《示波器的奥秘》课件3

电场示波器的奥秘 栏目链接 1 理解带电粒子在匀强电场中的加速和偏转的原理 2 能用带电粒子在电场中运动的规律 分析解决实际问题 3 了解示波管的构造和原理 栏目链接 栏目链接 1 真空中有一对平行板 A板接电源的正极 B板接电源的负极 两板间形成匀强电场 在两板间若要加速一个电子 获得最大的速度 该电子应从 释放 若板间电势差为U 电子质量为m 电荷量为q 加速后的最大速度为 B板 栏目链接 2 带电粒子质量为m 电荷量为e 以初速度v0垂直电场线进入匀强电场 由于静电力的作用 带电粒子将发生偏转 若偏转电场的极板长为l 板间距离为d 偏转电势差为U 则粒子离开电场时的偏转距离 偏转角度为 则 3 示波器的核心部件是示波管 示波管是真空管 主要由三部分组成 这三部分分别是 电子枪 偏转电极 荧光屏 栏目链接 栏目链接 考点一带电粒子的加速 1 带电粒子在电场中运动时重力的处理 1 基本粒子 如电子 质子 粒子 离子等 除有说明或明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不忽略质量 2 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 栏目链接 2 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条直线上 做匀加速 或匀减速 直线运动 其加速度为3 功能观点分析 带电粒子动能的变化量等于电场力做的功 适用于一切电场 1 若粒子的初速度为零 则mv2 qU v 2 若粒子的初速度不为零 则mv2 mv qU v 栏目链接 例1 双选 在如图所示的装置中 A B是真空中竖直放置的两块平行金属板 它们与调压电路相连 两板间的电压可以根据需要而改变 当两板间的电压为U时 质量为m 电量为 q的带电粒子 以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的虚线射入电场中 在非常接近B板处沿原路返回 在不计重力的情况下 要想使带电粒子进入电场后在A B板的中点处返回 可以采用的办法是 栏目链接 A 使带电粒子的初速度变为v0 2B 使A B板间的电压增加到2UC 使初速度v0和电压U都减小到原来的一半D 使初速度v0和电压U都增加到原来的2倍 栏目链接 解析 带电粒子进入电场后做匀减速直线运动 加速度大小为 其中d是A B板间的距离 带电粒子进入电场中的位移为 由此式可见 当v0变为原来的1 2时 位移为原来的1 4 当U变为原来的2倍时 位移为原来的1 2 当v0与U同时变为原来的1 2时 位移为原来的1 2 当v0与U同时变为原来的2倍时 位移为原来的2倍 答案 BC 栏目链接 点评 带电粒子在电场中 既可做加速运动 也可做减速运动 做减速运动时 电场力做负功 是动能转化为电势能的过程 栏目链接 练习 1 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板时的速度 下列说法正确的是 A 两板间距离越大 加速的时间就越长 获得的速率就越大B 两板间距离越小 加速度就越大 获得的速度就越大C 与两板间距离无关 仅与加速电压有关D 以上说法均不正确 栏目链接 练习 解析 由动能定理qU mv2 得v 得v与距离无关与加速电压有关 故选C 答案 C 栏目链接 例2 双选 一个带正电的微粒放在电场中 场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示 带电微粒只在电场力的作用下 在t 0时刻由静止释放 则下列说法中正确的是 A 微粒在0 1s内的加速度与1 2s内的加速度相同B 微粒将沿着一条直线运动C 微粒做往复运动D 微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同 栏目链接 解析 根据题意作出带电粒子在交变电场中运动的v t图象 如图所示 由图可知在0 1s内与1 2s内的加速度大小相等方向相反 故A错 微粒速度方向一直为正 始终沿一直线运动 B对C错 阴影部分面积为对应的第1s 第3s和第5s内的位移 故D对 答案 BD 栏目链接 考点二带电粒子的偏转 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两带电平行板产生的匀强电场中 受到恒定的与初速度方向成90 角的电场力作用而做匀变速曲线运动 2 运动的分析处理方法 应用运动的合成与分解知识 用类似平抛运动的方法分析处理 1 沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动 栏目链接 2 沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动 位移 粒子离开电场时的偏转距离 栏目链接 离开电场时的偏转角 栏目链接 例3若m q各不相同的带电粒子从静止经过同一电场加速 加速电压为U加 再进入同一偏转电场 偏转电压为U偏 则其偏移量y和偏转角 各为多少 有何特点 栏目链接 解析 经加速后的速度v0 故偏移量 与电荷的m q无关 偏转角tan 与电荷的m q无关 即偏移量y和偏转角 均与m q无关 答案 与电荷的m q无关 栏目链接 练习 2 一束电子流在经U 5000V的加速电压加速后 在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场 如图所示 若两板间距d 1 0cm 板长l 5 0cm 那么 要使电子能从平行板间飞出 两个极板上最多能加多大电压 栏目链接 解析 在加速电压一定时 偏转电压U 越大 电子在极板间的偏距就越大 当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出 此时的偏转电压 即为题目要求的最大电压 加速过程 由动能定理得 eU mv 进入偏转电场 电子在平行于板面的方向上做匀速运动 l v0t 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动 加速度 练习 栏目链接 偏距 y at2 能飞出的条件为 y 解 式得 U 即要使电子能飞出 所加电压最大为400V 答案 400V 练习 栏目链接 考点三示波管的原理 1 主要构造 电子枪 偏转电极 荧光屏 2 原理 XX 电极使电子束做横向 面向荧光屏而言 的水平匀速扫描 YY 电极使电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描 这样就在荧光屏上出现了随时间而展开的信号电压的波形 显然 这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运动合成的结果 栏目链接 例4如图所示是示波管工作原理示意图 电子经加速电压U1加速后垂直进入偏转电场 离开偏转电场时的偏转量为h 两平行板间的距离为d 电势差为U2 板长为l 为了提高示波管的灵敏度 单位偏转电压引起的偏转量 可采取哪些措施 栏目链接 解析 电子经U1加速后 设以v0的速度垂直进入偏转电场 由动能定理得 mv 0 eU1 电子在偏转电场中运动的时间t为 t 电子在偏转电场中的加速度a为 a 电子在偏转电场中的偏转量h为 h at2 由 式可得示波管的灵敏度为 可见增大l 减小U1或d均可提高示波管的灵敏度 答案 增大l 减小U1或d均可提高示波管的灵敏度 栏目链接 练习 3 2013 广东卷 喷墨打印机的简化模型如图所示 重力可忽略的墨汁微滴 经带电室带负电后 以速度v垂直匀强电场飞入极板间 最终打在纸上 则微滴在极板间电场中 A 向负极板偏转B 电势能逐渐增大C 运动轨迹是抛物线D 运动轨迹与带电量无关 栏目链接 解析 A 由于是电子 故向正极板偏转 A错 B 由于电子做正功 故电势能减少 B错误 C 由于电子在电场中做类平抛运动 轨迹为抛物线 故C正确 D 由侧向位移y at2 可知运动轨迹与带电量有关 D错误 答案 C 练习 栏目链接 例5如图所示 abcd是一个正方形盒子 cd边的中点有一个小孔e 盒子中有沿ad方向的匀强电场 一个质量为m带电量为q的粒子从a处的小孔沿ab方向以初速度v0射入盒内 并恰好从e处的小孔射出 忽略粒子重力 求 1 该带电粒子从e孔射出的