高中物理 第1章 第9节 第2课时 示波管的原理 带电体在电场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第2课时示波管的原理带电体在电场中的运动 1 了解示波管的工作原理 体会静电场知识在科学技术中的应用 2 会综合利用力和运动的观点与功和能的观点分析带电体在电场中的运动 要点一示波管1 示波管的构造示波器是可以用来观察电信号随时间变化情况的一种电子仪器 其核心部分是示波管 它由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 如图所示 管内抽成真空 各部分作用为 1 电子枪 发射并加速电子 2 竖直偏转电极 使电子束竖直偏转 加信号电压 3 水平偏转电极 使电子束水平偏转 加扫描电压 4 荧光屏 显示图象 2 示波管的管理示波器的基本原理是带电粒子在电场力作用下的加速和偏转 1 偏转电极不加电压 从电子枪射出的电子将沿直线运动 射到荧光屏的中心点形成一个亮斑 3 示波管实际工作时 竖直偏转板和水平偏转板都加上电压 一般加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压 加在水平偏转板上的是扫描电压 若两者周期相同 在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图 要点二带电体在复合场中的运动1 当带电物体的重力不能忽略时 带电物体就处在电场 重力场的复合场中 处理相关问题时要注意电场力和重力的影响 2 相关问题及处理方法 1 带电小球 液滴 尘埃 微粒 在电场中处于平衡状态 静止或匀速直线运动状态 必满足f电 mg 0 2 带电物体沿某一方向做匀加速直线运动 可通过分析其受力 画出受力图 将力分解 由牛顿定律列出方程 结合运动学公式进行有关解答 3 若带电物体的初速度方向与合加速度方向不同 则做匀变速曲线运动 可采用将运动分解 运用牛顿定律和运动学公式分别列方程求解 也可根据动能定理 能量守恒定律列方程求解 后者更简捷一些 4 用细绳拴一带电小球在竖直方向的匀强电场中给其一初速度 当mg f电 0时 小球做匀速圆周运动 绳子拉力充当向心力 可由圆周运动知识分析解答 3 整体运用功能关系法首先对带电体受力分析 再分析运动形式 然后根据具体情况选用公式计算 1 若选用动能定理 则要分清有多少个力做功 是恒力功还是变力功 同时要明确初 末状态及运动过程中动能的增量 2 若选用能量守恒定律 则要分清带电体在运动中共有多少种能量参与转化 哪些能量是增加的 哪些能量是减少的 表达式有几种 初状态和末状态的能量相等 即e初 e末 增加能量的总和等于减少能量的总和 即 e增 e减 这种方法不仅适用于匀变速运动 对非匀变速运动 非匀强电场中 也同样适用 真空中有一均匀电场 方向沿x轴正方向 若质量为m 电荷量为q的一带电粒子从o点以初速度v0沿y轴正方向进入电场 经 t时间到达a点 此时速度大小也为v0 方向沿x轴正方向 如图所示 求 1 从o点到a点的时间 t 2 该匀强电场的电场强度e及oa连线与x轴的夹角 3 若设o点为零势点 则a点电势为多大 方法总结 分析带电体在电场中运动问题的几个关键环节 1 做好受力分析 根据题设条件判断重力是否可以忽略 2 做好运动分析 要明确带电体的运动过程 运动性质及运动轨迹等 3 应用运动和力的关系 根据牛顿第二定律结合运动学公式求解 如图所示 在真空室中有两个水平的金属板 板间的距离为h 有一质量为m的小油滴 带电荷量为q 自上极板的下表面处由静止开始自由下落 当它运动到两极板间距离的中点时 给两极板加电压u 使电荷受到向上的力 当电压等于多大时 才能使小油滴在刚好接近下极板时 开始向上运动 变式训练1 1 1 a点的场强 2 取o点电势为零 a点电势 a为多大 电荷q具有的电势能为多大 方法总结 带电的物体在电场中具有一定的电势能 同时还可能具有动能和重力势能等机械能 