高中物理 第1章 第6节 示波器的奥秘同步备课课件 粤教版选修31.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 知道示波器的作用 2 理解带电粒子在电场中加速和偏转的物理道理 第六节示波器的奥秘 课标解读1 理解示波器的基本原理 2 掌握带电粒子加速 偏转的处理方法 3 体会物理规律的实际用途 教学地位本节知识是电场在实际中的应用 在高考中经常以现实为背景命制一些有关试题有时也与其他知识结合为一体考查 新课导入建议电子束在电场中受到电场力的作用会产生加速度 使其原有速度发生变化 在现代科学实验和技术设备中 常常利用电场来控制或改变电子束的运动 具体应用有粒子加速器 左图 示波器 右图 等 图教1 6 1本节课我们就来研究电子束在电场中的加速 偏转问题 教学流程设计 课前预习安排 1 看教材2 完成 课前自主导学 可让学生观察示波器 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 学生交流教师循知检查预习效果 步骤3 师生互动完成 探究1 师生讨论探讨方法 步骤7 完成 探究3 重在分析错因 步骤4 教师讲解总结处理方法 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式完成 探究1 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习效果 演示结束 步骤9 学生自主总结本节知识点 教师点评 布置课下完成 课后知能检测 1 基本知识 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 虽然它们也会受到万有引力 重力 的作用 但万有引力 重力 一般静电力 可以 2 带电粒子加速问题的处理方法 利用分析 初速度为零的带电粒子 经过电势差为u的电场加速后 qu 则v 带电粒子的加速 远小于 忽略 动能定理 2 思考判断 1 带电粒子在电场中只有做加速运动 2 处理带电粒子加速问题时 也可利用牛顿定律 3 带电粒子在电场中加速时 不满足能量守恒 3 探究交流学生处理带电粒子在电场中运动的问题时 常常因 重力是否可以忽略 这一问题感到迷茫 我们知道只有带电粒子的重力远小于静电力时 粒子的重力才可以忽略 问题 带电小球 带电液滴 带电尘埃等所受重力是否可以忽略 提示 它们所受的静电力并没有远大于重力 重力一般不可忽略 带电粒子的偏转 垂直进入匀强电场 匀速直线 匀加速直线 2 运动规律 2 思考判断 1 带电粒子在匀强电场中一定做类平抛运动 2 偏转角的正切值等于偏转位移与板长的比值 3 偏转距离粒子垂直进入匀强电场中的初动能成反比 3 探究交流大量带电粒子 质量不同 带电量相同 以相同的速度垂直电场进入并穿过同一个电场 它们的运动时间相同吗 运动轨迹相同吗 1 基本知识 1 构造示波管是示波器的核心部件 外部是一个抽成真空的玻璃壳 内部主要由 发射电子的灯丝 加速电极组成 由一对x偏转电极板和一对y偏转电极板组成 和组成 如图1 6 1所示 示波器探秘 电子枪 偏转电极 荧光屏 图1 6 1 2 原理 扫描电压 xx 偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压 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 如在y偏转板上加一个 在x偏转板上加一 在荧光屏上就会出现按y偏转电压规律变化的可视图象 信号电压 扫描电压 2 思考判断 1 示波器是带电粒子加速和偏转的综合应用 2 电视机光屏越大 则偏转电压对应也较大 3 探究交流当示波管的偏转电极没有加电压时 电子束将打在荧光屏什么位置 提示 偏转电极不加电压 电子束沿直线运动 打在荧光屏中心 形成一个亮斑 问题导思 1 如何分析带电粒子受力情况 2 带电粒子在电场中被加速而不改变方向时 它的受力有何特点 处理带电粒子在电场中运动问题的思路 1 带电粒子分类 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 除有说明或有明确的暗示以外 此类粒子一般不考虑重力 但并不忽略质量 2 带电微粒 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 2 两基本思路带电粒子在电场中的运动 是一个综合电场力 电势能的力学问题 研究的方法与质点动力学相同 它同样遵循运动的合成与分解 力的独立作用原理 牛顿运动定律 动能定理 功能原理等力学规律 解该类问题时 主要有以下两种基本思路 1 力和运动关系 牛顿第二定律 根据带电粒子所受的电场力 用牛顿第二定律确定加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 这种方法通常适用于粒子在恒力作用下做匀变速直线运动的情况 2 功和能的关系 动能定理等 根据电场力对带电粒子所做的功引起带电粒子的能量发生变化 利用动能定理等研究全过程中能量的转化 研究带电粒子的速度变化 经过的位移等 这种方法既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 反射式速调管是常用的微波器件之一 它利用电子团在电场中的振荡来产生微波 其振荡原理与下述过程类似 如图所示 在虚线mn两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场 一带电微粒从a点由静止开始 在电场力作用下沿直线在a b两点间往返运动 已知电场强度的大小分别是e1 2 0 103n c和e2 4 