粤教版物理选修3-1三维设计 1.6示波器的奥秘(可自主编辑)
这种方法既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
2．带电粒子的重力是否忽略的问题
若所讨论的问题中，带电粒子受到的重力远小于电场力，
即mg≪qE，则可忽略重力的影响。 一般说来：①基本粒子：如电子、质子、α粒子等除有说
明或明确暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。②
变化时，U 不变，v 就不变。电子做初速度为零的匀加速直线 0＋v 2d 运动， d＝ v t＝ t， 得 t＝ v ， 当 d 减小(或增大)时， v 不变， 2 电子在两极板间运动的时间越短(或越长)，故 D 正确。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
带电粒子的偏转
[自读教材· 抓基础]
带电粒子的初速度与电场方向垂直，粒子的运动类似物体 平抛 运动，则它在垂直电场线方向上做____________ 匀速直线 运 的________Biblioteka 首 页上一页下一页
末 页
结
束
提示： 在水平方向上做匀速运动，由 l＝ v0t知运动时间相
同。不同粒子在沿初速度方向上运动情况相同，在垂直初速度
方向上运动情况不同，故它们的运动轨迹不同。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
[跟随名师 ·解疑难]
如图 1－6－5 所示， 带电粒子以初速度 v0 垂直电场线进入 qE qU 匀强电场，加速度 a＝ m ＝md。
1 2 mv 2 _______。
1 动能定理 (3) 根 据 __________ 可 知 ， qU ＝ mv2 ， 可 解 出 v ＝ 2 2qU m __________ 。
(4)带电粒子在非匀强电场中加速，上述结果仍适用。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(想一想)
带电粒子：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确 暗示的以外，一般都不能忽略重力。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
如图1－6－3所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板
运动，则关于电子到达Q时的速率与哪些因素有关的下列解释
正确的是( )
图1－6－3
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，做匀加(减)速直线运动。这种方法适用于匀强电场。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
(2)用功能观点分析：粒子只受电场力作用，动能变化量等 于电场力做的功。即： 初速度为零 初速度不为零 1 2 qU＝ mv 2 1 2 1 2 qU＝ mv － mv0 2 2
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
解析：选 B 电子在加速电场中加速，初速度为零，由动
2 mv0 能定理得 ＝eU1，然后电子进入偏转电场做类平抛运动，垂 2
如图1－6－2所示，为一直线加速器，原理为在真空金属
管中加上高频交变电场，从而使带电粒子获得极高的能量，你
知道它的加速原理吗？
图1－6－2 提示：带电粒子在电场力作用下不断被加速。
首 页 上一页 下一页
末 页
结
束
[跟随名师 ·解疑难]
1． 带电粒子在电场中的加速问题，主要有以下两种处理 方法
(1) 力和运动关系 —— 牛顿第二定律：带电粒子沿与电场
匀加速直线 运动。 动，在沿电场线方向上做初速为零的____________
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(想一想)
如图1－6－4所示，大量带电粒子，质量不同，带电量相
同，以相同的速度垂直电场进入并穿过同一个电容器，它们的
运动时间相同吗？运动轨迹相同吗？
图1－6－4
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
(4) 若以相同的初动能 Ek0 进入同一个偏转电场，只要 q 相
同，不论m是否相同，则偏转距离y和偏转角θ相同。 (5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后 (即加速电压U1
相同)，进入同一偏转电场，则偏转距离y和偏转角θ相同。
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)
图 1－6－5
带电粒子的偏转
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
1．基本关系 vx＝v0 x＝v0t初速度方向 1 2 v ＝at y＝ at 电场线方向 2 y 2．导出关系 ql2U 粒子离开电场时的侧移位移：y＝ 2mv2 0d vy qlU 粒子离开电场时的偏转角的正切值：tan θ＝ ＝ 2 v0 mv0d 粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切值： y qUl tan α＝ l ＝ 2 。 2mv0 d
首 页 上一页 下一页
末 页
结
束
