物理：25《探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)》206547課件

1、J2459學(xué)生示波器陰極射線管結(jié)構(gòu)示意圖2.5探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)示波器的原理1.示波器作用：是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。產(chǎn)生高速飛行的電子束待顯示的電壓信號(hào)鋸齒形掃描電壓使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移一。示波器的原理二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用動(dòng)能定理分析E1（加速電壓）如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢(shì)差為U。若一個(gè)質(zhì)量為m，帶負(fù)電荷q的電子，在靜電力作用下由負(fù)極板向正極板運(yùn)動(dòng)，計(jì)算它到達(dá)正極板時(shí)的速度多大？3、某些帶電體是否考慮重力，要

2、根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定電場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場(chǎng)力相比小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，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。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況：受到恒定的電場(chǎng)力受力情況： 做勻變速運(yùn)動(dòng)二. 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析用動(dòng)能定理分析E1（加速電壓）如圖所示，在真空中有一對(duì)平行金屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢(shì)差為U。若一個(gè)質(zhì)量為m，帶負(fù)電荷q的電子，在靜電力作用下由負(fù)極板向正極板運(yùn)動(dòng)，計(jì)算它

3、到達(dá)正極板時(shí)的速度多大？qUm_帶電粒子的加速 d1、受力分析: 水平向右的電場(chǎng)力 FEq=qU/dF2、運(yùn)動(dòng)分析:初速度為零，加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解粒子加速后的速度與加速電壓有關(guān)思考題 如兩極板間不是勻強(qiáng)電場(chǎng)該用何種方法求解？為什么？如果初速度不為零又如何求解？ 由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，第二種方法仍適用！ 結(jié)論：由于電場(chǎng)力做功與場(chǎng)強(qiáng)是否勻強(qiáng)無(wú)關(guān)，與運(yùn)動(dòng)路徑也無(wú)關(guān)，所以在處理電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速問(wèn)題時(shí)，一般都是利用動(dòng)能定理進(jìn)行處理。 ld+- - - - - - - - - - - + + + +

4、+ + + + + Uv0q、m三. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉(zhuǎn)角側(cè)移三. 帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)試根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，推導(dǎo)偏移量 y和偏轉(zhuǎn)角1、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析： 帶電粒子以速度V0垂直于電場(chǎng)線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，若只受電場(chǎng)力作用，做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。2、偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法： （類似平拋運(yùn)動(dòng)分析方法）（1）沿初速度方向是速度為V0的勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2）沿電場(chǎng)力方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。類平拋運(yùn)動(dòng)與粒子比荷q/m成正比與粒子初速度v0平方成反比與電

5、場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān)3。帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：側(cè)移距離與粒子比荷q/m成正比與粒子初速度v0平方成反比與電場(chǎng)的屬性U、l、d有關(guān)類平拋運(yùn)動(dòng)4.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)：（偏轉(zhuǎn)角）1.加速度:2.飛行時(shí)間:3.側(cè)移距離:4.偏轉(zhuǎn)角:5.出射速度:帶電粒子的偏轉(zhuǎn)類平拋運(yùn)動(dòng)結(jié)論：帶電粒子初速度垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)的問(wèn)題就是一個(gè)類平拋的問(wèn)題。粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng) L四、 加速和偏轉(zhuǎn)一體+-vv0vy+_U1U2v0-qmy 例： 一束電子流經(jīng) U=5000V 的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若兩板間距 d=1.0cm

6、，板長(zhǎng) l=5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)板之間的電壓最多能加多少？課堂小結(jié)：一、利用電場(chǎng)使帶電粒子加速二、利用電場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運(yùn)動(dòng)的分析方法粒子在與電場(chǎng)垂直的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子在與電場(chǎng)平行的方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)1、下列粒子由靜止經(jīng)加速電壓 為U的電場(chǎng)加速后，哪種粒子動(dòng)能最大 （ ） 哪種粒子速度最大 （ ） A、質(zhì)子 B、電子C、氘核 D、氦核 強(qiáng)化練習(xí)與電量成正比與比荷平方根成正比DB2、如圖所示，M、N是在真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，質(zhì)量為m、電量為+q的質(zhì)子，以極小的初速度由小孔進(jìn)入電場(chǎng)，當(dāng)M

