物理：25《探究电子束在示波管中的运动》206547知识课件.ppt

1、J2459J2459学生示波器学生示波器阴极射线管结构示意图阴极射线管结构示意图2.5探究电子束在示波管中的运动探究电子束在示波管中的运动示波器的原理示波器的原理1.示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的电压信号电压信号锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移一。示波器的原理一。示波器的原理二二.带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析

2、用动能定理分析00v?tvUE1（加速电压）（加速电压）如图所示，如图所示，在真空中有一对平行在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，金属板，由于接上电池组而带电，两板间的电势差为两板间的电势差为U。若一个质。若一个质量为量为m，带负电荷，带负电荷q的电子，在的电子，在静电力作用下由负极板向正极板静电力作用下由负极板向正极板运动，计算它到达正极板时的速运动，计算它到达正极板时的速度多大？度多大？3 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类：电场中的带电粒子一般可分为两类：1 1、带电

3、的基本粒子：如电子，质子，、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。（但并不能忽略质量）。2 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。带电粒子在匀强电场中带电粒子在匀强电场中运动情况：运动情况：受到恒定的电场力受到恒定的电场力受力情况：受力情况：做匀变速运动做匀

4、变速运动二二.带电粒子在电场中的加速带电粒子在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用动能定理分析00v?tvUE1（加速电压）（加速电压）如图所示，如图所示，在真空中有一对平行在真空中有一对平行金属板，由于接上电池组而带电，金属板，由于接上电池组而带电，两板间的电势差为两板间的电势差为U。若一个质。若一个质量为量为m，带负电荷，带负电荷q的电子，在的电子，在静电力作用下由负极板向正极板静电力作用下由负极板向正极板运动，计算它到达正极板时的速运动，计算它到达正极板时的速度多大？度多大？qUm_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析:水平向右的电场

5、力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析:初速度为零，加速度初速度为零，加速度为为a=qU/mda=qU/md的向右的向右匀匀加速直线运动加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用能量知识求解解法二运用能量知识求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度与加速电压有关粒子加速后的速度与加速电压有关思考题思考题 如两极板间不是匀强电场该用何种如两极板间不是匀强电场该用何种方法求解？为什么？如果初速度不为方法求解？为什么？如果初速度不为零又如何求解？零又如何求解？由于电场力做功与场强

6、是由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！无关，第二种方法仍适用！结论：结论：由于电场力做功与场强是否由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的以在处理电场对带电粒子的加速加速问问题时，一般都是利用题时，一般都是利用动能定理动能定理进行进行处理。处理。ld+-+Uv0q、m三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 ld+-+Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角侧移侧移三三.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识，推导偏移量试根据类平抛

7、运动的知识，推导偏移量 y和偏转角和偏转角1 1、运动状态分析：、运动状态分析：带电粒子以速度带电粒子以速度V V0 0垂直于电垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场时，若只受电场力作的匀强电场时，若只受电场力作用，做匀变速曲线运动。用，做匀变速曲线运动。2 2、偏转问题的分析处理方法：、偏转问题的分析处理方法：（类似平抛运动分析方法）（类似平抛运动分析方法）（1 1）沿初速度方向是速度为）沿初速度方向是速度为V V0 0的匀速直线运动；的匀速直线运动；（2 2）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。）沿电场力方向是初速度为零的匀加速直线运动。mFa m

8、qEmdqU0vlt 221aty dmvqUl2022类平抛运动与粒子比荷与粒子比荷q/m成正比成正比与粒子初速度与粒子初速度v0平方成反比平方成反比与电场的属性与电场的属性U、l、d有关有关3。带电粒子的偏转：侧移距离mFa mqEmdqU0vlt atvydmvqUl0与粒子比荷与粒子比荷q/m成正比成正比与粒子初速度与粒子初速度v0平方成反比平方成反比与电场的属性与电场的属性U、l、d有关有关0tanvvydmvqUl20类平抛运动4.带电粒子的偏转：（偏转角）1.1.加速度加速度:2.2.飞行时间飞行时间:3.3.侧移距离侧移距离:4.4.偏转角偏转角:5.出射速度出射速度:带电粒子

9、的偏转带电粒子的偏转类平抛运动类平抛运动结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个匀强电场的问题就是一个类平抛类平抛的问题。的问题。粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀初速为零的匀加速运动加速运动 L LmqUv102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU四、四、加速和偏转一体加速和偏转一体+-v vv v0 0v vy y+_U1U2v v0 0-qmy 例：例：一束电子流经一束电子流经 U=50