3．推论 (1)粒子离开电场时的速度方向反向延长交于板长 l 的正中 央，根据 y/tan θ＝l/2。 (2) 位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角正 1 1 切的 ，根据 tan α＝ tan θ。 2 2 (3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子，不论 q m、q 是否相同，只要m相同，即比荷相同，则偏转距离 y 和偏 转角 θ 相同。
结
束
第六节
示波器的奥秘
带电粒子的加速
[自读教材· 抓基础]
如图 1－ 6 － 1所示，质量为 m ，带正电 q 的粒子，在电场力作用下由静止开始从正极
板向负极板运动的过程中。
图1－6－1 带电粒子的加速
首 页 上一页 下一页
末 页
结
束
qU (1)电场力对它做的功W＝________ 。
(2) 带 电 粒 子 到 达 负 极 板 速 率 为 v ， 它 的 动 能 为 Ek ＝
首 页 上一页 下一页
末 页
结
束
A．两极板间的距离越大，加速的时间就越长，则获得的
速率越大
B．两极板间的距离越小，加速的时间就越短，则获得的 速率越小 C．两极板间的距离越小，加速度就越大，则获得的速率 越大
D．与两板间的距离无关，仅与加速电压U有关
首 页
上一页
下一页
末 页
结
束
解析： 选D
1 2 由动能定理得 eU＝ mv ， 当两极板间的距离 2
如图1－6－6所示，电子在电势差为U1的电场中由静止开
始加速运动后，垂直射入电势差为U2的偏转电场，整个装置处
于真空中。在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列情况中 一定能使电子偏移量变大的是( A．U1变大、U2变大 B．U1变小、U2变大 )
C．U1变大、U2变小
D．U1变小、U2变小 图1－6－6
高中物理1.6示波器的奥秘课件粤教版选修3_1
h
������������ C. ������ℎ
������������ℎ D. ������
一
二
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
思路分析：带电粒子在电场力作用下加速运动,加速度可由牛顿 第二定律和电场力公式求得,动能可用动能定理求解. 解析：电子从 O 点到 A 点,因受电场力作用,速度逐渐减小.根据 题意和图示判断,电子仅受电场力,不计重力.这样 ,我们可以用能量
守恒定律来研究问题.即 ������������0 2 =eUOA.因 E= ,UOA=Eh=
1 ������������0 2 2
=
������������ℎ .所以 ������
1 2
������ ������
������ℎ ,故 ������
D 正确 .
答案：D
一
二
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
第六节
示波器的奥秘
目标导航
预习导引
Байду номын сангаас
学习目标 重点难点
1.理解带电粒子在电场中的运动规律,并能分析解决 加速和偏转方向的问题. 2.知道示波管的构造和基本原理. 重点:带电粒子在匀强电场中的运动规律. 难点:运动电学知识和力学知识综合处理偏转问题.
目标导航
预习导引
一
二
三
一、带电粒子的加速 1.不计重力,带电粒子 q 在静电力作用下,由静止开始加速,加速电
������ x= tan������
=
2 ������������1 ������ 2������������������0 2 ������������1 ������ ������������0 2 ������
物理粤教版选修3-1学案：知识导学 1-6-示波器的奥秘
第六节示波器的奥秘问题探究示波器有什么样的奥秘能够将“电信号”转换为“光信号”,从而在荧光屏上直观地显示信号的强弱?自学导引1.常用电子示波器的内部核心部件是示波管,示波管由_____________、_____________和_____________组成.答案:电子枪偏转电极荧光屏2.若要调节荧光屏上亮斑的亮度,需要调节_____________、_____________等;若要上下移动荧光屏上的亮斑或图线,则应调节_____________;若要左右移动荧光屏上亮点或图线,则应调节_________________;若改变图线在水平方向上的范围,则应调节_____________;若改变图线在竖直方向上的范围,则应调节_____________.答案:辉度旋钮聚焦调节旋钮垂直位移旋钮水平位移旋钮X增益旋钮Y增益旋钮3.示波器并不神秘,它的基本原理是带电粒子在电场中的_____________和____________.答案:加速偏转疑难剖析示波器面板和操作方法【例1】如图1-6-1所示为示波器面板,屏上显示的是一亮度较低、线条较粗且模糊不清的波形.图1-6-1(1)若要增大显示波形的亮度,应调节______________旋钮;(2)若要使屏上波形线条变细且边缘清晰,应调节______________旋钮.(3)若要将波形曲线调至屏中央,应调节______________与______________旋钮.解析:(1)逆时针旋转辉度旋钮时,可降低屏上亮斑亮度;顺时针旋转辉度旋钮,可增强屏上亮斑的亮度.现要求调亮该波形线条,则应该顺时针旋转辉度旋钮.(2)旋转聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮,二者配合使用可调节亮斑达到最小,图线线条清晰.(3)旋转垂直位移旋钮可调节亮斑的上下位置,旋转水平位移旋钮可调节亮斑左右位置.因此要将波形曲线调至中央,则要调节垂直位移旋钮和水平位移旋钮.答案:(1)辉度(2)聚焦(3)垂直位移水平位移正确运用动力学方法和功能关系解决带电粒子的加速和偏转问题【例2】如图162所示，离子发生器发射出一束质量为m、电荷量为q的离子，从静止经加速电压U1加速后，获得速度v0，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度v离开电场.