物理：16_示波器的奥秘_课件(粤教版选修3-1)

1、第六节第六节示波器的奥秘示波器的奥秘 课标定位课标定位 学习目标：学习目标：1.掌握带电粒子在电场中加速和偏掌握带电粒子在电场中加速和偏 转所遵循的规律转所遵循的规律 2知道示波管的主要构造和工作原理知道示波管的主要构造和工作原理 重点难点：应用动力学的观点和功能关系来分重点难点：应用动力学的观点和功能关系来分 析带电粒子在电场中加速和偏转问题析带电粒子在电场中加速和偏转问题 一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速 如图如图161，质量为，质量为m，带正电，带正电q的粒子，在的粒子，在 电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动 的过程中的过程中 图图1

2、61 qU 动能定理动能定理 思考感悟思考感悟 1上述两平行金属板间为匀强电场，带电粒上述两平行金属板间为匀强电场，带电粒 子在板间运动时的加速度为多少？子在板间运动时的加速度为多少？ 匀加速匀加速 匀速匀速 lv0t 思考感悟思考感悟 2带电粒子在电场中的运动是直线还是曲线带电粒子在电场中的运动是直线还是曲线 与哪些因素有关呢？与哪些因素有关呢？ 提示：提示：在匀强电场中，只受电场力作用时，若在匀强电场中，只受电场力作用时，若 v00为直线运动；若为直线运动；若v00，但，但v0与电场力在与电场力在 一条直线上，做直线运动；有夹角则做曲线运一条直线上，做直线运动；有夹角则做曲线运 动；若垂直

3、则做类平抛运动非匀强电场中较动；若垂直则做类平抛运动非匀强电场中较 为复杂，例如在点电荷的电场中可做匀速圆周为复杂，例如在点电荷的电场中可做匀速圆周 运动运动 三、示波器探秘三、示波器探秘 1如图如图162所示为示波管的结构图所示为示波管的结构图 图图162 1灯丝灯丝2.阴极阴极3.控制极控制极4.第一阳极第一阳极5. 第二阳极第二阳极6.第三阳极第三阳极7._ 偏转系统偏转系统 8._ 偏转系统偏转系统9.荧光屏荧光屏 2原理：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发原理：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发 射电子电子经阳极和阴极间的射电子电子经阳极和阴极间的_加加 速聚集形成一个很细的电子束射出，电子

4、打在速聚集形成一个很细的电子束射出，电子打在 管底和荧光屏上，形成一个小亮班亮斑在荧管底和荧光屏上，形成一个小亮班亮斑在荧 光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平 偏转极上的偏转极上的_大小来控制如果加在大小来控制如果加在 竖直极板上的竖直极板上的_是随时间正弦变化的信是随时间正弦变化的信 号 ， 并 在 水 平 偏 转 板 上 加 上 适 当 的号 ， 并 在 水 平 偏 转 板 上 加 上 适 当 的 _，荧光屏上就会显示出一条正弦，荧光屏上就会显示出一条正弦 曲线曲线 竖直竖直 水平水平 电场电场 电压电压 电压电压 偏转电压偏转电压 一、带电粒

5、子的加速一、带电粒子的加速 1带电粒子的分类带电粒子的分类 (1)基本粒子基本粒子 如电子、质子、如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有明粒子、离子等除有说明或有明 确的暗示以外，一般都不考虑重力确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略但并不忽略 质量质量) (2)带电微粒带电微粒 如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明如液滴、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确的暗示以外，一般都不能忽略重力 2带电粒子的加速带电粒子的加速 当带电粒子以平行电场的方向进入电场后，所当带电粒子以平行电场的方向进入电场后，所 受电场力与其运动方向共线，在不计其他受力受电场力

