2017-2018学年高中物理第一章电场第六节示波器的奥秘教学案粤教版选修3-1

1、第六节示波器的奥秘广 1.带电粒子仅在电场力作用下加速时，可根据动 能定理求速度。2. 带电粒子以速度vo垂直进入匀强电场时，如 果仅受电场力，则做类平抛运动。3. 示波管利用了带电粒子在电场中的加速和偏转原理。如图 1-6-1 所示，质量为m带正电q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的过程中。 带电粒子在非匀强电场中加速，上述结果仍适用。二、带电粒子的偏转带电粒子的初速度与电场方向垂直，粒子的运动类似物体的平抛运动，则它在垂直电场 线方向上做匀速直线运动，在沿电场线方向上做初速为零的匀加速直线运动。三、示波器探秘1.结构如图 1-6-2 所示为示波管的结构图。课前自上学习基

2、稳才能楼高、带电粒子的加速电场力对它做的功W qUo(2)带电粒子到达负极板速率为v,它的动能为根据动能2qUm。1 UI图 1-6-1可解出v=26.第三阳极 7.竖直偏转系统 8.水平偏转系统 9.荧光屏图 1-6-22原理发射电子：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子。(2)形成亮斑：电子经过电场加速聚焦后形成一很细的电子束射出，电子打在荧光屏上-形成一个小亮斑。(3)控制位置：亮斑在荧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电压大小来控制。1.自主思考一一判一判(1) 基本带电粒子在电场中不受重力。(x)(2) 带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能一定增加。(X)(3) 带电

3、粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变。(X)(4) 带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动。(V)(5) 示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束发生偏转，打在荧光屏的不同位置。(V)(6) 示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹。(X)2.合作探究一一议一议(1)带电粒子在电场中运动时，什么情况下重力可以忽略？提示：当带电粒子的重力远小于静电力时，粒子的重力就可以忽略。微观带电粒子，如电子、质子、离子、a粒子等除有说明或明确暗示外，处理问题时均不计重力。而带电的液滴、小球等除有说明或明确暗示外，处理问题时均应考虑重力。(2)如图 1-6-

4、3 所示，带电粒子(不计重力)从两板中间垂直电场线方向进入电场，在电场中的运动时间与什么因素有关?1.灯丝2.阴极3图 1-6-3提示：若能离开电场，则与板的长度L和初速度Vo有关；若打在极板上，则与电场强+ + +4度E和板间距离有关。(3) 当示波管的偏转电极没有加电压时，电子束将打在荧光屏什么位置？提示：偏转电极不加电压，电子束沿直线运动、打在荧光屏中心，形成一个亮斑。带电粒子的加速问题宅通知识1.带电粒子的加速当带电粒子以很小的速度进入电场中，在静电力作用下做加速运动，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。2.处理方法可以从动力学和功能关系两个角度进行分

5、析，其比较如下:动力学角度功能关系角度涉及知识应用牛顿第二定律结合匀变速直线 运动分式功的公式及动能定理选择条件匀强电场，静电力是恒力可以是匀强电场，也可以是非匀强电场，电场力可以是恒力，也可以是变力6通题组1.如图 1-6-4 所示，电子由静止开始从A板向B板运动，到达B板时的速度为V,保持两板间的电压不变，则()-d-图 1-6-4A.当增大两板间的距离时，速度v 增大B.当减小两板间的距离时，速度v 减小C.当减小两板间的距离时，速度v 不变D.当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长12解析：选 C 由动能定理得eU= 2mV当改变两板间的距离时，课堂讲练设计举一能通娄题v=V

6、=貴得t=号,当d考点一5选项AB 错误，C 正确；电子做初速度为零的匀加速直线运动,62.（多选）如图 1-6-5 所示，从F处释放一个无初速度的电子向对电子运动的描述中正确的是（设电源电压为U）（）1)前的运动，C 错误，D 正确。3.如图 1-6-6 所示，一个质子以初速度V0= 5x106m/s 水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。 两板距离为 20 cm 设金属板之间电场是匀强电场，电场强度为 3x105一27kg，电荷量q= 1.60 x10-19C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。而W Ep1-Ep0=qEd一195=1.60 x10 x3x10 x0.2 J减小时，