已知平行板长为l，两板间距离为d，求：图1-6-2（1）v 0的大小；（2）离子在偏转电场中运动的时间t ；（3）离子在偏转电场中受到的电场力的大小F ；（4）离子在偏转电场中的加速度；（5）离子在离开偏转电场时的横向速度v y；（6）离子在离开偏转电场时的速度v 的大小；（7）离子在离开偏转电场时的横向偏移量y；（8）离子离开电场时的偏转角θ的正切值t a n θ.解析：（1）不管加速电场是不是匀强电场，W =qU都适用，所以由动能定理得： 20121mv qU =所以mqU v 102=. （2）由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动.即水平方向做速度为v 0的匀速运动；竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动. 在水平方向102qU m l v l t ==. （3）dqU qE F d U E 22===. （4）m dqU m F a 2==. （5）121222mU q dl U qU m l md qU at v y =∙==. （6）1222221222024U m d U ql U qd v v v y +=+=. （7）1221222422121dU U l qU m l md qU at y =∙==（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加速电场和偏转电场）.（8）121120222tan dU lU qU m mU q d l U v v y=∙==θ（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加速电压和偏转电压).温馨提示：该题只需要分清带电粒子在电场中的类型，是加速或者偏转，运用类平抛运动的知识进行分解.拓展迁移根据物理学动力学知识可知,物体的运动性质由其受力情况与运动初状态之间的关系决定.当物体所受到恒定的合外力与运动速度方向不共线时,则物体做匀变速曲线运动.此时可以将该曲线运动分解处理.而各方向上的分运动性质仅决定于各分运动方向上的力与速度之间的关系,因此匀变速曲线运动的各分运动之间在运动性质上互不影响,我们称之为运动具有独立性.示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极、荧光屏等组成.如图163所示,在示波管内部垂直地安装了两对电极,它们使通过其中的电子在水平方向、竖直方向分别发生偏转.在示波管的荧光屏上以荧光屏的中心为坐标原点,建立直角坐标系XOY.试根据运动的独立性规律思考:为了使电子枪射出的电子束在坐标系第Ⅰ象限内P点产生亮斑,那么示波管中的两对电极将应该加怎样的极性（）①极板X应带正电②极板X′应带正电③极板Y应带正电极板Y′应带正电A.①③B.C.②③D.图1-6-3解析:电子在偏转电极区外做直线运动,在偏转电极区内做匀变速曲线运动.运用运动分解的方法处理电子在偏转电极区内所做的匀变速曲线运动.电子在分运动方向上所做的运动相互独立.为了使电子能到达荧光屏上第Ⅰ象限内,除沿中心线的运动外,电子水平方向还应向X 方向发生偏转,因此在电极XX′上应加由X到X′的电场,此时极板X带正电;为了使电子在竖直方向上沿Y方向发生偏转,在电极YY′上应加由Y到Y′的电场,此时Y极板带正电.答案:A。
【创新设计】2013-2014学年高中物理(粤教版)选修3-1：1-6 示波器的奥秘
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
活页规范训练
1．能应用电场力、电场强度等概念研究带电粒子在电场
中运动时的加速度、速度和位移等物理量的变化．
2．能应用电场力做功、电势、电势差、等势面等概念研 究带电粒子在电场中运动时的能量转化． 3．了解示波管的工作原理，体会静电场知识对科学技术 的影响.
由①②③④得荧光屏上的侧移
l l elU2 y′＝y＋l′tan φ＝ 2 l′＋2＝tan φl′＋2. mv0d
自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练
图1－6－4
(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，一般的，加在竖直偏转板上的电压是要研究的信号电压，
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
活页规范训练
(1)力和运动关系——牛顿第二定律 根据带电粒子所受的电场力，用牛顿第二定律确定加速度， 结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等．这种方法通常适 用于粒子在恒力作用下做匀变速直线运动的情况． (2)功和能的关系——动能定理等 根据电场力对带电粒子所做的功引起带电粒子的能量发生变 化，利用动能定理等研究全过程中能量的转化，研究带电粒子的 速度变化、经过的位移等，这种方法既适用于匀强电场也适用于 非匀强电场．
活页规范训练
【变式1】 如图1－6－6所示，电子由静止开始从A板向B
板 运 动 ， 到 达 B板 的 速 度 为 v ， 保 持 两 板 间 的 电 压 不 变 ， 则
( )．
图1－6－6
A．当减小两板间的距离时，速度v增大 B．当减小两板间的距离时，速度v减小 C．当减小两板间的距离时，速度v不变 D．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长
【教育课件】粤教版高中物理1.6示波器的奥秘粤教版高中物理选修3-1课件.ppt
知识点二 带电粒子在电场中偏转
如图所示，带电粒子以初速度 v0 垂直电场线进入匀强电 场，加速度 a＝qmE＝mqUd.