7、、N間電壓為U時(shí)，粒子到達(dá)N板的速度為v，如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)N板的速度為2v ，則下述方法能滿足要求的是（ ）A、使M、N間電壓增加為2U B、使M、N間電壓增加為4U C、使M、N間電壓不變，距離減半 D、使M、N間電壓不變，距離加倍 MNUd+v與電壓平方根成正比B強(qiáng)化練習(xí)3、如圖所示的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，A、B的電勢(shì)差UAB100V，一個(gè)質(zhì)量為m=2.010-12kg、電量為q=-5.010-8C的帶電粒子，以初速度v0 =3.0103m/s由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，求粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速率。（不計(jì)粒子重力）A-v0Bq為負(fù)強(qiáng)化練習(xí)4、質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子以初速度v從中線垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電

8、場(chǎng)，剛好離開(kāi)電場(chǎng)，它在離開(kāi)電場(chǎng)后偏轉(zhuǎn)角正切為0.5，則下列說(shuō)法中正確的是 A、如果偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為原來(lái)的一半，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 B、如果帶電粒子的比荷為原來(lái)的一半，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 C、如果帶電粒子的初速度為原來(lái)的2倍，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25 D、如果帶電粒子的初動(dòng)能為原來(lái)的2倍，則粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)角正切為0.25強(qiáng)化練習(xí)5、質(zhì)子(質(zhì)量為m、電量為e)和二價(jià)氦離子(質(zhì)量為4m、電量為2e)以相同的初動(dòng)能垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，離開(kāi)電場(chǎng)后，它們的偏轉(zhuǎn)角正切之比為 ，側(cè)移之比為 。 與電量成正比與電量成正比2:12:1強(qiáng)化練習(xí)6、三個(gè)

9、電子在同一地點(diǎn)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如圖所示。則由此可判斷（ ） A、 b和c同時(shí)飛離電場(chǎng) B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上 C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c速度最大，a速度最小 D、c的動(dòng)能增量最小， a和b的動(dòng)能增量一樣大 強(qiáng)化練習(xí)析與解6、三個(gè)電子在同一地點(diǎn)沿同一直線垂直飛入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如圖所示。則由此可判斷（ ） A、 b和c同時(shí)飛離電場(chǎng) B、在b飛離電場(chǎng)的瞬間，a剛好打在下極板上 C、進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)，c速度最大，a速度最小 D、c的動(dòng)能增量最小， a和b的動(dòng)能增量一樣大 強(qiáng)化練習(xí)7、如圖，電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始加速，然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中，入射方向

10、跟極板平行。整個(gè)裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是 （ ）A、U1變大、U2變大 B、U1變小、U2變大C、U1變大、U2變小 D、U1變小、U2變小強(qiáng)化練習(xí)析與解對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān)8、如圖所示，二價(jià)氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則它們（ ） A、側(cè)移相同 B、偏轉(zhuǎn)角相同 C、到達(dá)屏上同一點(diǎn) D、到達(dá)屏上不同點(diǎn)與粒子的電量q、質(zhì)量m無(wú)關(guān)強(qiáng)化練習(xí)9、試證明：帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)就好象是從初

11、速度所在直線的中點(diǎn)沿直線離開(kāi)電場(chǎng)的。 x強(qiáng)化練習(xí)10、如圖所示，有一電子(電量為e、質(zhì)量為m)經(jīng)電壓U0加速后，沿平行金屬板A、B中心線進(jìn)入兩板，A、B板間距為d、長(zhǎng)度為L(zhǎng)， A、B板間電壓為U，屏CD足夠大，距離A、B板右邊緣2L，AB板的中心線過(guò)屏CD的中心且與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。 強(qiáng)化練習(xí)析與解電子離開(kāi)電場(chǎng)，就好象從中點(diǎn)沿直線離開(kāi)的：對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理：11、質(zhì)量為110-25kg、電量為110-16C的帶電粒子以2106m/s速度從水平放置的平行金屬板A、B中央沿水平方向飛入板間，如圖所示。已知板長(zhǎng)L10cm，間距d2cm，當(dāng)AB間電壓在 范圍內(nèi)時(shí)，

