物理3-1示波管的工作原理
2022-2021学年高二物理鲁科版选修3-1学案：第2章 第3讲 电势差
第3讲 电势差[目标定位] 1.理解电势差，了解电势差与电场力做功之间的关系，会用公式W ＝qU AB 进行有关的计算.2.了解电势差与电场强度之间的关系，会用公式E ＝U ABd进行有关的计算.3.了解示波管的工作原理．一、电势差与电场力做功1．电势差：电场中两点电势的差值叫做电势差；设A 点电势为φA ，B 点电势为φB ，则A 、B 两点的电势差U AB ＝φA －φB ；电势差在电路中也称为电压，用符号U 表示． 2．电场力做功与电势差的关系：W AB ＝qU AB ，电势差的单位是V.3．在争辩原子、原子核的时候，常用电子伏特做能量单位，1eV ＝1.60×10－19_J.二、电场强度与电势差的关系在匀强电场中，电场强度等于沿场强方向单位距离上的电势差，即E ＝Ud ，E 是匀强电场的场强，d 是沿电场强度方向的距离，上式说明电场强度的单位可以为V/m.想一想 电场中A 、B 两点间的电势差大，那么两点间场强肯定大吗？答案 场强是指沿电场线方向每单位距离上的电势差，A 、B 两点间的距离不清楚，所以两点间场强不能确定大小关系．三、示波管的工作原理1．示波器的构成：主要由电子枪、偏转板和荧光屏组成．2．工作原理：电子在加速电场中被加速，在偏转电场中发生偏转，飞出平行金属板后做匀速直线运动． 想一想 示波管两对偏转电极要是都不加电压，荧光屏上会消灭什么图象？若只加竖直方向上的恒定电压，荧光屏上会消灭什么图象？答案 两个偏转电极都不加偏转电压，则电子不会进行偏转，所以会打在荧光屏的中心形成一个亮斑；若只加竖直方向上的恒定电压，则电子在竖直方向上偏转，且偏转距离相同，在荧光y 轴上消灭一个亮斑.一、电势差与电场力做功 1．电势差与电势的关系(1)讲到电势差时，必需指明是哪两点间的电势差，A 、B 间的电势差记为U AB, B 、A 间的电势差记为U BA . (2)电势差的正负表示电场中两点电势的相对凹凸，若U AB ＞0，则φA ＞φB ；若U AB ＜0，则φA ＜φB . (3)电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关．2．对公式W AB ＝qU AB 或U AB ＝W ABq的理解 (1) U AB ＝W ABq可以看成电势差的定义式，是按比值法定义的物理量．电势差U AB 由电场本身打算，与q 、W AB 无关．(2)在一般的计算中，各物理量都要带入符号，即W AB 、U AB 、q 均可正可负，其中W AB 取正号表示从A 点移动到B 点时静电力做正功，W AB 取负号表示从A 点移动到B 点时静电力做负功，做负功时也可以说成电荷克服电场力做了功．(3)留意：用公式W AB ＝qU AB 或U AB ＝W ABq计算时W 与U 的角标要对应．例1 在电场中把一个电荷量为－6×10－8C 的点电荷从A 点移到B 点，电场力做功为－3×10－5J ，将此电荷从B 点移到C 点，电场力做功4.5×10－5J ，求A 点与C 点间的电势差． 答案 －250V解析 求解电势差可有两种方法：一种是电场力做的功与电荷量的比值，另一种是两点间电势的差值． 法一 把电荷从A 移到C 电场力做功 W AC ＝W AB ＋W BC＝(－3×10－5＋4.5×10－5) J ＝1.5×10－5J. 则A 、C 间的电势差U AC ＝W AC q ＝1.5×10－5－6×10－8V ＝－250V . 法二 U AB ＝W AB q ＝－3×10－5－6×10－8V ＝500V.U BC ＝W BC q ＝4.5×10－5－6×10－8V ＝－750V .则U AC ＝U AB ＋U BC ＝(500－750)V ＝－250V .借题发挥 (1)电场力做功与路径无关，只与始、末两点的位置有关，故W AC ＝W AB ＋W BC .(2)在利用公式U AB ＝W ABq进行有关计算时，有两种处理方案，方案一：各量均带正负号运算．但代表的意义不同．W AB 的正、负号表示正、负功；q 的正、负号表示电性，U AB 的正、负号反映φA 、φB 的凹凸．