6、与其运动方向共线，在不计其他受力 的情况下，带电粒子做匀加的情况下，带电粒子做匀加(减减)速直线运动，电速直线运动，电 场力与速度方向相同时，带电粒子做匀加速直场力与速度方向相同时，带电粒子做匀加速直 线运动，示波器、电视显像管中的电子枪，回线运动，示波器、电视显像管中的电子枪，回 旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的旋加速器都是利用电场对带电粒子加速的 3处理方法处理方法 可以从动力学和功能关系两个角度进行分析，可以从动力学和功能关系两个角度进行分析， 其比较如下：其比较如下： 两个角度两个角度 内容内容 动力学角度动力学角度功能关系角度功能关系角度 涉及知识涉及知识 应用牛顿第应用牛顿第

7、二定律结合二定律结合 匀变速直线匀变速直线 运动公式运动公式 功的公式及动能定功的公式及动能定 理理 选择条件选择条件 匀强电场，匀强电场， 电场力是恒电场力是恒 力力 可以是匀强电场，可以是匀强电场， 也可以是非匀强电也可以是非匀强电 场，电场力可以是场，电场力可以是 恒力，也可以是变恒力，也可以是变 力力 特别提醒：特别提醒：(1)对带电粒子进行受力分析、运动对带电粒子进行受力分析、运动 特点分析、力做功情况分析是选择规律解题的特点分析、力做功情况分析是选择规律解题的 关键关键 (2)选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑，选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑， 应用功能关系列式简单、方

8、便，不易出错应用功能关系列式简单、方便，不易出错 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 1(双选双选)如图如图163所示，电量和质量都相所示，电量和质量都相 同的带正电粒子以不同的初速度通过同的带正电粒子以不同的初速度通过A、B两两 板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则 () 图图163 A它们通过加速电场所需的时间相等它们通过加速电场所需的时间相等 B它们通过加速电场过程中动能的增量相等它们通过加速电场过程中动能的增量相等 C它们通过加速电场过程中速度的增量相等它们通过加速电场过程中速度的增量相等 D它们通过加速电场过程中电势能

9、的减少量它们通过加速电场过程中电势能的减少量 相等相等 解析：解析：选选BD.由于电量和质量都相等，因此产由于电量和质量都相等，因此产 生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过生的加速度相等，初速度越大的带电粒子经过 电场所用时间越短，加速时间越短，则速度的电场所用时间越短，加速时间越短，则速度的 变化量越小；由于电场力做功变化量越小；由于电场力做功WqU与初速与初速 度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功度及时间无关，因此电场力对各带电粒子做功 相等，则它们通过加速电场过程中电势能的减相等，则它们通过加速电场过程中电势能的减 少量相等，动能增加量也相等少量相等，动能增加量也相等 二、带电粒

10、子的偏转二、带电粒子的偏转 如图如图164所示，带电粒子以初速度所示，带电粒子以初速度v0垂直垂直 电场线进入匀强电场，电场线进入匀强电场， 图图164 特别提醒：特别提醒：(1)该类运动与之前所学的平抛运动该类运动与之前所学的平抛运动 处理方法相似，两种运动重要的区别是加速度处理方法相似，两种运动重要的区别是加速度 的不同的不同 (2)对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择对带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择 动能定理求解，但只能求出速度大小，不能求动能定理求解，但只能求出速度大小，不能求 出速度方向，涉及到方向问题，必须采用把运出速度方向，涉及到方向问题，必须采用把运 动分解的方法动分解

11、的方法 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 2(单选单选)一束带电粒子以相同的速率从同一位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都具有相同的质量都具有相同的质量 B都具有相同的电荷量都具有相同的电荷量 C电荷量与质量之比都相同电荷量与质量之比都相同 D都是同位素都是同位素 课堂互动讲练课堂互动讲练 带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速 图图165 【答案】【答案】D 【方法总结】【方法总结】用能量观点分析问

12、题是解决问用能量观点分析问题是解决问 题主要方法之一，要把功能关系和物体运动分题主要方法之一，要把功能关系和物体运动分 析和受力分析结合起来，能够达到事半功倍的析和受力分析结合起来，能够达到事半功倍的 效果效果 一束电子流在经一束电子流在经U5000 V的加速电场加的加速电场加 速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的 匀强电场，如图匀强电场，如图166所示，若两板间距所示，若两板间距d 1.0 cm，板长，板长l5.0 cm，那么，要使电子能从，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？平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？ 带

