高中物理 第一章 静电场 第5节 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理课件 教科版选修31.ppt

第5节匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理 课堂探究 自主学习 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 目标导航 教师参考 重点 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理难点 电势差与电场强度关系的应用 教材梳理 一 匀强电场中电势差与电场强度的关系1 关系 在匀强电场中 两点间的电势差等于场强与这两点间沿方向的距离的 场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差 沿电场线的方向电势越来越低 电场线 乘积 2 关系式 uab e d为沿电场线方向的距离 ed 3 沿垂直电场线方向电势的变化 如果沿垂直电场线的方向把电荷q从c点移到d点 由于电荷的位移方向与受力方向 电场力不做功 ucd 所以c d两点的电势 且在垂直于电场线的同一平面内 垂直 0 相等 想一想利用教材p23图1 5 1 如何推导电势差与电场强度的关系 答案 wab fd qed 而wab quab 所以uab ed或e 二 示波管原理1 示波管 阴极射线管 的构造 2 电子在阴极射线管中运动的三个阶段 1 加速 电子在阴极和阳极之间形成的电场中受电场力 电场力做正功 其增大 2 偏转 被加速的电子进入水平平行板间的匀强电场 做运动 3 匀速直线运动 电子射出电场后 不再受电场力作用 保持偏转角不变 打在荧光屏上 类平抛 三 实验观察 带电粒子在电场中的偏转1 实验室里的示波管的构造如图所示 示波器中的阴极射线管有和竖直两个方向上的两对偏转电极 水平 动能 2 工作原理 1 若在两对偏转电极上所加电压为零 则电子束将打在产生亮斑 o点 2 若只在偏转电极y1 y2上加一稳定电压 则电子束将沿方向发生偏转 3 若只在偏转电极x1 x2上加一个稳定电压 电子束将沿方向发生偏转 4 若在偏转电极x1 x2和y1 y2上均加了一定的电压 则亮斑即偏离y轴又偏离x轴 5 若加在x1 x2上的电压随时间按图 甲 所示的规律周期性地变化 在y1 y2上的电压随时间以正弦函数变化 则示波器显示的图形如图 乙 所示 y x 想一想教材p27图1 5 10中 若两极板不平行 或者极板形状不规则 电场不再均匀 v0 还成立吗 1 由u ed可知 匀强电场中两点的电势差与这两点的距离成正比 2 电场强度的两个单位n c和v m是完全等价的 3 在匀强电场中 沿任一方向电势随距离均匀变化 4 若只在示波管的偏转电极x1 x2上加上一恒定电压 则在荧光屏上看到一条沿x方向的亮线 5 若只在示波管的偏转电极y1 y2上加上正弦函数变化的电压 则荧光屏上也将出现正弦函数图形 思考判断 答案 1 2 3 4 5 要点一匀强电场中电势差与电场强度的关系 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 在如图所示的匀强电场中 a b两点位于同一条电场线上 a b间距离为d b c连线垂直电场线 1 若已知a b两点间的电势差为uab 电荷q从a点移动到c点 电场力做功多少 2 若已知电场强度为e 电荷q从a点移动到c点 电场力做功多少 3 由 1 2 问你能得出电势差uac与电场强度e有何关系 答案 1 电场力做功wac quac quab 2 电场力做功wac qelcos qed 3 电势差uac与电场强度e的关系uac ed 要点归纳 1 关于公式uab ed和e 的几点注意 1 公式e 和uab ed适用于匀强电场中电场强度 电势差的分析和计算 2 公式中的d是匀强电场中沿电场方向的距离 即两点所在的两个等势面间的距离 3 在非匀强电场中 应用公式e 只能作出定性判断 电场中两点在沿电场线方向 即垂直等势面方向 上的距离越小 电势差越大 则表示该处的电场强度就越大 2 uab ed的两个推论 1 在匀强电场中 沿任意一个方向 电势下降都是均匀的 故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等 如果把某两点间的距离平均分为n段 则每段两端点间的电势差等于原电势差的1 n 2 在匀强电场中 沿任意方向相互平行且相等的线段两端点的电势差相等 3 电场强度的三个公式的区别 例1 2017 宁德市一级达标中学期中联考 如图a b c d为一匀强电场中的四个点 它们正好是一个矩形的四个顶点 其中ab 4cm ac 4cm 电场线与矩形所在平面平行 已知将q 2 0 10 9c的正电荷从a点移到b点 静电力做功wab 8 0 10 9j 将这个电荷从b点移到c点电势能增加了 epbc 3 2 10 8j 设a点电势为零 求 1 b点和c点的电势 答案 1 4v12v 答案 2 200v m方向由c指向b 2 匀强电场的电场强度大小和方向 规律方法等分法分析匀强电场电场强度的步骤 1 确定所给点中电势最高和最低点 用直线将两点连接 2 根据第三点的电势值 