计算时W 与U 的角标要对应，即W AB ＝qU AB ，W BA ＝qU BA .方案二：确定值代入法．W 、q 、U 均代入确定值，然后再结合题意推断电势的凹凸．二、电场强度与电势差的关系1．公式U ＝Ed 和E ＝Ud只适用于匀强电场的定量计算，其中d 为A 、B 两点沿电场方向的距离．2．电场中A 、B 两点的电势差U 跟电荷移动的路径无关，由电场强度E 及A 、B 两点沿电场方向的距离d 打算．3．E ＝Ud 说明电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势，且场强方向就是电势降低最快的方向．4．在非匀强电场中，公式E ＝U d 可用来定性分析问题，由E ＝Ud 可以得出结论：在等差等势面越密的地方场强就越大，如图1甲所示．再如图乙所示，a 、b 、c 为某条电场线上的三个点，且距离ab ＝bc ，由于电场线越密的地方电场强度越大，故U ab ＜U bc .图1例2 如图2所示，在xOy 平面内有一个以O 为圆心、半径R ＝0.1m 的圆，P 为圆周上的一点，O 、P 两点连线与x 轴正方向的夹角为θ.若空间存在沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小E ＝100V/m ，则O 、P 两点的电势差可表示为( )图2A ．U OP ＝－10sin θ(V)B ．U OP ＝10sin θ(V)C ．U OP ＝－10cos θ(V)D ．U OP ＝10cos θ(V)答案 A解析 在匀强电场中，U OP ＝－E ·R sin θ＝－10sin θ(V)，故A 对．借题发挥 正确理解公式U ＝Ed 或E ＝Ud 各量的物理含义，特殊是d 的物理意义，是分析场强与电势差关系的关键．例3 如图3所示，MN 板间匀强电场E ＝2.4×104N/C ，方向竖直向上．场上A 、B 两点相距10cm ，AB 连线与电场方向夹角θ＝60°，A 点和M 板相距2cm ，图3(1)此时U BA 等于多少；(2)一点电荷Q ＝5×10－8C ，它在A 、B 两点电势能差为多少；若M 板接地，A 点电势是多少；B 点电势是多少．答案 (1)－1200V (2)6×10－5J －480V －1680V解析 在匀强电场中等势面与电场线垂直，且φA 大于φB ，所以U BA ＝φB －φA 为负值．又由于在匀强电场中E ＝Ud，则U AB ＝E ·d AB . 已知AB 与电场线夹角60°，则AB 与等势面夹角30°，d AB ＝s AB ·sin30°＝12s AB ＝5cm ＝0.05m ，U AB ＝2.4×104×0.05V ＝1200V即U BA ＝－U AB ＝－1200V .正电荷在电势高处电势能大，电势能差为： ΔE p ＝E p A －E p B ＝QU AB ＝5×10－8×1200J ＝6×10－5J若M 板接地，M 板电势为0，A 点电势比零低，U MA ＝φM －φA ＝Ed MA ＝480V ， 则φA ＝－480V ，φB ＝－480V －1200V ＝－1680V . 三、示波管的工作原理1．偏转板不加电压时：从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏的中心点形成一个亮斑．2．在XX ′(或YY ′)加电压时：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)．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．一般地，加在竖直偏转板上的电压是要争辩的信号电压，加在水平偏转板上的电压是扫描电压，若两者周期相同，在荧光屏上就会显示出信号电压在一个周期内随时间变化的波形图．例4 示波管原理图如图4所示，当两偏转板XX ′、YY ′电压为零时，电子枪放射出的电子经加速电压加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标的O 点，其中x 轴与XX ′电场场强方向重合，x 轴正方向垂直纸面指向纸内，y 轴与YY ′电场场强方向重合)．