13、电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 图图166 【答案】【答案】400 V 变式训练变式训练 如图如图167所示，真空中一束电子流，以一所示，真空中一束电子流，以一 定速度定速度v0沿着与场强垂直方向自沿着与场强垂直方向自O点正下方进点正下方进 入匀强电场，入匀强电场，OAABBC，过，过A、B、C三三 点作竖直线与电子轨迹交于点作竖直线与电子轨迹交于M、N、P三点，三点， 则电子在则电子在OM、MN、NP三段中动能增加量三段中动能增加量 Ek1Ek2Ek3_. 图图167 解析：解析：根据动能定理，根据动能定理，Ek等于每段中电场力做等于每段中电场力做 的功因电场力相同，所以的功因电

14、场力相同，所以Eks(位移位移) 又又OA、AB、BC相等，即相等，即tOMtMNtNP 所以所以sOMsMNsNP135(电场力方向上的电场力方向上的 位移位移) 所以所以Ek1Ek2Ek3135. 答案：答案：135 (2011年湛江高二测试年湛江高二测试)喷墨打印机的结构喷墨打印机的结构 简图如图简图如图168所示，其中墨盒可以发出墨汁所示，其中墨盒可以发出墨汁 微滴，其半径为微滴，其半径为110 5m，此微滴经过带电室 ，此微滴经过带电室 时被带上负电，带电的多少由计算机按字体笔画时被带上负电，带电的多少由计算机按字体笔画 高低位置输入信号加以控制，带电后的微粒以一高低位置输入信号加以

15、控制，带电后的微粒以一 定的水平初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏定的水平初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏 转电场发生偏转后，打到纸上，显示出字体，无转电场发生偏转后，打到纸上，显示出字体，无 信号输入时，墨汁微滴不带电，信号输入时，墨汁微滴不带电， 带电粒子在电场中的运动与实际带电粒子在电场中的运动与实际 应用应用 径直通过偏转电场而注入回流槽流回墨盒设径直通过偏转电场而注入回流槽流回墨盒设 偏转极板长为偏转极板长为l1.6 cm，两板间的距离为，两板间的距离为d 0.50 cm，偏转板的右端距纸，偏转板的右端距纸L3.2 cm，若，若 一个墨汁微滴的质量为一个墨汁微滴的质量为1.610

16、10kg，以 ，以20 m/s的初速度垂直于电场方向进入偏转电场，的初速度垂直于电场方向进入偏转电场， 两偏转板间的电压是两偏转板间的电压是8.0103 V，若墨汁微滴，若墨汁微滴 打到纸上的点距原射入方向的距离是打到纸上的点距原射入方向的距离是2.0 mm， 求这个墨汁微滴过带电室所带的电荷量求这个墨汁微滴过带电室所带的电荷量(不计不计 空气阻力和重力，可以认为偏转电场只局限在空气阻力和重力，可以认为偏转电场只局限在 平行板电容器内部，忽略边缘电场的不均匀平行板电容器内部，忽略边缘电场的不均匀 性性)为了使纸上的字体放大为了使纸上的字体放大10%，请你分析，请你分析 一个可行的方法一个可行的方法。 图图168 【精讲精析】【精讲精析】从偏转极板间射出后，微滴做匀从偏转极板间射出后，微滴做匀 速直线运动，其反向延长线交于极板中点，可速直线运动，其反向延长线交于极板中点，可 求解微滴打到纸上点距原入射方向距离的表达求解微滴打到纸上点距原入射方向距离的表达 式，即可分析得出可行的办法式，即可分析得出可行的办法 设带电微滴的电荷量为设带电微滴的电荷量为q，进入电场后微滴的竖，进入电场后微滴的竖 直