高中物理 2.5 探究电子束在示波管中的运动课件 沪科版选修31.ppt

第5课时探究电子束在示波管中的运动 图2 5 1 课前自主学习 一 带电粒子的加速1 运动状态分析带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场 受到的电场力与运动方向在同一直线上 做 直线 可以根据带电粒子受到的电场力 用牛顿第二定律求出加速度 结合运动学公式确定粒子的速度 位移等 2 用功能观点分析可以根据电场力对带电粒子做的功 研究粒子的电势能变化 利用动能定理研究全过程中能量的转化 研究带电粒子的速度变化 经历的位移等 这种方法不仅适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 知识梳理 加速 或减速 运动 二 匀强电场中带电粒子的偏转1 运动状态分析带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时 受到恒定的与初速度方向成90 角的电场力作用而做 其特点与平抛运动类似 2 偏转问题的处理方法 将带电粒子的运动沿初速度方向和电场方向进行分解 1 沿初速度方向的分运动为 运动 满足x 匀变速曲线运动 匀速直线 v0t 初速度为零的匀加速直线 三 示波器在接通电源开关之前 先要检查各旋钮是否已调至适合的旋转位置上 辉度调节旋钮应 竖直位移和水平位移旋钮转到 衰减旋钮置于 扫描范围旋钮置于 然后接通电源开关 预热一二分钟后 顺时针缓慢旋转辉度旋钮到屏上出现一亮斑 亮斑的高度要 再旋转聚焦调节旋钮和辅助聚焦调节旋钮 使亮斑成一清晰的 反时针旋到底 中间位置 最高挡 外x挡 适中 小圆点 1 下列粒子从初速度为零的状态经过电压为u的电场加速后 粒子速度最大的是 a 质子b 氘核c 粒子d 钠离子na 答案 a2 一束带电粒子以相同的速率从同一位置 垂直于电场方向飞入匀强电场中 所有粒子的运动轨迹都是一样的 这说明所有粒子 a 都具有相同的质量b 都具有相同的电荷量c 电荷量与质量之比都相同d 都是同位素答案 c 基础自测 3 一带电粒子在电场中只受电场力作用时 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 当带电粒子在电场中只受电场力作用时 电场力作用会产生加速度 b c d选项中的运动情况都有加速度 而a项中匀速直线运动加速度为零 不可能出现 答案 a 4 图2 5 2为示波管中偏转电极的示意图 相距为d 长度为l的平行板a b加上电压后 可在a b之间的空间中 设为真空 产生电场 设为匀强电场 在a b左端距a b等距离处的o点 有一电荷量为 q 质量为m的粒子以初速度v0沿水平方向 与a b板平行 射入 不计重力 要使此粒子恰能从c处射出 则a b间的电压应为 图2 5 2 答案 a 5 在开启示波器前应进行的操作是 1 辉度旋钮 2 竖直位移和水平位移旋钮旋转到 3 衰减调节旋钮置于 4 扫描范围旋钮置于 答案 1 逆时针旋转到底 2 中间位置 3 最高挡 4 外x挡 课堂互动探究 1 带电粒子在电场中的平衡由平衡条件知 eq mg或 mg 2 带电粒子在电场中的加速解决问题用到的知识点有 牛顿第二定律 运动学公式 动能定理 能量守恒 带电粒子在电场中的直线运动 例1 如图2 5 3所示 板长l 4cm的平行板电容器 板间距离d 3cm 板与水平夹角 37 两板所加电压为u 100v 有一带负电液滴 带电荷量为q 3 10 10c 以v 1m s的水平速度自a板边缘水平进入电场 在电场中仍沿水平方向并恰好从b板边缘水平飞出 求 图2 5 3 1 液滴的质量 2 液滴飞出时的速度 解析 由于带电粒子重力方向竖直向下 所受电场力方向只能垂直两板向上 其合力方向水平向右 做匀加速运动 液滴质量为8 10 8kg 飞出时速度达1 32m s 答案 1 8 10 8kg 2 1 32m s 题后反思 带电粒子在电场中加速运动 受到的力是在力学受力分析基础上加上电场力 常见的直线运动有以下几种情况 粒子在电场中只受电场力 带电粒子在电场中做匀加速或者匀减速直线运动 粒子受到电场力 重力以及其它力的作用 在杆 地面等外界的约束下做直线运动 