若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，则( )图4A ．X 、Y 极接电源的正极，X ′、Y ′接电源的负极B ．X 、Y ′极接电源的正极，X ′、Y 接电源的负极C ．X ′、Y 极接电源的正极，X 、Y ′接电源的负极D ．X ′、Y ′极接电源的正极，X 、Y 接电源的负极 答案 D解析 将粒子的运动沿着x 、y 和初速度方向进行正交分解，沿初速度方向不受外力，做匀速直线运动；打在第三象限，故经过YY ′区间时电场力向下，即Y 接负极；打在第三象限，故经过XX ′区间时电场力向外，即X 接负极；故选 D.电势差与电场力做功1．有一带电荷量q ＝－3×10－6C 的点电荷，从电场中的A 点移到B 点时，克服电场力做功6×10－4J ．从B 点移到C 点电场力做功9×10－4J. (1)AB 、BC 、CA 间电势差各为多少；(2)如以B 点电势为零，则A 、C 两点的电势各为多少； 电荷在A 、C 两点的电势能各为多少．答案 (1)U AB ＝200V U BC ＝－300V U CA ＝100V (2)φA ＝200V φC ＝300V E p A ＝－6×10－4J E p C ＝－9×10－4J解析 电荷由A 移到B 克服电场力做功即电场力做负功，W AB ＝－6×10－4J.U AB ＝W AB q ＝－6×10－4－3×10－6V ＝200V .U BC ＝W BCq ＝9×10－4－3×10－6V ＝－300V .U CA ＝－(U AB ＋U BC )＝100V .(2)若φB ＝0，由U AB ＝φA －φB ，得φA ＝U AB ＝200V . 由U BC ＝φB －φC 得φC ＝φB －U BC ＝0－(－300) V ＝300V .电荷在A 点的电势能E p A ＝qφA ＝－3×10－6×200J ＝－6×10－4J. 电荷在C 点的电势能E p C ＝qφC ＝－3×10－6×300J ＝－9×10－4J. 对电场强度与电势差的关系理解2．如图5所示，a 、b 、c 是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a 至c ，a 、b 间的距离等于b 、c 间的距离，用φa 、φb 、φc 和E a 、E b 、E c 分别表示a 、b 、c 三点的电势和电场强度，可以断定( )图5A ．E a ＞E b ＞E cB ．φa ＞φb ＞φcC ．φa －φb ＝φb －φcD ．E a ＝E b ＝E c答案 B解析 由“沿着电场线的方向，电势越来越低”知：φa ＞φb ＞φc ，断定选项B 对；因这一电场线不能确定就是匀强电场中的电场线，故选项C 、D 不能断定是否正确；这一电场线也不能断定就是正点电荷形成的电场中的一条电场线，故选项A 不能断定是否正确．正确答案为选项B.3．如图6所示，匀强电场的电场强度E ＝100V/m ，A 、B 两点相距0.1m ，A 、B 连线与电场线的夹角θ＝60°，则A 、B 两点的电势差为________．图6 答案 5V解析 AB 沿电场强度方向上的投影的长度： d ＝AB cos θ＝0.1×cos60°m ＝0.05m ， U AB ＝Ed ＝100×0.05V ＝5V .题组一 电势 电势差与电场力做功 1．下列说法正确的是( )A ．电势差与电势一样，是相对量，与零点的选取有关B ．电势差是一个标量，但是有正值和负值之分C ．由于电场力做功跟移动电荷的路径无关，所以电势差也跟移动电荷的路径无关，只跟这两点的位置有关D ．A 、B 两点的电势差是恒定的，不随零电势点的不同而转变，所以U AB ＝U BA 答案 BC解析 电势具有相对性、与零点的选择有关．而电势差是标量，有正、负之分，但大小与零点的选择无关．故A 错误，B 正确；由于U AB ＝φA －φB ，U BA ＝φB －φA 故U AB ＝－U BA ，故D 错误；电势差为电场中两点电势之差，与移动电荷的路径无关，故C 正确．2．在某电场中，A 、B 两点间的电势差U AB ＝60V ，B 、C 两点间的电势差U BC ＝－50V ，则A 、B 、C 三点电势凹凸关系是( ) A ．