10、00V 的电压的电压加速后，在距两极板等间距处垂直进入加速后，在距两极板等间距处垂直进入平行板间的匀强电场中，若两板间距平行板间的匀强电场中，若两板间距 d=1.0cm，板长，板长 l=5.0cm，那么，要使电，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个板之间的电子能从平行板间飞出，两个板之间的电压最多能加多少？压最多能加多少？课堂小结：课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动类似平抛运动的分析方法的分析方法粒子在与电场垂直

11、的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动下列粒子由静止经加速电压下列粒子由静止经加速电压 为为U U的电场加速后，的电场加速后，哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大 （）哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大 （）A A、质子、质子 B B、电子、电子C C、氘核、氘核 DD、氦核、氦核 强化练习强化练习mqUv2qUmvEk221与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比D DB如图所示，如图所示，MM、N N是在真空中竖直放置的两块是在真空中竖直放置的两块平行金属板，

12、质量为平行金属板，质量为mm、电量为、电量为+q+q的质子，以极的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当小的初速度由小孔进入电场，当MM、N N间电压为间电压为U U时，粒子到达时，粒子到达N N板的速度为板的速度为v，如果要使这个带，如果要使这个带电粒子到达电粒子到达N N板的速度为板的速度为2 2v ，则下述方法能满足，则下述方法能满足要求的是（要求的是（）A A、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为4U 4U C C、使、使MM、N N间电压不变，距离减半间电压不变，距离减半 DD、使、使MM、N N间电压不变，距离加倍

13、间电压不变，距离加倍 MMN NU Ud d+mqUv2v与与电压平方电压平方根根成正比成正比B强化练习强化练习如图所示的电场中有如图所示的电场中有A A、B B两点，两点，A A、B B的电势的电势差差U UABAB100V100V，一个质量为，一个质量为m=2.0m=2.01010-12-12kgkg、电量为电量为q=-5.0q=-5.01010-8-8C C的带电粒子，以初速度的带电粒子，以初速度v0=3.0=3.010103 3m/sm/s由由A A点运动到点运动到B B点，求粒子到达点，求粒子到达B B点时的速率。（不计粒子重力）点时的速率。（不计粒子重力）A A-v0B BABAB

14、qUW2022121mvmvWAB202vmqUvABsm/10232022121mvmvqUABq为为负负强化练习强化练习dmvqUl20tan强化练习强化练习tandmvqUl20dmvqUly2022与与电量电量成正比成正比与与电量电量成正比成正比2:12:1强化练习强化练习 强化练习强化练习析与解析与解dmvqUly2022bcyy 而bcvv000vlt 又bayy ball 而bavv00qEyWEkkckbkaEEEbctt 221aty 又batt 强化练习强化练习7 7、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止的加速电场中由静止开始加速，然后射

15、入电势差为开始加速，然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角角 变大的是变大的是 A A、U U1 1变大、变大、U U2 2变大变大 B B、U U1 1变小、变小、U U2 2变大变大C C、U U1 1变大、变大、U U2 2变小变小 DD、U U1 1变小、变小、U U2 2变小变小强化练习强化练习20121

16、mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析与解析与解对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：dUlU122与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关dUlUy1224ydUlU1224与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关强化练习强化练习 dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx强化练习强化练习1010、如图所示，有一电子、如图所示，有一电子(电量为电量为e e、质量为、质量为m)m)经电压经电压U U0 0加速后，沿平行金属板加速后，沿平行金

17、属板A A、B B中中心线进入两板，心线进入两板，A A、B B板间距为板间距为d d、长度为、长度为L L，A A、B B板间电压为板间电压为U U，屏，屏CDCD足够大，距离足够大，距离A A、B B板右边缘板右边缘2L2L，ABAB板的中心线过屏板的中心线过屏CDCD的中的中心且与屏心且与屏CDCD垂直。试求电子束打在屏上的垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。位置到屏中心间的距离。强化练习强化练习析与解析与解电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：tan)22(llydUUl0245 y对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：200

18、21mveU 0202eUmvdUUl02tan1111、质量为、质量为1 11010-25-25kgkg、电量为、电量为1 11010-16-16C C的带电粒子以的带电粒子以2 210106 6m/sm/s速度从水平放置的速度从水平放置的平行金属板平行金属板A A、B B中央沿水平方向飞入板间，中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长如图所示。已知板长L L10cm10cm，间距，间距d d2cm2cm，当，当ABAB间电压在间电压在 范围内时，范围内时，此带电粒子能从板间飞出。此带电粒子能从板间飞出。v0+-强化练习强化练习v0+-2d2/ltanlddmvqUl202220qldmv