将 1 中的直线平分为等距离的n段 3 找到直线上与第三点电势相同的第四点 连接第三 第四点所得直线为等势线 4 作出垂直于等势线的直线 并根据电势降低的方向在新作直线上加上箭头就作出电场线 也可根据e 求解电场强度大小 教师备用 例1 1 图中a b c三点都在匀强电场中 已知ac bc abc 60 bc 20cm 把一个电荷量q 10 5c的正电荷从a移到b 电场力做功为零 从b移到c 电场力做功为 1 73 10 3j 则该匀强电场的电场强度大小和方向是 a 865v m 垂直ac向左b 865v m 垂直ac向右c 1000v m 垂直ab斜向上d 1000v m 垂直ab斜向下 d 针对训练1 1 如图所示 在平面直角坐标系中 有方向平行于坐标平面的匀强电场 其中坐标原点o处的电势为零 点a处的电势为6v 点b处的电势为3v 则电场强度的大小为 a 200v mb 200v mc 100v md 100v m a 要点二示波管的应用 问题导学 不同的带电粒子经同一加速电场加速后再经同一偏转电场偏转 能否被分成不同的粒子束 要点归纳 1 构造 如图 2 对示波管分析的两种情形 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 2 仅在xx 或yy 上加电压如图所示为只在yy 上加电压时 亮斑在荧光屏上的偏移 特别提示示波管实际工作时 竖直偏转板和水平偏转板都加上电压 一般地 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电压是扫描电压 例2 2015 天津理综 7 多选 如图所示 氕核 氘核 氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场e1 之后进入电场线竖直向下的匀强电场e2发生偏转 最后打在屏上 整个装置处于真空中 不计粒子重力及其相互作用 那么 a 偏转电场e2对三种粒子做功一样多b 三种粒子打到屏上时的速度一样大c 三种粒子运动到屏上所用时间相同d 三种粒子一定打到屏上的同一位置 ad 规律方法带电粒子在匀强电场中偏转的几个推论 2 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 只要相同 即比荷相同 则偏转距离y和偏转角 相同 3 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 教师备用 例2 1 如图所示是示波管的原理示意图 电子从灯丝发射出来经电压为u1的电场加速后 通过加速极板a上的小孔o1射出 沿中心线o1o2进入m n间的偏转电场 o1o2与偏转电场方向垂直 偏转电场的电压为u2 经过偏转电场的右端p1点离开偏转电场 然后打在垂直o1o2放置的荧光屏上的p2点 已知平行金属极板m n间距离为d 极板长度为l 极板的右端与荧光屏之间的距离为l 不计电子之间的相互作用力及其所受的重力 且电子离开灯丝时的初速度可忽略不计 1 求电子通过p1点时偏离中心线o1o2的距离 2 若o1o2的延长线交于屏上o3点 而p2点到o3点的距离称为偏转距离y 单位偏转电压引起的偏转距离 即y u2 称为示波管的灵敏度 求该示波管的灵敏度 针对训练2 1 多选 如图所示 电子在电势差为u1的加速电场中由静止开始运动 然后射入电势差为u2的两块平行极板间的电场中 射入方向跟极板平行 整个装置处在真空中 重力可忽略 在满足电子能射出平行板区的条件下 下述四种情况中 一定能使电子的偏转角 变大的是 ab a u1不变 u2变大b u1变小 u2变大c u1变大 u2变小d u1变小 u2变小 达标测评随堂演练 检测效果 1 下列关于匀强电场中场强和电势差的关系 正确的说法是 a 任意两点之间的电势差 等于场强和这两点间距离的乘积b 在任何方向上 若两点间距离相等 则它们之间电势差就相等c 沿着电场线方向 任何相同距离上的电势降落必定相等d 电势降落的方向必定是电场强度的方向 c 解析 匀强电场中电势差与场强的关系u ed中的d是两点沿电场线方向的距离 并不是两点间的距离 a错误 两点距离相等 两点沿电场线方向的距离不一定相等 b错误 由u ed elcos 可知c正确 电势降落最快的方向必定是电场强度的方向 d错误 2 如图实线为某电场的电场线 虚线为等势线 已知c为线段ab的中点 过a b的等势线的电势分别为30v和10v 则c点的电势 c 3 如图所示 匀强电场场强e 100v m a b两点相距10cm a b连线与电场方向夹角为60 则uba的值为 a 10vb 10vc 5vd 5v c 4 如图所示的示波管 当两偏转电极xx yy 电压为零时 电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间 图示坐标的o点 其中x轴与xx 电场的场强方向重合 x轴正方向垂直于纸面向里 y轴与yy 电场的场强方向重合 若要电子打在图示坐标的第 象限 则 a x y极接电源的正极 x y 接电源的负极b x y 极接电源的正极 x y接电源的负极c x y极接电源的正极 x y 接电源的负极d x y 极接电源的正极 x y接电源的负极 解析 若要使电子打在图示坐标的第 象限 电子在x轴上向