φA ＞φB ＞φC B ．φA ＜φC ＜φB C ．φA ＞φC ＞φBD ．φC ＞φB ＞φA答案 C解析 由于U AB ＝φA －φB ＝60V ＞0，所以φA ＞φB ，又U BC ＝φB －φC ＝－50V ＜0，所以φB ＜φC ，又U AC ＝U AB ＋U BC ＝60V ＋(－50V)＝10V ＞0，所以φA ＞φC ，故φA ＞φC ＞φB .正确选项为C.3．如图1所示为一个点电荷电场的电场线(实线)和等势线(虚线)，两相邻等势线间的电势差为4V ，有一个带电荷量为q ＝1.0×10－8C 的负电荷从A 点沿不规章曲线移到B 点，静电力做功为________J.图1答案 －4.0×10－8解析 W AB ＝qU AB ＝－1.0×10－8×4J ＝－4.0×10－8J.题组二 对公式U ＝Ed 和E ＝Ud 的理解与应用4．对公式E ＝U abd 的理解，下列说法正确的是( )A ．此公式适用于计算任何电场中a 、b 两点间的电势差B ．a 点和b 点间距离越大，则这两点的电势差越大C ．公式中d 是指a 点和b 点之间的距离D ．公式中的d 是a 、b 两个等势面间的垂直距离 答案 D解析 公式E ＝U abd 只适用于匀强电场，A 错，公式中的d 是a 、b 两个等势面间的垂直距离，a 点和b 点间距离大，等势面间的垂直距离不肯定大，故B 、C 错，D 正确．5．如图2所示，A 、B 两点相距10cm ，E ＝100V/m ，AB 与电场线方向的夹角θ＝120°，则A 、B 两点间的电势差为( )图2 A ．5VB ．－5VC ．10VD ．－10V答案 B解析 A 、B 两点在场强方向上的距离d ＝AB ·cos (180°－120°)＝10×12cm ＝5cm.由于φA ＜φB ，则依据U ＝Ed得U AB ＝－Ed ＝－100×5×10－2V ＝－5V .6．如图3所示，三个同心圆是一个点电荷四周的三个等势面，已知这三个圆的半径成等差数列．A 、B 、C 分别是这三个等势面上的点，且这三点在同一条电场线上．A 、C 两点的电势依次为φA ＝10V 和φC ＝2V ，则B 点的电势是( )图3A ．肯定等于6VB ．肯定低于6VC ．肯定高于6VD ．无法确定答案 B解析 从等势面的疏密可以看出E A ＞E B ＞E C ，又AB ＝BC ，由公式U ＝Ed 可以推断U AB ＞U BC ，所以φB ＜6V . 7．如图4所示，匀强电场的场强大小为1×103N/C ，ab 、dc 与电场方向平行，bc 、ad 与电场方向垂直，ab ＝dc ＝4cm ，bc ＝ad ＝3cm ，则下述计算结果正确的是( )图4A．a、b之间的电势差为4000VB．a、c之间的电势差为50VC．将q＝－5×10－3C的点电荷沿矩形路径abcda移动一周，静电力做的功为零D．将q＝－5×10－3C的点电荷沿abc或adc从a移动到c，静电力做的功都是－0.25J答案 C解析U ab＝E·ab＝1×103×0.04V＝40V，选项A错误；U ac＝U ab＝40V，选项B错误；将负点电荷移动一周，电势差为零，静电力做功为零，故选项C正确；W ac＝qU ac＝－5×10－3×40J＝－0.2J，选项D错误．题组三对示波管工作原理的考查8．如图5是示波管的原理图．它由电子枪、偏转板(XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空．给电子枪通电后，假如在偏转板XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点．图5(1)带电粒子在________区域是加速的，在________区域是偏转的．(2)若U YY′＞0，U XX′＝0，则粒子向________板偏移，若U YY′＝0，U XX′＞0，则粒子向________板偏移．答案(1)ⅠⅡ(2)Y X9．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转板和荧光屏组成，如图6所示．假如电子打在荧光屏上，在P点消灭一个稳定的亮斑，那么示波管中的()图6A．极板Y应带正电B．极板Y′应带正电C．