高中物理 2.5《探究電子束在示波管中的運(yùn)動》課件 滬科選修31

1、2021/8/11 星期三125探究電子束在示波管中的運(yùn)動2021/8/11 星期三2目標(biāo)導(dǎo)航1.掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律(重點(diǎn))2知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理2021/8/11 星期三3新知初探自學(xué)導(dǎo)引一、示波管的構(gòu)造及工作原理1構(gòu)造：如圖251所示,主要由_、_和熒光屏組成，示波管內(nèi)抽成真空電子槍偏轉(zhuǎn)電極圖2512021/8/11 星期三42工作原理(1)偏轉(zhuǎn)電極不加電壓：從電子槍射出的電子將沿_，射到熒光屏中心點(diǎn)形成一個亮斑(2)僅在XX(或YY)加電壓：若所加電壓穩(wěn)定，則電子被_，偏轉(zhuǎn)后射到XX(或YY)所在直線上某一點(diǎn)，形成一個亮斑(不在中心)，如圖252所示直線

2、運(yùn)動加速2021/8/11 星期三5(3)示波管實(shí)際工作時，豎直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板都加上電壓,若兩者周期相同,在熒光屏上就會顯示出信號電壓隨時間變化的波形圖圖2522021/8/11 星期三62021/8/11 星期三72電子在偏轉(zhuǎn)電極中的運(yùn)動圖2532021/8/11 星期三8(1)運(yùn)動特點(diǎn)如圖253電子以速度v0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極YY之間的勻強(qiáng)電場后，電子在平行于極板方向上做_，速度為v0；電子在垂直于極板方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動，加速度為_(2)偏轉(zhuǎn)距離：_.勻速直線運(yùn)動aqU/(md)2021/8/11 星期三9(3)在y方向上的分速度：_.(4)離開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角：_.3電子束離

3、開偏轉(zhuǎn)電極后的運(yùn)動電子離開偏轉(zhuǎn)電極后不再受電場力作用，做_運(yùn)動勻速直線2021/8/11 星期三10想一想示波器可以把電信號轉(zhuǎn)換成圖像信號,那么，你知道它是怎樣工作的嗎，它的工作原理又是怎樣的呢？圖2542021/8/11 星期三11提示：示波器通過電場控制電子束的運(yùn)動，使電子束打在熒光屏上產(chǎn)生熒光，從而顯示圖像2021/8/11 星期三12要點(diǎn)探究講練互動要點(diǎn)1帶電粒子在電場中直線運(yùn)動問題學(xué)案導(dǎo)引1電場的基本特性是什么？平行板電容器兩板間的電場是勻強(qiáng)電場嗎？2帶電粒子在電場中加速運(yùn)動滿足哪些規(guī)律？2021/8/11 星期三131帶電粒子在電場中的受力特點(diǎn)(1)重力：有些粒子，如電子、質(zhì)子、粒

4、子、正負(fù)離子等，除有說明或明確的暗示以外，在電場中運(yùn)動時均不考慮重力；宏觀帶電體，如液滴、小球等除有說明或明確的暗示以外，一般要考慮重力；未明確說明“帶電粒子”的重力是否考慮時，可用兩種方法進(jìn)行判斷：一是比較靜電力qE與重力mg，若qEmg，則忽略重力，反之要考慮重力；2021/8/11 星期三14二是題目中是否有暗示(如涉及豎直方向)或結(jié)合粒子的運(yùn)動過程、運(yùn)動性質(zhì)進(jìn)行判斷(2)靜電力：一切帶電粒子在電場中都要受到靜電力FqE，與粒子的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)；電場力的大小、方向取決于電場(E的大小、方向)和電荷的正負(fù)，勻強(qiáng)電場中靜電力為恒力，非勻強(qiáng)電場中靜電力為變力2021/8/11 星期三152運(yùn)動狀

5、態(tài)分析：帶電粒子沿與電場線平行的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場，如果受到的電場力與運(yùn)動方向相同，則做勻加速直線運(yùn)動，如果受到的電場力與運(yùn)動方向相反，則做勻減速直線運(yùn)動3處理的方法(1)從牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式進(jìn)行Fma，v22al.2021/8/11 星期三162021/8/11 星期三17 (2011高考福建理綜卷)反射式速調(diào)管是常用的微波器件之一，它利用電子團(tuán)在電場中的振蕩來產(chǎn)生微波，其振蕩原理與下述過程類似如圖255所示，例1圖2552021/8/11 星期三18在虛線MN兩側(cè)分別存在著方向相反的兩個勻強(qiáng)電場，一帶電微粒從A點(diǎn)由靜止開始，在電場力作用下沿直線在A、B兩點(diǎn)間往返運(yùn)動已知電場強(qiáng)度的大小分

6、別是E12.0103 N/C和E24.0103 N/C,方向如圖所示，帶電微粒質(zhì)量m1.01020 kg,帶電荷量q1.0109 C,A點(diǎn)距虛線MN的距離d11.0 cm，不計帶電微粒的重力,忽略相對論效應(yīng)求：(1)B點(diǎn)距虛線MN的距離d2；(2)帶電微粒從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時間t.2021/8/11 星期三19【思路點(diǎn)撥】分析帶電粒子在電場中的受力和運(yùn)動情況，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，運(yùn)動學(xué)方程和功能關(guān)系列式求解2021/8/11 星期三202021/8/11 星期三21【答案】(1)0.50 cm(2)1.5108 s【方法指引】(1)對帶電粒子進(jìn)行受力分析，運(yùn)動特點(diǎn)分析，力做功情況分析是選擇