19、U V160析与解析与解对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：2/2/ld或对偏转过程由侧移公式：或对偏转过程由侧移公式：ydmvqUl20222d2220qldmvU V160 如图所示，如图所示，A A、B B为两块竖直放置为两块竖直放置的平行金属板，的平行金属板，G G是静电计，电键是静电计，电键K K合合上后，静电计指针张开一个角度。下上后，静电计指针张开一个角度。下述哪些做法可使指针张角增大？述哪些做法可使指针张角增大？()()A A、使、使A A、B B两板靠近些；两板靠近些；B B、使、使A A、B B两板正对面积错开些；两板正对面积错开些；C C、断开、断开K

20、 K后，使后，使B B板向右平移拉开一些；板向右平移拉开一些；D D、断开、断开K K后，使后，使A A、B B正对面错开些。正对面错开些。CDCD例例1例例2 平行板电容器下板接地，两板平行板电容器下板接地，两板与电源相连，与电源相连，b b为正中央的点，将为正中央的点，将不带电的厚金属板插入两板正中间不带电的厚金属板插入两板正中间的如图所示位置后，的如图所示位置后，a a、b b、c c三点三点场强及电势变化情况为：场强及电势变化情况为：()()A A、E=E E=E 且均增大，且均增大，E E减为零；减为零；B B、U U U U U U ，且三点电势均减小；，且三点电势均减小；C C、

21、E=E E=E 且不变，且不变，E E减为零；减为零；D D、U U U U U U ，且，且U U减小，减小，U U 不变，不变，U U 增大增大。AD 如图所示，在平行板电容器如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。正中有一个带电微粒。K K闭合时，闭合时，该微粒恰好能保持静止。在保该微粒恰好能保持静止。在保持持K K闭合；充电后将闭合；充电后将K K断开；两断开；两种情况下，各用什么方法能使该种情况下，各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板？带电微粒向上运动打到上极板？A.A.上移上极板上移上极板M M B.B.上移下极板上移下极板N N C.C.左移上极板左移上极板M M D

22、.D.把下极板把下极板N N接地接地 K KM MN N答案：选答案：选B B，选，选C C。例例3 传感器是把非电学里（如速度、传感器是把非电学里（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学里温度、压力等）的变化转换成电学里变化的一种测定液面高度的电容式传变化的一种测定液面高度的电容式传感器的示意图，金属芯线与导电液体感器的示意图，金属芯线与导电液体形成一个电容器，从电容形成一个电容器，从电容C大小的变大小的变化就能反映液面的升降情况，两者的化就能反映液面的升降情况，两者的关系是（关系是（）AC增大表示增大表示h增大增大 BC增大表示增大表示h减小减小 CC减小表示减小表示h减小减小 DC减小表

23、示减小表示h增大增大导电液体金属芯线电介质AC 例例4AB B121241122121mqmqvv211121vmUqAB222221vmUqAB 练习一练习一：A板的电势板的电势UA0，B板的电势板的电势UB随时间的变化规律如图所示。则随时间的变化规律如图所示。则()A.若电子是在若电子是在t0时刻进入的，它时刻进入的，它将一直向将一直向B板运动板运动B.若电子是在若电子是在tT/8时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板运动，时而向板运动，时而向A板板运动运动,最后打在最后打在B板上板上C.若电子是在若电子是在t3T/8时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板运动，

24、时而向板运动，时而向A板板运动运动,最后打在最后打在B板上板上 D.若电子是在若电子是在tT/2时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板、时而向板、时而向A板运动板运动t/s UB/v0U0-U0BAABuOU-UtAB2)2)(21TmdqUd 122qUdfmfT1练习练习 二二：例例6 电子在电势差为电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始的加速电场中由静止开始运动运动,然后射入电势差为然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电的两块平行极板间的电场中场中,入射方向跟极板平行入射方向跟极板平行.整个装置处在真空中整个装置处在真空中,重力可忽略重力可忽略.在满足电子能射出平行板区的条件下在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况中下述四种情况中,一定能使电子的偏转角一定能使电子的偏转角变大的变大的是是()AU1变大、变大、U2变大变大 BU1变小、变小、U2变大变大 CU1变大、变大、U2变小变小 DU1变小、变小、U2变小变小Bhv020)(21vLmdeUh 2022mdveLUh先找到物理量表达式先看常量后看变量先定性判断后定量计算