极板XX′上应加一个与时间成正比的电压D．极板XX′上应加一个恒定不变的电压答案AD 解析电子受力方向与电场方向相反，因电子向X方向偏转，则电场方向为X到X′，则X带正电，即极板X的电势高于极板X′.同理可知Y带正电，即极板Y的电势高于极板Y′，故A正确，B错误；假如在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压，则电子因受偏转电场的作用，打在荧光屏上的亮点便沿水平方向匀速移动，故C错误，D正确．故选：AD.题组四综合应用10．一个带正电的质点，电荷量q＝2.0×10－9C，在静电场中由a点移到b点，在这过程中，除电场力外，其他力做的功为6.0×10－5J，质点的动能增加了8.0×10－5J，则a、b两点间电势差φa－φb为()A．3.0×104V B．1.0×104VC．3.0×104V D．－1.0×104V答案 B解析在a点移到b过程有动能定理W ab＋W其他＝ΔE k得a到b电场力所做的功W ab＝2.0×10－5J，则φa－φb＝U ab＝W abq＝2.0×10－52.0×10－9V＝1.0×104V.11．如图7所示，三条曲线表示三条等势线，其电势φC＝0，φA＝φB＝10V，φD＝－30V，将电荷量q＝1.2×10－6C的正电荷在该电场中移动．图7(1)把这个电荷从C移到D，电场力做功多少；(2)把这个电荷从D移到B再移到A，电势能变化多少．答案见解析解析(1)U CD＝φC－φD＝30VW CD＝qU CD＝1.2×10－6×30J＝3.6×10－5J(2)U DA＝φD－φA＝(－30－10) V＝－40VW DA＝qU DA＝1.2×10－6×(－40) J＝－4.8×10－5J所以电势能应当增加4.8×10－5J.12．如图8所示，一簇平行线为未知方向的匀强电场的电场线，沿与此平行线成60°角的方向，把2×10－6C 的负电荷从A 点移到B 点，电场力做功为4×10－6J ．已知A 、B 间距为2cm ，求解下列问题：图8(1)在图上用箭头标出电场强度方向； (2)AB 间的电势差U AB ； (3)匀强电场的场强E 的大小．答案 (1)电场方向如图 (2)－2V (3)200V/m 解析 (1)电场强度方向如图所示．(2)AB 间电势差U AB ＝W AB q ＝4×10－6－2×10－6V ＝－2V .(3)电场强度E ＝－U ABd cos60°＝200V/m.13．如图9所示，P 、Q 两金属板间的电势差为50V ，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d ＝10cm ，其中Q 板接地，两板间的A 点距P 板4cm.求：图9(1)P 板及A 点的电势；(2)保持两板间的电势差不变，而将Q 板向左平移5cm ，则A 点的电势将变为多少． 答案 (1)－50V －30V (2)－10V解析 板间场强方向水平向左，可见Q 板是电势最高处．Q 板接地，则电势φQ ＝0，板间各点电势均为负值．利用公式E ＝Ud 可求出板间匀强电场的场强，再由U ＝Ed 可求出各点与Q 板间的电势差，即各点的电势值．(1)场强E ＝U d ＝5010×10－2V·m －1＝5×102V·m －1 Q 、A 间电势差U QA ＝Ed ′＝5×102×(10－4)×10－2V ＝30V 所以A 点电势φA ＝－30V ， P 点电势φP ＝U PQ ＝－50V . (2)当Q 板向左平移5cm 时两板间距离d ′＝(10－5) cm ＝5cmQ 板与A 点间距离变为d ″＝(10－4) cm －5cm ＝1cm 电场强度E ′＝U d ＝505×10－2V·m －1 ＝1.0×103V·m －1Q 、A 间电势差U QA ＝E ′d ″＝1.0×10－3×1.0×10－2V ＝10V 所以A 点电势φA ＝－10V ．。
示波管原理
示波管原理
示波管是一种测量仪器，它能在一段时间内连续地记录波形。
它由许多对具有一定相位关系的示波管组成，这些示波管的工作
原理基本相同，只是部分管壁的颜色不同而已。
示波管是由许多
对具有一定相位关系的管组成的，其中两个管壁厚，而另外两个
管壁薄。