7、V不变，电子在板间运动的时间变短，故选项D 错误。B板方向运动，则下列A. 电子到达B板时的动能是eUB. 电子从B板到达C板动能变化量为零C. 电子到达D板时动能是 3eUD. 电子在A板和D板之间做往复运动A 正确；因 电势差为 0，故电子从B板到达C板的过程中动能变化量为零， B 正确；电子由 程中电场力做负功大小为eU,故电子到达D板时速度为零，然后又返回A板,解析：选 ABD 由eU= E0)，所以粒子带负电。(2)当qEmg时，带电粒子向上偏，从右上边缘M点飞出，设此时 $A=$1,因为$B=0，所以UAB=$1,静电力和重力都沿竖直方向，粒子在水平方向做匀速直线运动，速度Vx=V

8、o。在竖直方向上a=g,偏移位移y=?,所以at2,md2222肿mv d+mgd联立解得 $1=-2= 2 600 V。ql当qEvmg时，带电粒子向下偏转，设$A=$2,则竖直方向a=g ，同理可得md一$2= 600 V，故欲使粒子射出偏转电场，A板电势的范围为一 6002 600 V。答案：(1)2X10 代 C 带负电(2) 6002 600 VAF -V带电粒子在交变电场中的运动典例在如图 1-6-12 所示的平行金属板A、B上分别加如图 1-6-13 甲、乙所示的两 种电压，开始B板的电势比A板高。在电场力作用下原来静止在两板中间的电子开始运动。若两板间距足够大，且不计重力，试分

9、析电子在两种交变电压作用下的运动情况，并画出相应的v-t图像。解析：(1)当UAB= 1 000 V 时，重力跟静电力相等，粒子才沿初速度V0方向做匀速直LAB故q_d=mgq=罟 2X10 -9C；14度为零的匀加速运动。度为零的正向匀减速直线运动，然后周期性地重复前面的运动，其速度图线如图（1）所示。（2）对于图乙，在 0做类似（1）0T的运动，扌T电子做反向先匀加速、后匀减速、末速度为零的直线运动。然后周期性地重复前面的运动，其速度图线如图（2）所示。答案见解析带电粒子在交变电场中的运动可以是单向直线运动，也可以是往复周期性运动， 与运动的开始时刻有关系，一般分析一个周期内的运动，一个周

10、期以后重复第一个周期内的运动形 式。6通题组1.（多选）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1-6-14所示。带电微粒只在电场力的作用下由静止开始运动，则下列说法中正确的是（）图 1-6-14A. 微粒在 01 s 内的加速度与 12 s 内的加速度相同B. 微粒将沿着一条直线运动C.微粒做往复运动解析t= 0 时,图 1-6-13B板电势比A板高，在电场力作用下，电子向B板（设为正向）做初速（1）对于图甲，在o1T电子做初速度为零的正向匀加速直线运动,2 丁T电子做末速图1-6-12乙/(VTHL)15D.微粒在第 1 s 内的位移与第 3 s 内的位移相同解析：选

11、BD 01 s 和 12 s 微粒的加速度大小相等，方向相反，A 错；01 s 和 12 s 微粒分别做匀加速直线运动和匀减速直线运动，根据这两段运动的对称性，12 s 的末速度为 0,所以每个 1 s 内的位移均相同且 2 s 以后的运动重复 02 s 的运动，是单向直 线运动，B D 正确，C 错误。2.如图 1-6-15（a）所示，两平行正对的金属板C.3Tt0T4解析：选 B 若to= 0 时刻释放粒子，则粒子做方向不变的单向直线运动，一直向动；若t0=T时刻释放粒子，则粒子在电场中固定两点间做往复运动，所以在9TTt0 9 时间内释放粒子，都最终将打在B板上，因此选项 A、D 错误。

