1、第2章 电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动物理观念：1.了解带电粒子在电场中只受电场力偏转时的运动规律.2.知道示波管的主要构造和工作原理.科学思维：能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型.学科素养与目标要求NEIRONGSUOYIN内容索引知识探究知识探究 新知探究 点点落实达标检测达标检测 当堂检测 巩固反馈知识探究如图1所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m、带电荷量为q的粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板A向负极板B运动.(1)比较粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(粒子质量是质子质量的4倍，即m41.6
2、71027 kg，电荷量是质子的2倍).一、带电粒子的加速一、带电粒子的加速图1答案粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力.(2)粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？答案粒子的加速度为a .在电场中做初速度为0的匀加速直线运动.(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示，尝试用不同的方法求解)答案方法1利用动能定理求解.方法2利用牛顿运动定律结合运动学公式求解.设粒子到达负极板时所用时间为t，vat要点总结1.带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、粒子、离子等基本粒子，一般都 重力.(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等
3、，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都 忽略重力.2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)利用牛顿第二定律Fma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动.(2)利用动能定理：qU .若初速度为零，则qU ，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用.不考虑不能典型例题例例1 1如图2所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是图2针对训练针对训练1 1(2017盐城市第三中学期中)如图3所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板
4、时的时间和速率，下列说法正确的是A.两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小B.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小C.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变D.两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变图3解析由于两极板之间的电压不变，由此可见，两极板间距越小，加速度越大，电子在电场中一直做匀加速直线运动，由此可见，两极板间距越小，加速时间越短，所以电子到达B板时的速率与两极板间距无关，仅与加速电压U有关，故C正确，A、B、D错误.如图4所示，电子经电子枪阴极与阳极之间电场的加速，然后进入偏转电极YY之间.(1)若已知电子电荷量为q，质量为m，偏转极板的长度为l，
5、两板距离为d，偏转电极间电压为U，电子进入偏转电场时的初速度为v0.电子在偏转电场中做什么运动？二、带电粒子的偏转二、带电粒子的偏转图4答案电子受电场力作用，其方向和初速度v0方向垂直，所以电子水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，其实际运动类似于平抛运动.求电子在偏转电场中运动的时间和加速度.求电子离开电场时，速度方向与初速度方向夹角的正切值.求电子在偏转电场中沿电场方向的偏移量y.(2)若已知加速电场的电压为U，请进一步表示tan 和y.(3)如果再已知偏转电极YY与荧光屏的距离为L，则电子打在荧光屏上的亮斑在垂直于极板方向上的偏移量y是多大？方法二：yyvyt方法
6、三：利用从偏转电场射出时的速度vy方向的反向延长线与初速度v0的交点位于 处(如图所示)要点总结1.运动状态分析：(1)粒子在v0方向上做 运动.(2)粒子在垂直于v0的方向上做初速度为 的 运动.2.偏转问题的分析处理方法：与平抛运动类似，即应用_的知识分析处理.3.两个特殊结论(1)粒子射出电场时速度方向的反向延长线过 ，即粒子就像是从极板间 处射出一样.(2)速度偏转角的正切值是位移和水平方向夹角的正切值的2倍，即：tan 2tan.匀速直线0匀加速直线运动的合成与分解水平位移的中点延伸思考让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经同一电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场中偏转，它
7、们会分成三股吗？典型例题例例2 2一束电子流在经U5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图5所示.若两板间距离d1.0 cm，板长L5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多大电压？图5答案400 V解析在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏转距离就越大，当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，两极板间的偏转电压即为恰使电子能从平行板间飞出的最大电压.加速过程中，由动能定理有：进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动Lv0t 在垂直于板面的方向做初速度为零的匀加速直线运动，即要使电子能从平行板间飞出
8、，所加电压最大为400 V.例例3 3一束电子流在U15 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图6所示，两极板间电压U2400 V，两极板间距d2.0 cm，板长L15.0 cm.(1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y；图6答案0.25 cm进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动，L1v0t 代入数据得：y0.25 cm(2)若平行板的右边缘与屏的距离L25.0 cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距离Y；(O点位于平行板水平中线的延长线上)答案0.75 cm解析如图，由几何关系知：代入数据得：Y0.75 cm(3)若另一个质量为m(不计重
9、力)的二价负离子经同一电压U1加速，再经同一偏转电场，射出偏转电场的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大？答案0.25 cm0.75 cm学科素养建立带电粒子在匀强电场中偏转的类平抛运动模型，会用运动的合成和分解的知识分析带电粒子的偏转问题，提高分析综合能力，体现了“科学思维”的学科素养.针对训练针对训练2 2如图7所示，两个板长均为L的平板电极，平行正对放置，两极板相距为d，极板之间的电势差为U，两极板间电场可以认为是匀强电场.一个带电粒子(质量为m，电荷量为q，可视为质点)从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板边缘.忽略重力和空气阻力的影响.求：(1
10、)两极板间的电场强度E的大小.图7解析两极板间的电压为U，两极板间的距离为d，所以电场强度大小为E .(2)该粒子的初速度v0的大小.解析带电粒子在极板间做类平抛运动，在平行于极板方向上有Lv0t(3)该粒子落到负极板时的末动能Ek的大小.达标检测1.(带电粒子的直线运动)两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射入，最远到达A点，然后返回O点，如图8所示，OAL，则此电子具有的初动能是图8123412342.(带电粒子的偏转)如图9所示，带电荷量之比为qAqB13的带电粒子A、B，先后以相同的速度从同一点水平射入平行板电容器中，不计重力，带电粒子
11、偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为xAxB21，则带电粒子的质量之比mAmB以及在电场中飞行的时间之比tAtB分别为图9A.11,23 B.21,32C.11,34 D.43,21123412343.(示波管的原理)(多选)示波管的构造如图10所示.如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的1234图10A.极板X应带正电 B.极板X应带正电C.极板Y应带正电 D.极板Y应带正电解析根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用向极板X、Y发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电.4.(带电粒子的加速和偏转)(2018宿迁市高一下学期期末)如图11所示，电子从静止状态被U180 V的电场加速后，沿直线垂直进入另一个场强为E6 000 V/m的匀强偏转电场，而后电子从右侧离开偏转电场.已知电子比荷为 1011 C/kg，不计电子的重力，偏转极板长为L6.0102 m.求：图11(1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小；答案8106 m/s1234(2)电子在偏转电场中运动的加速度a的大小；答案1.11015 m/s2解析电子在偏转电场中受到竖直向下的电场力，1234(3)电子离开偏转电场时的速度方向与刚进入该电场时的速度方向之间的夹角.答案45在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，联立解得45.1234