当施加电压时，两个管壁便会产生微小的位移，使其中
一个管壁产生微小的振动，并被另一个管壁记录下来。
利用示波
管所记录下的波形来分析电路参数是一种最方便、最有效的方法。
在电子电路中，常采用示波管作为测量仪器。
示波管是一种测量仪器，它由一个大屏幕和一组小屏幕组成。
大屏幕上有一个显示器和一个光电转换器；小屏幕上有两个光电
转换器和一个计数器。
示波管最早是由德国工程师鲁道夫？施泰
因发明的。
他是电子工业之父。
1914年他在柏林大学担任物理
系教授时开始设计制造示波管，并于1918年在美国纽约卡内基
科学研究所首次发表了它的设计图纸。
示波管由若干个具有不同
相位关系的示波管组成，通常是六个（或更多）。
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三精考点之高中物理选修3-1最基础考点系列：考点12 示波管 含解析 精品
示波管(选修3-1第一章：静电场的第九节带电粒子在电场中的运动)★★★○○示波管构造及功能(如图所示)①电子枪：发射并加速电子。
②偏转电极YY′：使电子束竖直偏转(加信号电压)；偏转电极XX′：使电子束水平偏转(加扫描电压)。
示波管的工作原理偏转电极XX′和YY′不加电压，电子打到屏幕中心；若只在XX′之间加电压，电子只在X 方向偏转；若只在YY′之间加电压，电子只在Y方向偏转；若XX′加扫描电压，YY′加信号电压，屏上会出现随信号而变化的图象。
（2016北京石景山1模）示波器是一种用来观察电信号的电子仪器，其核心部件是示波管，下图是示波管的原理图。
示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。
电子从灯丝K发射出来（初速度可不计），经电压为U0的加速电场加速后，以垂直于偏转电场的方向先后进入偏转电极YY'、XX'。
当偏转电极XX´、YY´上都不加电压时，电子束从电子枪射出后，沿直线运动，打在荧光屏的中心O 点，在那里产生一个亮斑。
若要荧光屏上的A 点出现亮斑，则A ．电极X 、Y 接电源的正极，X´、Y´接电源的负极B ．电极X 、Y´接电源的正极，X´、Y 接电源的负极C ．电极X´、Y 接电源的正极，X 、Y´接电源的负极D ．电极X´、Y´接电源的正极，X 、Y 接电源的负极 【答案】B1、在示波管中，2s 内有6×1013个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流大小为A 、4.8×10-6AB 、3×10-13AC 、9.6×10-6AD 、无法确定【答案】A【精细解读】电流等于单位时间内通过导体横截面的电量A sC t ne t q I 61923108.42106.1106--⨯=⨯⨯⨯===，A 对；2、示波管工作时，电子经电压U 1加速后以速度v 0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h ，两平行板间距离为d ，电势差是U 2，板长是L .为提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量)，可采用以下哪些方法( )A ．增大两板间电势差U 2B ．尽可能使板长L 短一些C ．使加速电压U 1升高一些D ．尽可能使板距d 小一些 【答案】D甲 示波管的结构 乙 荧光屏（甲图中从右向左看）A 电子枪 偏转电极X X'Y Y'Y'YX'荧光屏O K- +U 0 O【精细解读】在加速电场中2112eU mv =，偏转电场中，221,,2eU L t y at a v md===，联立可得2214U L y U d =，提高示波管的灵敏度，即增大2y U ，又2214y L U U d=所以L 长一些，U 1降低一些，d 小一些，D 对。
示波管工作原理
示波管工作原理
示波管是一种电子管，由阴极、阳极和控制栅极组成。
它通过电子束在荧光屏上做定向扫描，实现对电压波形的显示。
示波管工作原理如下：
1. 阳极电压：示波管内阳极电压较高，通常为数百伏特，以加速电子，使其具有足够的能量穿过阴极孔。
2. 阴极发射电子：阴极受到加热，在高温下发射电子。