1．基本关系． vx＝v0，x＝v0t(初速度方向)． vy＝at，y＝12at2(电场线方向)．
3．推论． (1)粒子离开电场时的速度方向反向延长交于板长 l 的
正中央，根据 y tan
A．极板 X 的电势高于极板 X′ B．极板 X′的电势高于极板 X C．极板 Y 的电势高于极板 Y′ D．极板 Y′的电势高于极板 Y
分析：由亮斑位置可知电子偏转的打在偏向 X、Y 方向， 由电子所受电场力的方向确定电场的方向，再确定极板所带 的电性．
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、C 正确，B、D 错误．故选 AC.
θ
＝2l .
(2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏转角
正切的12，根据 tan α ＝12tan θ .
2．导出关系． 粒子离开电场时的侧移位移：y＝2qml2vU20d. 粒子离开电场时的偏转角：tan θ ＝vv0y＝mqvlU02d. 粒子离开电场时位移与初速度夹角的正切：tan α ＝yl
D．以上说法均不正确
解析：由动能定理 qU＝12mv2，v＝ 无关与加速电压有关．故选 C.
答案：C
2mqU，得 v 与距离
变式 训练
1．(多选)一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和 方向随时间变化的规律如图所示，带电微粒只在电场力的作 用下，在 t＝0 时刻由静止释放，则下列说法中正确的是(BD)
高中物理1.6示波器的奥秘学案粤教版选修3_1
第六节 示波器的奥秘1．理解带电粒子在匀强电场中的加速和偏转的原理． 2．能用带电粒子在电场中运动的规律，分析解决实际问题． 3．了解示波管的构造和原理．1．带电粒子的加速．如图所示，质量为m ，带正电q 的粒子，在电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动的过程中．(1)电场力对它做的功W ＝qU ．(2)带电粒子到达负极板速率为v ，它的动能为E k ＝12mv 2．(3)根据动能定理可知，qU ＝12mv 2，可解出v(4)带电粒子在非匀强电场中加速，上述结果仍适用． 2．带电粒子的偏转．带电粒子的初速度与电场方向垂直，粒子的运动类似物体的平抛运动，则它在垂直电场线方向上做匀速直线运动，在沿电场线方向上做初速度为零的匀加速直线运动．3．示波器探秘：示波器的核心部件是示波管，示波管是真空管，主要由三部分组成，这三部分分别是电子枪、偏转电极、荧光屏．根据运动轨迹分析有关问题该种类型的题目分析方法是：先画出入射点轨迹的切线，即画出初速度v 0的方向，再根据轨迹的弯曲方向，确定电场力的方向，进而利用力学分析方法来分析其他有关的问题．在图甲中，虚线表示真空里一点电荷Q 的电场中的两个等势面，实线表示一个带负电q 的粒子运动的路径，不考虑粒子的重力，请判定(1)Q 是什么电荷？(2)ABC 三点电势的大小关系； (3)ABC 三点场强的大小关系；(4)该粒子在ABC三点动能的大小关系．分析：A、B、C是带电粒子在电场中运动轨迹上的三点，通过轨迹的弯曲方向得出受力方向，由受力方向判断Q的电性，画出电场线，判断电势的高低及场强的大小；根据电场力对带电粒子的做功情况判断粒子在A、B、C三点动能的大小关系．解析：(1)设粒子在A点射入，则A点的轨迹切线方向就是粒子q的初速v0的方向(如图乙)．由于粒子q向偏离Q的方向偏转，因此粒子q受到Q的作用力是排斥力，故Q与q 的电性相同，即Q带负电．(2)因负电荷Q的电场线是由无穷远指向Q的，因此φA＝φC>φB.(3)由电场线的疏密分布(或由E＝k Qr2)得：E A＝E C<E B.(4)因粒子从A→B电场力做负功，由动能定理可知E k B<E k A，因φA＝φC，由电场力做功W AC＝qU AC知W AC＝0，因此由动能定理得E k A＝E k C，故E k A＝E k C>E k B.答案：见解析．总结：该种类型的题目分析方法是：先画出入射点轨迹的切线，即画出初速度v0的方向，再根据轨迹的弯曲方向，确定电场力的方向，进而利用力学分析方法来分析其他有关的问题．一、单项选择题1．一带电粒子在电场中只受电场力作用时，它不可能出现的运动状态是(A) A ．匀速直线运动 B ．匀加速直线运动 C ．匀变速曲线运动 D ．匀速圆周运动解析：由题意可知，带电粒子在电场中只受电场力作用．所以合外力不可能为0，所以不可能做匀速直线运动，所以选A.2．两平行金属板相距为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，如图所示，OA ＝h ，此电子具有的初动能是(D )A.edh U B ．edUh C.eU dh D. eUh d解析：由动能定理：－F ·s ＝－12mv 20，∴－eE ·h ＝0－12mv 20，－e ·Ud ·h ＝0－E k0，∴E k0＝eUh d.3．如图为一匀强电场，某带正电的粒子从A 点运动到B 点．在这一运动过程中克服重力做的功为2.0 J ，电场力做的功为1.5 J ．下列说法中不正确的是(C)A ．粒子在B 点的重力势能比在A 点多2.0 J B ．粒子在B 点的电势能比在A 点少1.5 JC ．粒子在B 点的机械能比在A 点多0.5 JD ．