12、若t0=时刻释放粒82厶3T子，则粒子一直向A运动；若t0=时刻释放粒子，则粒子在电场中固定两点间做往复运动，4T3T、一一因此在t0时间内释放该粒子，粒子的运动满足题意的要求，选项2 4、.）时间内释放粒子，它将在 相同，故选项 C 错误。课后层级训练，步歩提升能力一、基础题熟1.（多选）示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图1所示。如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的（）A、B间加有如图（b）所示的交变电压,一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处。若在t0时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上。则t。可能属于的时

13、间段是TA. 0t0-4T3TB.-t0249TD. Tt08B 正确。若乎t0T45TTvt0 内的某个确定时刻减速到零，之后的运动情况与选项40t0 4 和T16在XX方向上向X方向偏转，X带正电，A 对 B 错；在YY方向上向Y方向偏转，Y带正电，C 对 D 错。2.（多选）如图 2 所示，M N是真空中的两块平行金属板，质量为m电荷量为q的带电粒子，以初速度V。由小孔进入电场，当M N间电压为U时，粒子恰好能到达N板，如果1要使这个带电粒子到达M N板间距的后返回，下列措施中能满足要求的是（不计带电粒子的重力）（）MN图 21A.使初速度减为原来的B.使M N间电压加倍C.使M N间电

14、压提高到原来的 4 倍1D.使初速度和M N间电压都减为原来的因为qE=qU，所以qEI=qd- I= *mv3 4.通过分析知 B、D 选项正确。32解析：选 BD 由qEI= 2mv,A.极板X应带正电C.极板 Y 应带正电B.极板X应带正电D.极板 Y应带正电解析：选 AC 由题意可知,变为 2 ；图 1当V0变为17后，分别抵达B、C两点，若AB= BC则它们带电荷量之比q1：q2等于（）3.如图 3 所示，质量相等的两个带电液滴1 和 2 从水平方向的匀强电场中0点自由释放18A. 1 : 2C. 1 ：2解析：选 B 竖直方向有h=；gt2，水平方向有I=qEt2，联立可得q=雪1

15、,所以有-1=22mEhq221 B 对。4.一束正离子以相同的速率从同一位置，沿垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有离偏转距离y也应相同，已知E、I、vo是相同的，所以应有q相同。m心5.（多选）两个共轴的半圆柱形电极间的缝隙中，存在一沿半径方向的电场，如图4 所示。带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场，沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出，由此可知（不计粒子重力）（）B. 若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的动能一定相等C. 若入射粒子的电荷量与质量之比相等，贝 U 出射粒子的速率一定相等D.若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的动能一定相等解析：选 BC 由题图可知，

16、该粒子在电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力qE=V mV12qm得r= ,r、E为定值，若q相等则；mv定相等；若-相等，则速率v一定相等，故 Br qE=2mC 正确。6.（多选）喷墨打印机的简化模型如图 5 所示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负B. 2 ： 1D. 2 : 1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C.具有相同的荷质比解析：选C由偏转距离 y=m v2B.都具有相同的电荷量D.都是同一元素的同位素可知，若运动轨迹相同，则水平位移相同,2mv图 3A. 若19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20信号输入解析：选 AC 由于微滴带负电，电场方向向下，因此微滴受到的电场力方向向上，微滴向正极板偏转，A 项正确；偏转过程中电场力做正功，根据电场力做功与电势能变化的关系，电势能减小，B 项错误；微滴在垂直于电场方向做匀速直线运动，位移A.向正极板偏转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x=vt，沿电场反方向做初速度为零的匀加速直线运动，位移y=确；从式中可以看出，运动轨迹与带电荷量q有关，D 项错误。二、易错题窗明7.个动能为 E的带电粒子，垂直于电场线方向飞入平行金属板中，飞出平行板时动能为 2 丘。如果使这个带电粒