高中物理第一章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3_1

1、5.匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理1.理解匀强电场中电场强度与电势差的关系,会利用这一关系分析解决有关问题,知道沿电场线方向电势降落得最快.2.了解示波管的工作原理.3.学会处理带电粒子在电场中的加速和偏转问题.一、匀强电场中电势差与电场强度的关系1.大小关系:在匀强电场中,两点间的电势差等于电场强度与这两点间沿电场线方向的距离的乘积;电场强度的大小等于沿电场强度方向每单位距离上的电势差的大小.2.方向关系:沿电场线的方向电势越来越低且电势降落得最快.我们知道,沿电场线方向电势逐渐降低;反过来,能不能说“电势降低的方向就是电场线的方向呢?提示:不能,因为沿与电场线方向的夹角小于90

2、的任一方向电势都降低,所以电势降低的方向不一定是电场线的方向,但可以说电势降低最快的方向一定是电场线的方向.二、示波管原理1.电子在阴极射线管中的运动(如下图)电子在阴极射线管中的运动可分为三个阶段:(1)电子在阴、阳两极间的电场中加速如果在阴极射线管的阴极和阳极间加上了直流高电压,那么在阴、阳两极间就形成了由阳极指向阴极的电场,阴极中的电子受到一个由阴极指向阳极的电场力的作用,当这个电场力大到一定程度,就会有电子从原子中挣脱出来,并且在阴、阳极间电场力的作用下加速.(2)电子在偏转电极间的匀强电场中偏转由于电子在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动,所以电子在偏转电

3、极间的运动类似重力场中物体的平抛运动.(3)电子飞出平行金属板后做匀速直线运动由于当电子飞出平行金属板所形成的偏转电场后,不再受电场力的作用,因此,它保持偏转角度不变,做匀速直线运动.2.实验观察:带电粒子在电场中的偏转实验室里的示波管与上面阴极射线管的原理是一样的,只不过多了一对水平偏转电极,如下图,使用时将要观察的信号电压加在偏转电极Y1、Y2上,扫描电压(一般是由仪器自身产生的锯齿形电压)加在X1、X2上,这时在荧光屏上就会显示出加在Y1、Y2上的电压随时间变化的图形.探究一探究二对电势差与电场强度的关系的理解1.对U=Ed的理解(1)在匀强电场中,同一方向上一样间距的两点间的电势差都是

4、一样的.(2)沿电场的方向电势降低,电场强度方向是电势降落最快的方向.(3)在非匀强电场中,可用U=Ed定性分析间距相等的两点间电势差的大小关系,因为电场线密集的地方电场强度大,所以沿电场线方向的两点间电势差大.探究一探究二2.电场强度与电势差的比较 探究一探究二3.三个电场强度公式的比较 探究一探究二带电粒子在电场中的运动1.带电粒子的加速(1)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直线上,做加速(或减速)直线运动.(2)两种根本思路用牛顿运动定律和运动学公式分析:带电粒子平行电场线方向进入匀强电场,那么带电粒子做匀变速直线运动,可由电场力求得加

5、速度进而求出末速度、位移或时间.探究一探究二用功能观点分析:粒子动能的变化量等于电场力做的功. 探究一探究二2.带电粒子的偏转带电粒子以一定初速度垂直电场线方向飞入匀强电场时,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.如下图:探究一探究二(2)导出关系 探究一探究二(3)几个推论 【例题1】 如下图中A、B、C三点都在匀强电场中,ACBC,ABC=60,BC=20 cm.把一个电荷量q=10-5 C的正电荷从A移到B,电场力做功为零;从B移到C,电场力做功为-1.7310-3 J,那么该匀强电场的电场强度大小和方向是()A.865 V/m,垂直于AC向左B.865 V/m,

6、垂直于AC向右C.1 000 V/m,垂直于AB斜向上D.1 000 V/m,垂直于AB斜向下解析:把电荷q从A移到B,电场力不做功,说明A、B两点在同一等势面上,因该电场为匀强电场,等势面应为平面,故图中直线AB即为等势线,电场强度方向垂直于等势面,可见,选项A、B错误.B点电势比C点低173 V,因电场线指向电势降低的方向,所以电场强度方向必垂直于AB斜向下.电场强度大小因此选项D正确,选项C错误.应选D.答案:D公式中的“d表示的是电场中两点间(与电势差对应)沿电场强度方向的距离,或者是电场中两点所在等势面之间的距离.(2)利用“E和“U的关系确定匀强电场电场线的方向时,应先根据题意找到一个等势面,然后再根据电场线与等势面垂直并且指向电势降低的方向作出电场线,确定电场的方向.【例题2】如下图,长L=0.4 m的两平行金属板A、B竖直放置,相距d=0.02 m,两平行板间接入的恒定电压为182 V,B板接正极,一电子质量m=9.110-31 kg、电荷量e=1.610-19 C、以v0=4107 m/s的速度紧靠A板向上射入电场中,不计电子的重力.问电子能