粒子在B 点的动能比在A 点少0.5 J解析：根据克服重力做的功等于重力势能的增加量知A 项正确；根据电场力做的功等于电势能的减少量知B 项正确；根据功和能的关系知，即只有电场力做的功等于机械能的增加量知C 项错误；根据各个力做功的代数和等于动能的变化量知D 项正确．4．如图所示，电子在电势差为U 1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U 2的两块平行板间的电场中，入射方向跟极板平行，整个装置处于真空中，重力可忽略．在满足电子能射出平行板的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏角φ变大的是(B )A ．U 1变大，U 2变大B ．U 1变小，U 2变大C ．U 1变大，U 2变小D ．U 1变小，U 2变小 解析：偏转角：tan φ＝v yv x ，v y ＝at ＝qU 2md l v 0，在加速电场中有：12mv 2＝qU 1，v ＝2qU 1m，故：tan φ＝U 2l2U 1d，所以B 正确．二、不定项选择题5．一台正常工作的示波管，突然发现荧光屏上画面的高度缩小，则产生故障的原因可能是(AD )A ．加速电压突然变大B ．加速电压突然变小C ．偏转电压突然变大D ．偏转电压突然变小解析：设加速电压为U 1，偏转电压为U 2.则在加速电场中：qU 1＝12mv 20①偏转电场中：a ＝Eq m ＝U 2q md ，y ＝12at 2＝12U 2q md ·⎝ ⎛⎭⎪⎫l v 02②由①②联立得y ＝U 2l 24U 1d，所以答案为AD.6．(2014·中山模拟)如图所示，绝缘细线下挂着一带电小球，它的质量为m ，整个装置处于水平向右的匀强电场中．小球平衡时，细线与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g ，则(D)A ．小球一定是带负电B ．小球所受的电场力等于mgC ．若剪断悬线，则小球做曲线运动D ．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动解析：对小球受力分析如图所示，由qE 的方向知小球带正电，A 项错误；当θ＝45°时，qE ＝mg ，故B 项错误；剪断细线，小球在恒力F 的作用下由静止做匀加速直线运动，C 项错误、D 项正确．7．如图所示，平行板电容器充电后形成一个匀强电场，大小保持不变．让质子(11H)流以不同初速度，先、后两次垂直电场射入，分别沿a 、b 轨迹落到极板的中央和边缘，则质子沿b 轨迹运动时(ABD )A ．加速度相同B ．初速度更大C ．动能增量更大D ．两次的电势能增量相同解析：根据a ＝qE m，可知质子流竖直方向上的加速度相同，由于偏转位移大小相等，根据y ＝12at 2知运动时间相同，故水平位移越大，初速度越大，A 项正确，B 项正确；由于电场力相同，在电场力方向的竖直位移相同，故电场力做功一样，动能增量一样，电势能增量也一样，C 项错误，D 项正确．8．如图所示，平行板电容器两极板间的电场可看作是匀强电场，两板水平放置，板间相距为d ，一带负电粒子从上板边缘射入，沿直线从下板边缘射出，粒子的电荷量为q ，质量为m ，下列说法中正确的是(AC )A ．粒子的加速度为零B ．粒子的电势能减少3mgdC ．两板间的电势差为mgdqD ．M 板比N 板电势低 解析：由题可知粒子做匀速直线运动，故A 对，又mg ＝qE ，则U ＝mgdq，故C 对；粒子带负电，电场力向上，则M 板带正电，N 板带负电，M 板电势比N 板高，故D 错．又由电场力做负功可知电势能增加mgd .故B 错．9．如图所示，电量和质量都相同的带正电粒子以不同的初速度通过A 、B 两板间的加速电场后飞出，不计重力的作用，则(ABCD )A ．它们通过加速电场所需的时间不同B ．它们通过加速电场过程中速度的增量不同C ．它们通过加速电场过程中动能的增量相等D ．它们通过加速电场过程中电势能的减少量相等解析：A.粒子在匀强电场中做匀加速直线运动满足：vt ＋12at 2＝d ，又因为a ＝Uqdm ，由于电量和质量都相同，故加速度相同，由于初速度不同，故时间不等，故A 正确．B 、C.因为带电粒子的电荷量相等，故电场力做功相等W 电＝qU ，根据动能定理，电场力做功等于动能的改变量，由W 电＝E k －E k0，故它们通过加速电场过程中动能的增量相等，即ΔE k ＝12mv 2－12mv 20相等，虽然质量相等，但速度的增量不等，故B 正确，C 正确．D ．因为电场力W 电＝qU 一定，而电场力做功等于电势能的减少量，故D 正确．故选ABCD. 三、非选择题(按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)10．如图所示，水平放置的平行板电容器，与某一电源相连，它的极板长L ＝0.4 m ，两板间距离d ＝4×10－3m ，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v 0从两板中央平行极板射入，开关S 闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，已知微粒质量m ＝4×10－5kg ，电量q ＝＋1×10－8C ．(g 取10 m/s 2)求：(1)微粒入射速度v 0为多少？(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U 应取什么范围？