高中物理 第一章 静电场 5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

5匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理 电场强度 e 电场力 f f eq 电势能的变化wab uabq 电势差 uab 移动电荷q电场力做功 电场 电荷 电场线 等势面 1 知道匀强电场中电势差与电场强度的定量关系 了解其使用条件 重点 2 会运用关系式u ed处理匀强电场问题 3 了解示波器的原理 体会静电场知识对科学技术的影响 4 会处理简单的加速类和偏转类问题 电场的两大性质 力的性质 能的性质 由电场强度描述 可用电场线形象表示 由电势 电势差描述 可用等势面形象表示 1 电场强度e描述了电场具有力的性质 电势差u描述了电场具有能的性质 e是矢量 u是标量 2 e和u描述电场的角度虽不同 但作为反映同一电场的两个物理量 存在着一定的联系 电场力 f eq 电势能的变化wab uabq 电场强度 e 电势差 uab 我们来看 一 电场强度和电势差的关系 我们以匀强电场为例来确定e和u的关系 如图所示 设在匀强电场e中 有一电荷量为q的带正电粒子在电场力作用下由a点移到b点 电场力做正功 a b间电势差为uab 相距l ab与场强方向的夹角为 从力的角度来看 其中dab是沿电场强度方向a b间的距离 从能的角度来看 由此可得 所以 在匀强电场中 注意 在非匀强电场中 e和u也有一定的关系 但不像在匀强电场中的关系式那么简单 1 在匀强电场中 场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差 2 适用条件 匀强电场 而且沿着场强的方向 即式中的d是沿场强方向两点间的距离 3 可知场强的单位v m和n c是一致的 1v m 1n c 60 例1 如图 在匀强电场中的m n两点距离为2cm 两点间的电势差为5v m n连线与场强方向成60 角 则此电场的电场强度多大 解 根据 得 练习 关于匀强电场中的电势差与场强的关系 正确的说法是 a 任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积b 电势降低的方向必定是场强方向c 沿电场线方向任意相同距离的两点间的电势差必相等d 不沿电场线方向任意相同距离的两点间的电势差不可能相等 c 解析 匀强电场中两点间的电势差等于场强跟沿场强方向两点间距离的乘积 沿场强方向的电势降落最快 不沿电场线方向的直线上相等距离上的电势差也是相等的 二 示波管原理 示波器作用 一种用来显示电信号随时间变化情况的电子仪器 它的核心部件是示波管 由电子枪 偏转电极和荧光屏组成 管内抽成真空 示波管的工作原理 1 带电粒子在匀强电场中的加速 用牛顿运动定律分析 用动能定理分析 1 受力分析 水平向右的电场力f eq qu d 2 运动分析 初速度为零 向右做加速度为a qu md的匀加速直线运动 解法一运用运动学知识求解 解法二运用能量知识求解 粒子加速后的速度只与加速电压有关 思考 如果两极板间不是匀强电场该用何种方法求解 为什么 由于电场力做功与场强是否变化无关 与运动路径也无关 因此第二种方法仍适用 d u v0 q m f v v0 vy y 偏转角 侧移 试根据类平抛运动的知识 推导偏移量y和偏转角 2 带电粒子在匀强电场中的偏转 1 受力分析 粒子受到竖直向下的静电力f eq qu d 2 运动规律分析 粒子做类平抛运动 x方向 匀速直线运动y方向 加速度为的匀加速直线运动 3 x方向 4 y方向 5 离开电场时的偏转角度的正切 结论 带电粒子以垂直于电场方向的初速度飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题 1 粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动 2 粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速直线运动 3 带电粒子飞出匀强电场后做匀速直线运动当带电粒子飞出匀强电场后 不再受到电场力的作用 因此它保持偏转角度不变 做匀速直线运动 直到打在荧光屏上 显示出荧光亮点 例2 试证明 带电粒子垂直进入偏转电场 离开电场时就好像是从初速度所在直线的中点沿直线离开电场的 x 1 加速 2 偏转 从动力学和运动学角度分析 从做功和能量的角度分析 类平抛运动的分析方法 粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速直线运动 一 匀强电场中电势差与电场强度的关系 二 示波管 1 如图所示 m n是在真空中竖直放置的两块平行金属板 质量为m 电量为 q的质子 以极小的初速度由小孔进入电场 当m n间电压为u时 粒子到达n板的速度为v 如果要使这个带电粒子到达n板的速度为2v 则下述方法能满足要求的是 a 使m n间电压增加为2ub 使m n间电压增加为4uc 使m n间电压不变 距离减半d 使m n间电压不变 距离加倍 b 2 三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场 如图所示 则由此可判断 a b和c同时飞离电场b 在b飞离电场的瞬间 a刚好打在下极板上c 进入电场时 c速度最大 a速度最小d c的动能增量最小 a和b的动能增量一样大 bcd 3 质量为m 带电量为q的粒子以初速度v从中间垂直进入偏转电场 刚好离开电场 它在离开电场后偏转角正切为0 5 则下列说法中正确的是 a 如果偏转电场的电压为原来的一半 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25b 如果带电粒子的比荷为原来的一半 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25c 如果带电粒子的初速度为原来的2倍 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25d 如果带电粒子的初动能为原来的2倍 则粒子离开电场后的偏转角正切为0 25 abd 4 质子 质量为m 电量为e 和二价氦离子 质量为4m 电量为2e 以相同的初动能垂直射入同一偏转电场中 离开电场后 它们的偏转角正切之比为 侧移之比为 与电量成正比 与电量成正比 2 1 2 1 5 如图所示 在p板附近有一电子由静止开始向q板运动 则关于电子在两板间的运动情况 下列叙述正确的是 a 两板