2019高中物理 第2章 电场与示波器 2.5 探究电子束在示波管中的运动学案 沪科版选修3-1.doc
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1、- 1 -2.52.5 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学 习 目 标知 识 脉 络1.了解示波器的构造2.学会探究电子束在偏转电极中的偏转,并观察带电油滴在匀强电场中的偏转3.掌握示波管中电子束加速和偏转的运动规律,会运用力学知识解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、示波管的构造和原理1构造:示波管是示波器的核心部件,外部是一个抽成真空的玻璃壳,内部主要由电子枪(由发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成,如图 251 所示图 2512工作原理(1)偏转电极不加电压:从电子枪
2、射出的电子将沿直线运动,射到荧光屏中心点形成一个亮斑(2)仅在XX(或YY)加电压:若所加电压稳定,则电子被加速,偏转后射到XX(或YY)所在直线上某一点,形成一个亮斑(不在中心),如图 252 所示图 252(3)示波管实际工作时,竖直偏转板和水平偏转板都加上电压,若两者周期相同,在荧光屏上就会显示出信号电压随时间变化的波形图- 2 -二、电子束在示波管中的运动规律1电子束的加速设阴极金属丝释放出的电子初速度为零,则电子从电子枪阳极小孔射出的速度v0,可由动能定理计算表达式为qUmv,解得v0.1 22 02qU m2电子束的偏转(1)如图 253 所示,偏转电极YY两极间的电场是匀强电场图
3、 253(2)电子在两极间受到一个大小和方向都不变的电场力的作用电子束垂直进入偏转极板间将做类平抛运动电子经过极板的时间t:t;l v0垂直于偏转极板方向偏移距离y:yat2;1 2l2U 4dU垂直于偏转极板方向的分速度vy:vyat ;lU dq 2mU离开偏转电场时的速度偏转角:tan .vy vxlU 2dU(3)电子离开偏转电极后的运动电子离开偏转电极后不再受电场力作用,电子做匀速直线运动电子打在荧光屏上发生的偏移y.lU2Ll 4dU基础自测1思考判断(正确的打“” ,错误的打“” )(1)示波管主要是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的()(2)从电子枪中发出的电子只有在匀强电场中加
4、速,才能应用动能定理()(3)带电粒子仅在电场力作用下运动时,动能一定增加()(4)带电粒子在电容器两板间加速时,若电压不变,增大板间距离时,并不改变粒子末速度大小,但改变运动时间()(5)示波管偏转电极间的电场是匀强电场()(6)示波管的荧光屏上显示的是电子的运动轨迹()- 3 -(7)电子枪的加速电压越大,电子束离开偏转电场时的偏转角越小()【提示】 (2) 电子在匀强电场和非匀强电场中加速,都可以应用动能定理(3) 电场力对电子做正功,电子动能才能增加(6) 示波管的荧光屏上显示的是电子打在荧光屏上的位置2下列粒子从静止状态经过电压为U的电场加速后,速度最大的是( )A质子( H) B氘
5、核( H)1 12 1C 粒子( He)D钠离子(Na)4 2A A 根据qUmv2,v,当U相同时,比荷 越大,加速后的速度越大,故 A 正确1 22qU mq m3如图 254 所示,质子( H)和 粒子( He),以相同的初动能垂直射入偏转电场(不计1 14 2粒子重力),则这两个粒子射出电场时的侧位移y之比为( )【导学号:69682104】图 254A41B12C21D14B B 由y和Ek0mv,得:y,可知y与q成正比,B 正确1 2Eq mL2 v2 01 22 0EL2q 4Ek04(多选)如图 255 所示,一带电小球以速度v0水平射入接入电路中的平行板电容器中,并沿直线打
6、在屏上O点,若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后,让带电小球再次从原位置水平射入并能打在屏上,其他条件不变,两次相比较,则再次射入的带电小球( )图 255A将打在O点的下方B将打在O点的上方C穿过平行板电容器的时间将增加D到达屏上时的动能将增加ADAD 由题意可知,要考虑小球的重力,第一种情况重力与电场力平衡;U不变,若仅将平行板电容器上极板平行上移一些后,极板间的距离d变大,场强变小,电场力变小,重力与电场力的合力偏向下,带电小球将打在O点的下方由于水平方向运动性质不变,故时间不变;- 4 -而由于第二种情况合力做正功,小球的动能将增加合 作 探 究攻 重 难带电粒子在电场中的加速1电场
7、中的带电粒子的分类(1)带电的基本粒子如电子、质子、 粒子、正离子、负离子等,这些粒子所受重力和电场力相比要小得多,除非有特别的说明或明确的标示,一般都不考虑重力(但并不能忽略质量)(2)带电微粒如带电小球、液滴、尘埃等,除非有特别的说明或明确的标示,一般都要考虑重力某些带电体是否考虑重力,要根据题目说明或运动状态来判定2解决带电粒子在电场中加速时的基本思路(多选)如图 256 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v0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
8、带电粒子的1 2重力)( )图 256- 5 -A使初速度减为原来的 倍1 2B使M、N间电压加倍C使M、N间电压增加到原来的 4 倍D使初速度和M、N间的电压都减为原来的 倍1 2思路点拨:带电粒子恰好到达N板,表明到达N板时速度减小为零带电粒子到达M、N板间距 后返回,表明到达板间距 时速度减小为零1 21 2BDBD 由qElmv,当v0变为v0时l变为 ;因为qEq,所以1 22 022l 2U dqElqlmv,通过分析知 B、D 选项正确U d1 22 0针对训练1.如图 257 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,
9、以速度v0通过等势面M射入两等势面之间,此后穿过等势面N的速度大小应是( )图 257A Bv0 2qU m2qU mC Dv2 02qUmv2 02qUmC C 由动能定理得:qUmv2mv,解得v,故 C 正确1 21 22 0v2 02qUm2两平行金属板相距为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出,最远到达A点,然后返回,如图 258 所示,OAh,此电子具有的初动能是( ) 【导学号:69682105】- 6 -图 258ABedUhedh UC DeU dheUh dD D 由动能定理:Fsmv1 22 0所以eEh0mve h0Ek01 22 0
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