解析：(1)由L 2＝v 0t ，d 2＝12gt 2，可解得：v 0＝L2gd＝10 m/s. (2)电容器的上板应接电源的负极．当所加的电压为U 1时，微粒恰好从下板的右边缘射出： d 2＝12a 1⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02，a 1＝mg －qU 1d m，解得：U 1＝120 V.当所加的电压为U 2时，微粒恰好从上板的右边缘射出：d 2＝12a 2⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02，a 2＝q U 2d －mgm， 解得：U 2＝200 V ，所以120 V<U <200 V.答案：(1)10 m/s (2)与负极相连 120 V<U <200 V11．如图所示，A 、B 为两块足够大的平行金属板，接在电压为U 的电源上．在A 板的中央P 点处放置一个电子放射源，可以向各个方向释放电子．设电子的质量为m ，电荷量为e ，射出的初速度为v .求电子打在B 板上的区域面积．(不计电子的重力)解析：研究打在最边沿处的电子，即从P 处平行于A 板射出的电子，它们做类平抛运动，在平行于A 板的方向做匀速直线运动，r ＝vt ，①d ＝12at 2＝12×eUmd×t 2，② 解①②方程组得电子打在B 板上圆形半径：r ＝dv2m eU，圆形面积S ＝πr 2＝2πmd 2v 2eU.答案：2πmd 2v 2eU。
1.6示波器的奥秘 学案(2020年粤教版高中物理选修3-1)
1.6示波器的奥秘学案（2020年粤教版高中物理选修3-1）第六节第六节示波器的奥秘示波器的奥秘学科素养与目标要求物理观念1.了解带电粒子在电场中只受电场力作用时的运动情况.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，它们受到重力的作用一般远小于静电力，故可以忽略2带电粒子的加速1带电粒子在电场中做加速直线运动的条件只受电场力作用时，初速度为零或电场力方向与初速度方向相同2质量为m，电荷量为q的粒子从静止开始，仅在电场力作用下，经电压为U的电场加速后，根据动能定理qU12mv2，得粒子到达另一极板的速度v2qUm.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运动性质沿初速度方向速度为v0的匀速直线运动垂直v0的方向初速度为零的匀加速直线运动2运动规律偏移距离因为tlv0，aqUmd，所以偏移距离y12at2qUl22mv02d.偏转角度因为vyatqUlmv0d，所以tanvyv0qUlmdv02.三.示波器探秘1结构如图2所示为示波管的结构图图21灯丝2.阴极3.控制极4.第一阳极5.第二阳极6第三阳极7.竖直偏转系统8.水平偏转系统9荧光屏示波器的核心部件是示波管，示波管外部是一个抽成真空的玻璃管，内部主要有1电子枪由发射电子的灯丝及加速电极阴极.阳极组成；2偏转系统水平偏转系统，竖直偏转系统；3荧光屏2原理1扫描电压XX偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形扫描电压；2灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如果在YY偏转极板上加一个随时间正弦变化的信号电压，在XX偏转极板上加上适当的偏转电压，在荧光屏上就会出现按YY偏转电压规律变化的可视图象1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示波管电子枪的作用是产生高速飞行的电子束，偏转电极的作用是使电子束偏转，打在荧光屏不同位置2.如图3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的一点射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度为________图3答案v022qUm解析由动能定理得qU12mv212mv02，解得vv022qUm.一.带电粒子的加速如图所示，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m41.671027kg，电荷量是质子的2倍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1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粒子的加速度为aqUmd.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qU12mv2v2qUm.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d12at2vataqUmd联立解得v2qUm.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，一般都不考虑重力2质量较大的微粒带电小球.带电油滴.带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都不能忽略重力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qU12mv212mv02.