嘏c電場(chǎng)線方向的夾角小于90

2、的任一方向電勢(shì)都降低,所以電勢(shì)降低的方向不一定是電場(chǎng)線的方向,但可以說(shuō)電勢(shì)降低最快的方向一定是電場(chǎng)線的方向.二、示波管原理1.電子在陰極射線管中的運(yùn)動(dòng)(如下圖)電子在陰極射線管中的運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)階段:(1)電子在陰、陽(yáng)兩極間的電場(chǎng)中加速如果在陰極射線管的陰極和陽(yáng)極間加上了直流高電壓,那么在陰、陽(yáng)兩極間就形成了由陽(yáng)極指向陰極的電場(chǎng),陰極中的電子受到一個(gè)由陰極指向陽(yáng)極的電場(chǎng)力的作用,當(dāng)這個(gè)電場(chǎng)力大到一定程度,就會(huì)有電子從原子中掙脫出來(lái),并且在陰、陽(yáng)極間電場(chǎng)力的作用下加速.(2)電子在偏轉(zhuǎn)電極間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)由于電子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),所以電子在偏轉(zhuǎn)電

3、極間的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似重力場(chǎng)中物體的平拋運(yùn)動(dòng).(3)電子飛出平行金屬板后做勻速直線運(yùn)動(dòng)由于當(dāng)電子飛出平行金屬板所形成的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后,不再受電場(chǎng)力的作用,因此,它保持偏轉(zhuǎn)角度不變,做勻速直線運(yùn)動(dòng).2.實(shí)驗(yàn)觀察:帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)室里的示波管與上面陰極射線管的原理是一樣的,只不過(guò)多了一對(duì)水平偏轉(zhuǎn)電極,如下圖,使用時(shí)將要觀察的信號(hào)電壓加在偏轉(zhuǎn)電極Y1、Y2上,掃描電壓(一般是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓)加在X1、X2上,這時(shí)在熒光屏上就會(huì)顯示出加在Y1、Y2上的電壓隨時(shí)間變化的圖形.探究一探究二對(duì)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系的理解1.對(duì)U=Ed的理解(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,同一方向上一樣間距的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差都是

4、一樣的.(2)沿電場(chǎng)的方向電勢(shì)降低,電場(chǎng)強(qiáng)度方向是電勢(shì)降落最快的方向.(3)在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中,可用U=Ed定性分析間距相等的兩點(diǎn)間電勢(shì)差的大小關(guān)系,因?yàn)殡妶?chǎng)線密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大,所以沿電場(chǎng)線方向的兩點(diǎn)間電勢(shì)差大.探究一探究二2.電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的比較 探究一探究二3.三個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度公式的比較 探究一探究二帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.帶電粒子的加速(1)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析:帶電粒子沿與電場(chǎng)線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),受到的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上,做加速(或減速)直線運(yùn)動(dòng).(2)兩種根本思路用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式分析:帶電粒子平行電場(chǎng)線方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),那么帶電粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng),可由電場(chǎng)力求得加

5、速度進(jìn)而求出末速度、位移或時(shí)間.探究一探究二用功能觀點(diǎn)分析:粒子動(dòng)能的變化量等于電場(chǎng)力做的功. 探究一探究二2.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)帶電粒子以一定初速度垂直電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),受到恒定的與初速度方向成90角的電場(chǎng)力作用而做勻變速曲線運(yùn)動(dòng).如下圖:探究一探究二(2)導(dǎo)出關(guān)系 探究一探究二(3)幾個(gè)推論 【例題1】 如下圖中A、B、C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,ACBC,ABC=60,BC=20 cm.把一個(gè)電荷量q=10-5 C的正電荷從A移到B,電場(chǎng)力做功為零;從B移到C,電場(chǎng)力做功為-1.7310-3 J,那么該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向是()A.865 V/m,垂直于AC向左B.865 V/m,

6、垂直于AC向右C.1 000 V/m,垂直于AB斜向上D.1 000 V/m,垂直于AB斜向下解析:把電荷q從A移到B,電場(chǎng)力不做功,說(shuō)明A、B兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上,因該電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng),等勢(shì)面應(yīng)為平面,故圖中直線AB即為等勢(shì)線,電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于等勢(shì)面,可見(jiàn),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.B點(diǎn)電勢(shì)比C點(diǎn)低173 V,因電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向,所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向必垂直于AB斜向下.電場(chǎng)強(qiáng)度大小因此選項(xiàng)D正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.應(yīng)選D.答案:D公式中的“d表示的是電場(chǎng)中兩點(diǎn)間(與電勢(shì)差對(duì)應(yīng))沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向的距離,或者是電場(chǎng)中兩點(diǎn)所在等勢(shì)面之間的距離.(2)利用“E和“U的關(guān)系確定勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)線的方向時(shí),應(yīng)先根據(jù)題意找到一個(gè)等勢(shì)面,然后再根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直并且指向電勢(shì)降低的方向作出電場(chǎng)線,確定電場(chǎng)的方向.【例題2】如下圖,長(zhǎng)L=0.4 m的兩平行金屬板A、B豎直放置,相距d=0.02 m,兩平行板間接入的恒定電壓為182 V,B板接正極,一電子質(zhì)量m=9.110-31 kg、電荷量e=1.610-19 C、以v0=4107 m/s的速度緊靠A板向上射入電場(chǎng)中,不計(jì)電子的重力.問(wèn)電子能