发射出的电子会尽量往阳极方向运动。
3. 聚焦电极：示波管内部有一个或多个聚焦电极，通过调整聚焦电极的电压，可以控制电子束的聚焦程度，使其呈现尖锐的扫描轨迹。
4. 垂直偏转：示波管的垂直偏转是通过控制栅极的电压来实现的。
通过改变栅极电压，可以在荧光屏上实现电子束的上下位移，从而显示不同的电压信号。
5. 水平偏转：示波管的水平偏转是通过外部电压源提供的周期性方波信号来实现的。
水平偏转电压控制电子束在水平方向上的位移速度，从而显示时间序列。
6. 荧光屏：电子束撞击荧光屏时，会引起荧光屏上的荧光粉发光，形成一条亮丝，亮丝的位置和亮度与输入的电压信号相关。
通过控制垂直和水平偏转电压，示波管可以呈现出输入信号的波形图像，用于观察和分析电压的变化。
2.5电子束在示波管中的运动-沪科教版选修3-1教案
2.5 电子束在示波管中的运动-沪科教版选修3-1教案
1. 概述
示波管是一种用于显示电信号波形的仪器，其核心部分为显像管，即电视机中所使用的显像管。
在显像管中通过电子束扫描荧光层并发出光信号以显示波形。
本文将详细介绍电子束在示波管中的运动过程。
2. 电子束的发射
电子束由阴极发射器发射，发射器内通过热力学效应或光电效应将金属表面的电子释放出来，形成电子云。
然后在带有负电压的阳极的作用下，电子云被加速并成为一束电子，即电子束。
3. 电子束的聚焦
当电子束被加速后，它将通过聚焦系统，由聚集在一起的场线将电子束限制在一个小小的区域内，形成非常细小的电子束。
聚焦电极会产生一个强电场，使束中一些电子的轨迹被转向，从而让束的强度更加集中，从而让电子束能够通过非常小的孔以达到更细小的尺寸。
4. 电子束的依次扫描
一旦电子束聚焦完成，它将被引导到显像管的磁场中。
磁铁沿水平方向施加磁场，使电子束保持在一个平面上，并在X 方向上进行扫描。
电子束沿着X 轴移动，扫描整个荧光屏幕后，移动到下一行并继续扫描，直到整个屏幕完成扫描。
然后，电子束将返回到荧光屏幕的左上角，准备下一个循环。
5. 总结
电子束在示波管中的运动是一个精密的过程，需要多个系统的合作。
通过控制电子束的聚焦，依序扫描和屏幕的亮度，电子束可以生成出准确的波形图像。
物理3-1示波管的工作原理
模拟示波器
数字示波器
谢
示波器显示的图像 2
Uy
y
O
t
Ux
O
O
t
在XX、YY之间加恒定电压； 图像：在荧光屏的Ⅰ至Ⅳ象限上出现一个亮斑；
y Uy x Ux
x
示波器显示的图像 3
y
x Ux
O A B C t1 D E F t2
O
x
只在X1X2间加锯齿形扫描电压 图像：在x轴上从一侧到另一侧的水平扫描图像；
若频率较大，由于荧光屏的残光效应和视觉暂留，会看到一条水平亮线；
若频率较小，会观察到一个一个亮点向右移动，显示扫描过程。
示波器显示的图像 4
O A B C t1 D E F t2
O
x
示波器显示的图像 5
y
B
CA
O t1
O t2
x
DF
E
示波器显示的图像 6
y y Uy
B C
A
O
t1
t2
O
x
D
F
E
x Ux
示波器显示的图像 7
y
x
在X1X2间扫描电压的周期是Y1Y2间信号电压周期的整数倍时， 示波器显示信号电压的整数个周期图像。
示波管的工作原理
示波器
示波器是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器 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
自制示波管
示波器显示的图像 1
Uy
y
y Uy
O
t
O
x
只在YY之间加恒定电压； 图像：在荧光屏的y轴上出现一个亮斑；
电子枪发出的每一个电子在YY间的恒定电压偏转下，电子束沿y方向偏移。
示波管原理
示波管的工作原理：
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图所示，使用时将要观察的信号电压 加在偏转电极_Y_2_、__Y_1_上，扫描电压(一般是由仪器自身产生的 锯齿形电压)加在__X_2_、__X_1上，这时在荧光屏上就会显示出加在 _Y_2_、__Y_1_上的电压随时间变化的图形．
Uy
O如何在屏上如实显示Uy的波型?