若初速度为零，则qU12mv2，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用例1如图4所示，在点电荷Q激发的电场中有A.B两点，将质子和粒子分别从A点由静止释放到达B点时，它们的速度大小之比为多少图4答案21解析质子和粒子都带正电，从A点释放都将受电场力作用加速运动到B点，设A.B两点间的电势差为U，由动能定理可知，对质子12mHvH2qHU，对粒子12mv2qU.所以vHvqHmqmH142121.针对训练1xx盐城市第三中学期中如图5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板时的时间和速率，下列说法正确的是图5A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，获得的速率不变答案C解析由于两极板之间的电压不变，所以极板之间的场强为EUd，电子的加速度为aqEmqUmd，电子在电场中一直做匀加速直线运动，由d12at2qUt22md，所以电子加速的时间为td2mqU，由此可见，两板间距离越小，加速时间越短，对于全过程，由动能定理可知，qU12mv2，所以电子到达B板时的速率与两板间距离无关，仅与加速电压U有关，故C正确，A.B.D错误二.带电粒子的偏转如图6所示，质量为m.电荷量为q的粒子以初速度v0垂直于电场方向射入两极板间，两极板间存在方向竖直向下的匀强电场，已知板长为l，板间电压为U，板间距离为d，不计粒子的重力图61运动分析及规律应用粒子在板间做类平抛运动，应用运动分解的知识进行分析处理1在v0方向做匀速直线运动；2在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动2.过程分析如图7所示，设粒子不与极板相撞图7v0方向粒子通过电场的时间tlv0电场力方向加速度aqEmqUmd离开电场时电场力方向分速度vyatqUlmdv0末速度与初速度方向夹角的正切值tanvyv0qUlmdv02离开电场时沿电场力方向的偏移量y12at2qUl22mdv02.3两个重要推论1粒子从偏转电场中射出时，其速度方向的反向延长线与初速度方向的延长线交于一点，此点为粒子沿初速度方向位移的中点2位移方向与初速度方向间夹角的正切值为速度偏转角正切值的12，即tan12tan.4分析粒子的偏转问题也可以利用动能定理，即qEyEk，其中y为粒子在偏转电场中沿电场方向的偏移量例2一束电子流经U15000V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8所示，两极板间电压U2400V，两极板间距d2.0cm，板长L15.0cm.图81求电子在两极板间穿过时的偏移量y；2若平行板的右边缘与屏的距离L25cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距离YO点位于平行板水平中线的延长线上；3若另一个质量为m 不计重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10.25cm20.75cm30.25cm0.75cm解析1加速过程，由动能定理得eU112mv02进入偏转电场，电子在平行于极板的方向上做匀速运动，L1v0t在垂直于极板的方向上做匀加速直线运动，加速度为aFmeU2dm偏移距离y12at2由得yU2L124dU1代入数据得y0.25cm2如图，由几何关系知yYL12L12L2得YL12L2L1y代入数据得Y0.75cm3因yU2L124dU1，YL12L2L1y，与粒子的质量m和电荷量q无关，故二价负离子经同样装置后，yy0.25cm，YY0.75cm.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”的学科素养例3长为L的平行金属板水平放置，两极板带等量的异种电荷，板间形成匀强电场，一个带电荷量为q.质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板垂直于电场线方向进入该电场，刚好从下极板边缘射出，射出时速度恰与水平方向成30角，如图9所示，不计粒子重力，求图91粒子离开电场时速度的大小；2匀强电场的场强大小；3两板间的距离答案123v0323mv023qL336L解析1粒子离开电场时，速度与水平方向夹角为30，由几何关系得速度vv0cos3023v03.2粒子在匀强电场中做类平抛运动，在水平方向上Lv0t，在竖直方向上vyat，vyv0tan303v03，由牛顿第二定律得qEma解得E3mv023qL.3粒子在匀强电场中做类平抛运动，在竖直方向上d12at2，解得d36L.针对训练2如图10所示，两个板长均为L的电极板，平行正对放置，两极板相距为d，极板之间的电势差为U，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图101极板间的电场强度E的大小2该粒子的初速度v0的大小3该粒子落到负极板时的末动能Ek.答案1Ud2LdUq2m3Uq1L24d2解析1两极板间的电压为U，两极板间的距离为d，所以电场强度大小为EUd.2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在垂直于极板方向上有d12at2根据牛顿第二定律可得aFm，而FEq 所以aUqdm解得v0LdUq2m.3根据动能定理可得UqEk12mv02解得EkUq1L24d2.1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，如图11所示，OAL，则此电子具有的初动能是图11A.edLUBedULC.eUdLD.eULd答案D解析电子从O点运动到A点，因受电场力作用，速度逐渐减小根据题意和题图判断，电子仅受电场力，不计重力根据能量守恒定律得12mv02eUOA.