7、規(guī)律解題的關(guān)鍵(2)牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式只能在勻強(qiáng)電場中適用，而功能關(guān)系對一切電場都適用，所以選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮，應(yīng)用功能關(guān)系列式簡單、方便，不易出錯2021/8/11 星期三22變式訓(xùn)練1如圖256所示，在點(diǎn)電荷Q的電場中有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,它們的速度大小之比為多少？圖2562021/8/11 星期三232021/8/11 星期三24要點(diǎn)2帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題學(xué)案導(dǎo)引1平拋運(yùn)動的特點(diǎn)有哪些？如何處理平拋運(yùn)動問題？2帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題和平拋運(yùn)動有哪些類似？2021/8/11 星期三25垂直射入勻強(qiáng)電場的帶電粒子,在電場

8、中，只受電場力作用,運(yùn)動與重力場中的平拋運(yùn)動相類似,研究這類問題的基本方法是將運(yùn)動分解,根據(jù)每一個分運(yùn)動的規(guī)律或特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒右越鉀Q常常用到下面的知識點(diǎn)：1運(yùn)動狀態(tài)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強(qiáng)電場時，受到恒定的與初速度方向成90角的電場力作用而做勻變速曲線運(yùn)動，其軌跡是拋物線2021/8/11 星期三262.偏轉(zhuǎn)問題的分析處理方法，類似于平拋運(yùn)動的分析處理，如圖257所示，應(yīng)用運(yùn)動的合成和分解的知識處理：圖2572021/8/11 星期三272021/8/11 星期三282021/8/11 星期三292021/8/11 星期三30如圖258所示是示波管工作原理示意圖

9、，電子經(jīng)加速電壓U1加速后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，離開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)量為h，兩平行板間的距離為d，電勢差為U2，板長為l.為了提高示波管的靈敏度(單位偏轉(zhuǎn)電壓引起的偏轉(zhuǎn)量)可采取哪些措施？例2圖2582021/8/11 星期三31【思路點(diǎn)撥】解此題的關(guān)鍵是理解靈敏度及推導(dǎo)靈敏度的表達(dá)式2021/8/11 星期三322021/8/11 星期三33【答案】增大l、減小U1或d【方法指引】偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的分析處理方法(用類似平拋運(yùn)動的分析方法)即應(yīng)用運(yùn)動的合成和分解知識分析處理，一般分解為：(1)沿初速度方向以v0做勻速直線運(yùn)動；(2)沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動2021/8/11 星期三34變式

10、訓(xùn)練2.如圖259所示，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始運(yùn)動，然后射入電勢差為U2的兩塊平行板間的電場中，入射方向跟極板平行整個裝置處在真空中，重力可忽略圖2592021/8/11 星期三35在電子能射出平行板區(qū)的條件下,下列四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變大的是()AU1變大，U2變大BU1變小，U2變大CU1變大，U2變小 DU1變小，U2變小2021/8/11 星期三362021/8/11 星期三372021/8/11 星期三38帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動經(jīng)典案例(2011高考安徽理綜卷)如圖2510(a)所示，熱點(diǎn)示例創(chuàng)新拓展圖25102021/8/11 星期三39兩平行正對

11、的金屬板A、B間加有如圖2510(b)所示的交變電壓，一重力可忽略不計的帶正電粒子被固定在兩板的正中間P處若在t0時刻釋放該粒子，粒子會時而向A板運(yùn)動，時而向B板運(yùn)動，并最終打在A板上則t0可能屬于的時間段是()2021/8/11 星期三40【審題指導(dǎo)】解此題的關(guān)鍵是根據(jù)不同時刻進(jìn)入電場的帶電粒子在電場中的運(yùn)動規(guī)律,進(jìn)行逐段分析【解題樣板】設(shè)粒子的速度方向、位移方向向右為正依題意得,粒子的速度方向時而為正,時而為負(fù),最終打在A板上時位移為負(fù),速度方向?yàn)樨?fù)2021/8/11 星期三41圖25112021/8/11 星期三42【答案】B【名師點(diǎn)評】研究帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動要明確以下兩點(diǎn)：20

12、21/8/11 星期三43(1)電壓與平行板之間的電場、電場力、加速度相對應(yīng)，作同步變化；(2)粒子的運(yùn)動形式由受力和速度共同決定：受力和速度同向，粒子加速；受力和速度反向，粒子減速；受力和速度有夾角，粒子做曲線運(yùn)動，只有對每個階段進(jìn)行正確的受力分析和運(yùn)動分析，才能對粒子的運(yùn)動做出正確的判斷2021/8/11 星期三44名師講壇精品資源1帶電粒子在電場中運(yùn)動忽略重力的條件(1)當(dāng)帶電粒子的重力遠(yuǎn)小于靜電力時，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,處理問題時均不計重力而帶電的液滴、小球等除有說明或有明確暗示外,處理問題時均應(yīng)考慮重力2021/8/11 星期三452帶電粒子在電場中運(yùn)動的四條規(guī)律(1)質(zhì)量分別為m1和m2，電荷量分別為q1和q2的帶電粒子經(jīng)過同一加速電場、同一偏轉(zhuǎn)電場后，偏轉(zhuǎn)量之比為11(2)質(zhì)量分別為m1和m2，電荷量分別為q1和q2的帶電粒子以同一速度經(jīng)過同一偏轉(zhuǎn)電場后,偏轉(zhuǎn)量之比為q1m2q2m1.2021/8/11 星期三46(3)質(zhì)量分別為m1和m