下面来看Ux是如何实现这种功能的
Ux
O
t
x = K xU x
X坐标均匀改变,即电子束在水平方向匀速移动
UX2X1
正
正
负
负
UY2Y1
正
负
正
负
象限 一
四
二
三
Y2
X1
X2
Y1
示波管的工作原理
阴极射线管的构造：
电子在阴极射线管中的运动可分为三个阶段． (1)电子在阴、阳极间的电场中做___加__速___运__动____． (2)电子在偏转电极间的匀强电场中做_匀__加__速___曲__线____运动，类 似于重力场中的__平__抛__运__动______． (3)电子飞出平行金属板后做__匀__速__直__线______运动．
UX1X2>0且为定值，电子束将沿x轴负方向发生偏转； UX1X2<0且为定值，电子束将沿x轴正方向发生偏转。
Y2
X1
X2
Y1
(4)若在偏转电极X1、X2和Y1、Y2上均加了一定的电压，则亮斑 既偏离y轴、又偏离x轴。
UX2X1
正
正
负
负
UY2Y1
正
负
正
负
象限 一
四
物理3-1人教浙江专全程导笔记文档：第一章 静电场 9 带电粒子在电场中的运动 含答案
9带电粒子在电场中的运动知识内容带电粒子在电场中的运动考试要求必考加试b d课时要求1。
会从力和能量角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。
2。
能够用类平抛运动分析方法研究带电粒子在电场中的偏转问题.3。
了解示波管的基本原理.一、带电粒子的加速1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，它们受到的重力一般远小于静电力，故可以忽略．2．带电粒子的加速：(1）运动分析：带电粒子从静止释放,将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速运动．(2)末速度大小：根据qU＝错误!mv2，得v＝错误!。
二、带电粒子的偏转如图1所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力），以初速度v0平行于两极板进入匀强电场,极板长为l,极板间距离为d，极板间电压为U。
图11．运动性质：（1）沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动．(2)垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动．2．运动规律：（1）偏移距离:因为t＝错误!，a＝错误!，所以偏移距离y＝错误!at2＝错误!.（2)偏转角度：因为v y＝at＝错误!,所以tan θ＝错误!＝错误!.［即学即用]判断下列说法的正误．(1）质量很小的粒子如电子、质子等，在电场中受到的重力可忽略不计．（√）(2)动能定理能分析匀强电场中的直线运动问题，不能分析非匀强电场中的直线运动问题．（×)（3)带电粒子在匀强电场中偏转时，加速度不变，粒子的运动是匀变速曲线运动．（√)（4）带电粒子在匀强电场中偏转时，可用平抛运动的知识分析．（√）（5）带电粒子在匀强电场中偏转时，若已知进入电场和离开电场两点间的电势差以及带电粒子的初速度，可用动能定理求解末速度大小．（√)一、带电粒子的加速[导学探究]如图2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α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．（2）、(3)结果用字母表示．图2(1)比较α粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计（α粒子质量是质子质量的4倍，即m＝4×1.67×10－27 kg,电荷量是质子的2倍)．（2)α粒子的加速度是多大？在电场中做何种运动？(3）计算粒子到达负极板时的速度大小（尝试用不同的方法求解)．答案（1)α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）α粒子的加速度为a＝错误!.在电场中做初速度为0的匀加速直线运动．(3）方法1利用动能定理求解．由动能定理可知qU＝错误!mv2v＝错误!.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，则d＝错误!at2v＝ata＝错误!联立解得v＝错误!。
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《示波管的工作原理》教学设计
能够强化对电场这一概念的理解，并能综合应用力学和电学知识解决实际问题。
将带电粒子在电场中的加速和偏转和示波管的结构联系起来，并反过来将电子束在示波管中的运动简化为熟悉的物理模型。
能在老师的指导下通过自制示波管模型分析问题，发现运动的合成与分解的规律，形成合理的假设和结论。
由示波器在生产生活中的应用增强学习物理的内在动机，在分析荧光屏如何显示出电信号的过程中积累物理研究的经验，培养与他人合作讨论的习惯。
本节课的教学重点：
带电粒子在电场中的偏转
本节课的教学难点：
（偏转电压）
在黑板上画荧光屏和偏转极板的对应关系
思考时间）
条件的
再理解。