用能量观点处理问题是一种简捷的方法 处理有关能量的问题要注意以下几点 1 只要外力做功不为零 物体的动能就要改变 动能定理 2 重力只要做功 物体的重力势能就要改变 且重力的功等于重力势能的减少量 wg ep1 ep2 如果只有重力做功 物体动能和重力势能之和不变 机械能守恒 3 静电力只要做功 物体的电势能就要改变 且静电力的功等于电势能的减少量 w电 ep1 ep2 如果只有静电力做功 物体的动能和电势能之间相互转化 总量不变 类似机械能守恒 4 如果除了重力和静电力之外 无其他力做功 则物体的动能 重力势能和电势能三者之和不变 2015 浙江模拟 如图所示 真空中存在一个水平向左的匀强电场 场强大小为e 一根不可伸长的绝缘细线长度为l 细线一端拴一个质量为m 电荷量为q的带负电小球 另一端固定在o点 把小球拉到使细线水平的位置a处 由静止释放 小球沿弧线运动到细线与水平方向成 60 角的位置b时速度为零 以下说法中正确的是 变式训练2 1 答案 d 一带电量为 q的点电荷固定在真空中 形成的电场如图所示 现有一质量为m的带电微粒 在此点电荷附近做匀速圆周运动 周期为t 微粒的重力不能忽略 求 1 微粒所带电荷的种类 2 点电荷 q与微粒运动轨迹所在平面的距离 方法总结 解决此类问题与力学中研究物体做圆周运动相似 只不过多了一个电场力 应注意分析带电体是做匀速圆周运动还是做变速圆周运动 还要注意圆周运动中的临界问题 如图所示 用细线拴一带负电的小球 小球处在竖直向下的匀强电场中 使小球在竖直平面内做圆周运动 则 变式训练3 1 解析 若小球受到的电场力与重力相等时 小球可做匀速圆周运动 若电场力小于重力 则小球速度最小的位置在最高点 若电场力大于重力 则小球速度最小的位置在最低点 小球运动到最低点时 电场力做负功最多 故其电势能最大 答案 d 1 2014 广州一模 如图所示的阴极射线管 无偏转电场时 电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑 如果只逐渐增大m1m2之间的电势差 则 a 在荧屏上的亮斑向上移动b 在荧屏上的亮斑向下移动c 偏转电场对电子做的功增大d 偏转电场的电场强度减小 答案 ac 2 2015 资阳模拟 一带负电小球 在从空中a点运动到b点的过程中 受重力 空气阻力和静电力作用 重力对小球做功3 5j 小球克服空气阻力做功0 5j 静电力对小球做功1j 则下列说法正确的是 a 小球在a点的重力势能比在b点小3 5jb 小球在a点的机械能比在b点小0 5jc 小球在a点的电势能比在b点少1jd 小球在a点的动能比在b点多4j 解析 根据功能关系可知 重力对小球做功3 5j 重力势能减少3 5j a选项错误 除重力以外 小球克服空气阻力做功0 5j 静电力对小球做功1j 机械能增加0 5j b选项正确 静电力做功1j 电势能减少1j c选项错误 合外力做功4j 动能增加4j d选项错误 答案 b 3 2014 东营二模 如图所示 水平固定的矩形金属板a带电量为q 电势为零 从金属板中心o处释放一质量为m 带电量为 q的小球 由于电场力的作用 小球竖直上升的最大高度可达金属板中心竖直线上的c点 已知oc h 重力加速度为g 又知道小球过竖直线上b点时的速度最大 由此可确定q所形成的电场中的物理量是 a b点的场强b c点的场强c b点的电势d c点的电势 解析 小球受到向下的重力和向上的电场力 小球在b点速度最大 加速度为零 即mg qe 可以确定b点的场强 故a选项正确 小球从o向c运动的过程中 mgh quoc 0 其中 c uco uoc 即可以确定c点的电势 故d选项正确 答案 ad 4 如图所示 在水平的匀强电场中 一条不可伸长的长为l的不导电细线 其一端连着一个质量为m的带电小球 另一端固定于o点 把小球拉起直至细线与场强方向平行 然后无初速度释放 已知小球摆到最低点b时的速度大小为v 摆到最低点的另一侧c时速度为零 细线与竖直方向最大夹角为 90