0 103n c 方向如图1 6 2所示 带电微粒质量m 1 0 10 20kg 带电量q 1 0 10 9c a点距虚线mn的距离d1 1 0cm 不计带电微粒的重力 忽略相对论效应 求 图1 6 2 1 b点距虚线mn的距离d2 2 带电微粒从a点运动到b点所经历的时间t 审题指导 1 带电粒子只受电场力 2 粒子运动过程 先匀加速后匀减速直线运动 3 用动能定理和牛顿定律求解 答案 1 0 50cm 2 1 5 10 8s 分析粒子在电场中运动的三种思维方法1 力和运动的关系 分析带电体的受力情况 确定带电体的运动性质和运动轨迹 从力和运动的角度进行分析 2 分解的思想 把曲线运动分解为两个分运动进行分析 3 功能关系 利用功能定理或能量守恒分析求解 1 双选 如图1 6 3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 图1 6 3 a 初速度大的粒子通过加速电场所需的时间短b 初速度小的粒子通过加速电场过程中动能的增量大c 两者通过加速电场过程中速度的增量一定相等d 两者通过加速电场过程中电势能的减少量一定相等 答案 ad 问题导思 1 带电粒子在匀强电场中如何运动 2 偏转角及偏转位移有何意义 带电粒子在匀强电场中偏转规律 3 以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子 不论m q是否相同 只要q m相同 即荷质比相同 则偏转距离y和偏转角 相同 4 若以相同的初动能ek0进入同一个偏转电场 只要q相同 不论m是否相同 则偏转距离y和偏转角 相同 5 不同的带电粒子经同一加速电场加速后 即加速电压u相同 进入同一偏转电场 则偏转距离y和偏转角 相同 对带电粒子在电场中的偏转问题可以选择动能定理 但只能求速度大小 不能求速度方向涉及速度方向时 必须借助合成分解方法 2012 茂名一中高二检测 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1 6 4所示 若两板间距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1 6 4 答案 400v 图1 6 5 答案 c 易错案例警示 对物理情景分 析不明确导致错误 正确解答 分析题意知带电物体应竖直向下运动 所受电场力竖直向上 根据牛顿第二定律 0 8qe qe mg 即mg 0 2qe 故电场力做功w qes 电势能增加了qes a b错 c对 物体所受合力为0 8qe 方向竖直向上 根据动能定理 物体的动能减小了0 8qes d对 答案 cd 易错分析 易错选项及错误原因分析如下 备课资源 教师用书独具 如图教1 6 2所示 边长为l的正方形区域abcd内存在着匀强电场 质量为m 电荷量为q的带电粒子以速度v0从a点进入电场 恰好从c点离开电场 离开时速度为v 不计重力 求电场强度的大小 图教1 6 2 1 一带电粒子在电场中只受到电场力作用时 它不可能出现的运动状态是 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 只在电场力的作用下 说明电荷受到的合外力的大小为电场力 不为零 则粒子做变速运动 所以选项a不可能 当电荷在匀强电场中由静止释放后 电荷做匀加速直线运动 选项b可能 当电荷垂直进入匀强电场后 电荷做类平抛运动 选项c可能 正电荷周围的负电荷只在电场力作用下且电场力恰好充当向心力时 可以做匀速圆周运动 选项d可能 答案 a 2 双选 2012 新课标全国高考 如图1 6 6 平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度 两极板与一直流电源相连 若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器 则在此过程中 该粒子 a 所受重力与电场力平衡b 电势能逐渐增加c 动能逐渐增加d 做匀变速直线运动 图1 6 6 解析 带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用 一是重力mg 方向竖直向下 二是电场力f eq 方向垂直于极板向上 因二力均为恒力 已知带电粒子做直线运动 所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上 根据牛顿第二定律可知 该粒子做匀减速直线运动 选项d正确 选项a c错误 从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出 电场力对粒子做负功 粒子的电势能增加 选项b正确 答案 bd 3 双选 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1 6 7所示 带电微粒只在电场力的作用下 由静止开始运动 则下列说法中正确的是 图1 6 7 a 微粒在0 1s内的加速度与1 2s内的加速度相同b 微粒将沿着一条直线运动c 微粒做往复运动d 微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同 解析 带正电的微粒在电场中 第1s内加速运动 第2s内减速至零 故b d对 答案 bd 4 如图1 6 8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板时的速率 下列解释正确的是 图1 6 8 a 两板间距越大 加速的时间就越长 则获得的速率越大b 两板间距越小 加速的时间就越长 则获得的速度越大c 获得的速率大小与两板间的距离无关 仅与加速电压u有关d