高中物理 第一章第6讲 匀强电场中的电势差与电场强度的关系 示波管课件 教科版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 教科版 第一章静电场 第六讲匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 目标定位 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 2 理解在匀强电场中电势差与电场强度的关系 u ed 并了解其适用条件 会用u ed或e u d解决有关问题 3 了解示波管的构造和工作原理 4 了通过示波管的工作原理掌握带电粒子在电场中的加速和偏转问题 预习导学 1 场强沿电场线方向ed2 单位距离u d3 越低 一 电势差与电场强度的关系式 想一想匀强电场中a b两点间的电势差大 那么两点间场强一定大吗 答案场强是指沿电场线方向每单位面积上的电势差 a b两点间的距离不清楚 所以两点间场强不能确定大小关系 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 二 示波管原理 1 电子枪偏转电极荧光屏 2 加速偏转匀速直线 课堂讲义 2 电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向 1 关于u ed及e u d的进一步理解 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 3 根据u ed可以得出 匀强电场中电势差u与d成正比 但不能由e 而说e与d成反比 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 一 匀强电场中电场强度与电势差的关系 2 在非匀强电场中 公式e u d可用来定性分析问题 由e u d可以得出结论 在等差等势面中等势面越密的地方场强就越大 如图所示 a b c为某条电场线上的三个点 且距离ab bc 由于不知电场的性质 所以电势差uab与ubc的大小不能确定 1 公式u ed和e u d适用于匀强电场 课堂讲义 例1关于匀强电场中的场强和电势差的关系 下列说法正确的是 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 沿电场线方向 任何相同距离上电势降落必定相等c 电势降低的方向必是场强方向d 在相同距离的两点上 电势差大的其场强也大 解析 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 沿电场线方向上两点间的距离 电势降低 电势降低 电势降低最快 b 课堂讲义 例2如图所示 p q两金属板间的电势差为50v 板间存在匀强电场 方向水平向左 板间的距离d 10cm 其中q板接地 两板间的a点距p板4cm 求 1 p板及a点的电势 2 保持两板间的电势差不变 而将q板向左平移5cm 则a点的电势将变为多少 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 u 50v 解析 1 e v m 1 500v m 1 a点电势 a 30vp点电势 p upq 50v 课堂讲义 例2如图所示 p q两金属板间的电势差为50v 板间存在匀强电场 方向水平向左 板间的距离d 10cm 其中q板接地 两板间的a点距p板4cm 求 1 p板及a点的电势 2 保持两板间的电势差不变 而将q板向左平移5cm 则a点的电势将变为多少 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 u 50v 解析 2 两板间距离变为5cm e v m 1 1000v m 1 q a间电势差uqa e d 1000 1 0 10 2v 10v a点电势 a 10v 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 二 带电粒子在电场中的加速 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 1 研究对象 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 除特殊说明外一般忽略粒子的重力 但并不忽略质量 2 带电微粒 如液滴 油滴 尘埃 小球等 除特殊说明外 一般不忽略重力 2 运动状态分析 带电粒子沿平行电场线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 做匀变速直线运动 如图所示 在真空中有一对平行金属板 接在电势差为u的电源上 一个质量为m 带正电荷q的 粒子 在静电力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动 可由动能定理qu mv2 2求出粒子到达负极板的速度v 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例3如图所示 在p板附近有一电子由静止开始向q板运动 则关于电子到达q时的速率与哪些因素有关的下列解释正确的是 a 两极板间的距离越大 加速的时间就越长 则获得的速率越大b 两极板间的距离越小 加速的时间就越短 则获得的速率越小c 两极板间的距离越小 加速度就越大 则获得的速率越大d 与两板间的距离无关 仅与加速电压u有关 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 由动能定理有eu 速率仅与加速电压有关 d 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 1 运动状态分析 带电粒子 不计重力 以初速度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垂直的静电力作用而做匀变速曲线运动 2 偏转问题的分析处理方法 类似于平抛运动的分析处理方法 即应用运动的合成与分解的知识分析处理 3 运动的规律 带电粒子在匀强电场中的偏转 沿初速度v0方向 沿电场力qe方向 偏转角度 速度 vx v0 位移 x v0t 速度 位移 三 带电粒子在电场中的偏转 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 4 两个特殊结论 1 粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点 即粒子就像是从极板间l 2处射出的一样 证明 作粒子速度的反向延长线 设交于o点 利用 三 带电粒子在电场中的偏转 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 三 带电粒子在电场中的偏转 4 两个特殊结论 2 无论粒子的m q如何 只要经过同一电场加速 再垂直进入同一偏转电场 它们飞出的偏移量和偏转角 都是相同的 所以同性粒子运动轨迹完全重合 证明 若加速电场的电压为u0 y和tan 与m和q均无关 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 例4一束电子流在经u 5000v的加速电压加速后 在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场 如图所示 若两板间距离d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最大能加多大电压 进入偏转电场 电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动 解析 加速过程中 由动能定理有 l v0t 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动 y 联立解得 加速度 u 偏转距离 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 四 示波管的工作原理 1 偏转电极不加电压时 从电子枪射出的电子将沿直线运动 射到荧光屏的心点形成一个亮斑 2 在xx 或yy 加电压时 若所加电压稳定 则电子被加速 偏转后射到xx 或yy 所在直线上某一点 形成一个亮斑 不在中心 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 若两者周期相同 在荧光屏上就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 例5图为示波管的原理图 如果在电极yy 之间所加的电压图按图a所示的规律变化 在电极xx 之间所加的电压按图b所示的规律变化 则在荧光屏上会看到的图形是 解析 扫描电压 信号电压 ux 0且最大 水平向左偏转距离最大 uy 0 竖直方向距离为零 t 0时 之后 uy 0 电子向y板偏转 b 对点练习 对电场强度与电势差的关系理解 1 如图所示 a b c是一条电场线上的三个点 电场线的方向由a至c a b间的距离等于b c间的距离 用 a b c和ea eb ec分别表示a b c三点的电势和电场强度 可以断定 a ea eb ecb a b cc a b b cd ea eb ec 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 沿电场线的方向 电势越来越低 一条电场线不能判定疏密程度 不能确定是匀强电场中的电场线还是点电荷产生的电场 b 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 对点练习 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 2 如图所示 匀强电场的电场强度e 100v m a b两点相距0 1m a b连线与电场线的夹角 60 则a b两点的电势差为 解析 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 对电场强度与电势差的关系理解 沿电场线方向的距离 d abcos 0 1 cos60 m 0 05m uab ed 100 0 05v 5v 5v 对点练习 带电粒子在电场中的加速 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 3 如图所示 在点电荷 q激发的电场中有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 解析 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 电量分别为q和2q 对质子 mhv2 qhu 对 粒子 m v2 2q u 对点练习 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 4 如图为一真空示波管的示意图 电子从灯丝k发出 初速度可忽略不计 经灯丝与a板间的电压u1加速 从a板中心孔沿中心线ko射出 然后进入两块平行金属板m n形成的偏转电场中 偏转电场可视为匀强电场 电子进入m n间电场时的速度与电场方向垂直 电子经过电场后打在荧光屏上的p点 已知m n两板间的电压为u2 两板间的距离为d 板长为l 电子的质量为m 电荷量为e 不计电子受到的重力及它们之间的相互作用力 带电粒子在电场中的偏转 1 求电子穿过a板时速度的大小 由动能定理有eu1 解析 1 2 求电子从偏转电场射出时的侧移量 2 对点练习 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 匀强电场中的电势差与电场强度的关系示波管 4 如图为一真空示波管的示意图 电子从灯丝k发出 初速度可忽略不计 经灯丝与