粒子同时受到重力和电场力 重力和电场力合力的方向在一条直线上 粒子做变速直线运动 粒子在非匀强电场中做直线运动 加速度可能发生变化 如图2 5 4所示 在点电荷 q的电场中有a b两点 将质子和 粒子分别从a点由静止释放 到达b点时 它们的速度大小之比为多少 图2 5 4 解析 质子是氢原子核 11h 粒子是氦原子核 24he 质子和 粒子都是正离子 从a点到b点做加速运动 设ab两点间的电势差为u 由动能定理有 1 带电粒子以速度v0垂直于电场线的方向射入匀强电场 受到恒定的与初速度方向垂直的电场力的作用 而做匀变速曲线运动 也称为类平抛运动 可以应用运动的合成与分解的方法分析这种运动 分析方法 带电粒子在电场中的偏传 图2 5 5 总之 是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定 一般说来 基本粒子 如电子 原子 粒子 离子等除了有说明或有明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不忽略质量 带电颗粒 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 图2 5 6 a 增大两板间电势差u2b 尽可能使板长l短些c 尽可能使板间距离d小一些d 使加速电压u1升高一些 答案 c 题后反思 带电粒子在电场中的运动 运用力学规律求解 在电场中加速一般运用动能定理 在电场中偏转运用运动学中类平抛运动知识求解 1 在本装置中 若将电子换成其他的负离子 其轨迹是否也发生变化 2 电子从偏转电场飞出时 其速度的反向延长线在初速度v0方向上有一交点o 此点o位于何处 图2 5 7是j2459型示波器的面板 上面各个旋钮和开关的名称 作用如下 示波器 图2 5 7 辉度调节旋钮 用来调节图像亮度 聚焦调节旋钮 辅助聚焦调节旋钮 二者配合使用可使电子束会聚成一细束 在屏上出现小亮斑 使图像线条清晰 电源开关 指示灯 电源接通时指示灯明亮 竖直位移旋钮 调节图像在竖直方向的位置 水平位移旋钮 调节图像在水平方向的位置 y增益旋钮 调节图像在竖直方向的幅度 x增益旋钮 调节图像水平方向的幅度 衰减调节旋钮 有1 10 100 1000四个挡 1 挡不衰减 其余各挡分别可使加在竖直偏转电极上的信号电压按上述倍数衰减 使图像在竖直方向的幅度依次减为前一挡的十分之一 最右边的正弦符号 挡不是衰减 而是由机内自行提供竖直方向的按正弦规律变化的交流电压 扫描范围旋钮 用来改变扫描电压的频率范围 有四个挡 左边第一挡是10hz 100hz向右旋转每升高一挡 扫描频率增大10倍 最右边是 外x挡 使用这一挡时机内没有加扫描电压 水平方向的电压可以从外部输入 扫描微调旋钮 使扫描电压的频率在选定的范围内连续变化 y输入 x输入 地 分别是对应方向的信号输入电压的接线柱和公共接地的接线柱 交直流选择开关 置于 dc 位置时 所加信号电压是直接输入的 置于 ac 位置时 所加信号电压是通过一个电容器输入的 可以让交流信号通过而隔断直流成分 同步极性选择开关 把同步极性选择开关置于 位置 正弦图线从正半周开始 置于 位置 正弦图线从负半周开始 例3 在用示波器测量直流电压时 逐步减小衰减挡 观察到亮斑位置 调节y增益使亮斑偏移一段适当距离 调节变阻器改变输入电压 可以看到 电压越高 若调换电池的正负极 可以看到 解析 因衰减旋钮是使加在竖直偏转电极上的信号电压按所标倍数衰减 本题中是亮斑 所以减小衰减挡时亮斑不动 y增益旋钮是用来调节图像在竖直方向的幅度 所反改变输入电压时亮斑上下移动 且电压越高 竖直方向的位移越大 若调换电池的正负极 则亮斑由y正方向改为y负方向 答案 不动亮斑上下移动移动幅度越大亮斑由y正方向改为y负方向 如图2 5 8甲所示为示波器面板 图乙为一信号源 图2 5 8 1 若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形 应将信号源的a端与示波器面板上的 接线柱相连 b端与 接线柱相连 2 若示波器所显示的输入波形如图丙所示 要将波形上移 应调节面板上的 旋钮 要使此波形横向展宽 应调节 旋钮 解析 示波器