12、此帶電粒子能從板間飛出。v0+ + + + + - - - - - 強(qiáng)化練習(xí)v0+ + + + + - - - - - 析與解對(duì)偏轉(zhuǎn)過(guò)程由偏轉(zhuǎn)角正切公式：或?qū)ζD(zhuǎn)過(guò)程由側(cè)移公式： 如圖所示，A、B為兩塊豎直放置的平行金屬板，G是靜電計(jì)，電鍵K合上后，靜電計(jì)指針張開(kāi)一個(gè)角度。下述哪些做法可使指針張角增大？( )A、使A、B兩板靠近些； B、使A、B兩板正對(duì)面積錯(cuò)開(kāi)些；C、斷開(kāi)K后，使B板向右平移拉開(kāi)一些； D、斷開(kāi)K后，使A、B正對(duì)面錯(cuò)開(kāi)些。CD例1例2 平行板電容器下板接地，兩板與電源相連，b為正中央的點(diǎn)，將不帶電的厚金屬板插入兩板正中間的如圖所示位置后，a、b、c三點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)及電勢(shì)變化情況為：(

13、 )A、E= E 且均增大，E減為零； B、U U U ，且三點(diǎn)電勢(shì)均減??；C、E= E 且不變，E減為零； D、U U U ，且U減小， U 不變，U 增大。AD 如圖所示，在平行板電容器正中有一個(gè)帶電微粒。K閉合時(shí)，該微粒恰好能保持靜止。在保持K閉合；充電后將K斷開(kāi)；兩種情況下，各用什么方法能使該帶電微粒向上運(yùn)動(dòng)打到上極板？A.上移上極板M B.上移下極板N C.左移上極板M D.把下極板N接地 KMN答案：選B，選C。例3 傳感器是把非電學(xué)里（如速度、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)里變化的一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器的示意圖，金屬芯線與導(dǎo)電液體形成一個(gè)電容器，從電容C大小的變化就能反映

14、液面的升降情況，兩者的關(guān)系是（ ） AC增大表示h增大 BC增大表示h減小 CC減小表示h減小 DC減小表示h增大導(dǎo)電液體金屬芯線電介質(zhì)AC 例4 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，已知質(zhì)子和粒子的電性相同，帶電量之比為1:2，質(zhì)量之比為1:4，則到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，它們的速度大小之比為多少？QAB解：質(zhì)子和粒子從A到B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，分別應(yīng)用動(dòng)能定理得聯(lián)立兩式可解出它們到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小之比為例5：練習(xí)一： A板的電勢(shì)UA0，B板的電勢(shì)UB隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。則( )A.若電子是在t0時(shí)刻進(jìn)入的，它將一直向B板運(yùn)動(dòng)B.若電子是在tT/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板

15、運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上C.若電子是在t3T/8時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板運(yùn)動(dòng)，時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng),最后打在B板上 D.若電子是在tT/2時(shí)刻進(jìn)入的，它可能時(shí)而向B板、時(shí)而向A板運(yùn)動(dòng)t/ s UB / v0U0-U0BAAB 在平行金屬板A、B之間加如圖所示的交變電壓，其頻率為f，t=0時(shí)刻A板處有一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的正離子從靜止開(kāi)始向B板運(yùn)動(dòng)，重力忽略不計(jì)，求：為使離子到B板時(shí)的速度最大，A、B之間的距離d應(yīng)滿足什么條件？uOU-UtAB解：要使正離子到達(dá)B板的速度最大，需要正離子在電場(chǎng)中始終做加速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足因此AB之間的距離應(yīng)滿足練習(xí) 二：例6 電子在電勢(shì)差為U1的加速電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),然后射入電勢(shì)差為U2的兩塊平行極板間的電場(chǎng)中,入射方向跟極板平行.整個(gè)裝置處在真空中,重力可忽略.在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下,下述四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是( ) AU1變大、