因EUd，UOAELULd，故12mv02eULd，所以D正确2带电粒子的偏转如图12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12A11,23B21,32C11,34D43,21答案D解析粒子在水平方向上做匀速直线运动xv0t，由于初速度相同，xAxB21，所以tAtB21，竖直方向上粒子做匀加速直线运动y12at2，且yAyB，故aAaBtB2tA214.而maqE，mqEa，mAmBqAqBaBaA134143.综上所述，D项正确3示波管的原理多选示波管的构造如图13所示如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的图13A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应带正电答案AC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xx宿迁市期末如图14所示，电子从静止开始被U180V的电场加速，沿直线垂直进入另一个场强为E6000V/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em1691011C/kg，不计电子的重力，偏转极板长为L6.0102m求图141电子经过电压U加速后的速度vx的大小；2电子在偏转电场中运动的加速度a的大小；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18106m/s21.11015m/s2345解析1根据动能定理可得eU12mvx2，解得vx8106m/s2电子在偏转电场中受到竖直向下的电场力，根据牛顿第二定律得aeEm，解得a3231014m/s21.11015m/s23电子在水平方向上做匀速直线运动，故tLvx 在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，故vyat，tanvyvx，联立解得45.。
2024-2025学年高中物理第1章电场第6节示波器的奥秘教案粤教版选修3-1
学生学习效果
1.理解并掌握示波器的基本原理，包括示波器的工作原理、构造以及功能。
2.能够熟练地操作示波器，包括正确的连接探头、调整参数以及观察和分析波形。
3.能够理解示波器在电场研究中的应用，通过实验观察并分析电信号，从而深入理解电场现象。
4.培养实验操作能力，包括正确使用示波器进行实验操作，能够独立完成实验并得到可靠的结果。
-独立完成实验任务，包括操作示波器、记录数据和分析结果。
-在小组讨论中，能够有效地沟通自己的观点，倾听并理解他人的意见。
-利用推荐的资源进行自主学习，探索示波器的高级应用技巧。
-通过对学习过程的反思，总结自己的学习成果，提出进一步改进的建议。
内容逻辑关系
①示波器的基本原理：介绍示波器的工作原理，包括示波器如何显示电信号，示波器的主要部件及其功能，如扫描generator、屏幕、探头等。
-设计预习问题：提出问题如“示波器是如何显示电信号的？”、“如何理解示波器上的横轴和纵轴？”
-监控预习进度：通过在线平台检查学生的预习笔记和提问。
学生活动：
-自主阅读预习资料：学生观看示波器原理的视频，阅读PPT和操作手册。
-思考预习问题：学生针对问题进行思考，并在笔记本上记录自己的理解。
-提交预习成果：学生通过在线平台提交自己的预习笔记和问题。
-对于小组讨论成果展示出色的学生，给予肯定和赞赏，鼓励他们在小组中发挥领导作用。
-对于随堂测试成绩优秀的学生，给予表扬和奖励，鼓励他们继续努力。
-对于实验操作表现优秀的学生，给予肯定和鼓励，强调实验操作的重要性。
-对于自主学习与拓展应用表现优秀的学生，给予肯定和赞赏，鼓励他们继续探索和实践。
高中物理粤教版选修3-1第1章第6节 示波器的奥秘 教学设计
高中物理粤教版选修3-1第1章第6节示波器的奥秘教学设计3．学生的认识特点：一方面，通过演示示波器的用途，使学生对本节内容产生浓厚的兴趣；另一方面，指出带电粒子在电场中的运动规律跟力学中的质点运动时相同的，只是在分析物体受力时，要注意电场力的存在，使学生没有畏难得负担。
教学中要引导学生理解解决问题的思路和方法，不要让学生死记硬背公式。
教学手段上要充分描绘运动的过程，化抽象为具体，启发学生思维。
教学内容：示波器的奥秘（第一课时-带电粒子的加速）教学过程：（一）复习力学及本章前面相关知识要点：动能定理、牛顿定律、场强等。
（二）新课教学1．示波管的原理（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器。
其核心部分是示波管（2）示波管的构造：由电子枪、偏转电极和荧光屏组成（如图）。
（3）原理：利用了电子的惯性小、荧光物质的荧光特性和人的视觉暂留等，灵敏、直观地显示出电信号随间变化的图线。
2.预备知识：在带电粒子的加速或偏转的问题中，何时考虑粒子的重力?何时不计重力? 一般来说：(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有特别说明或有明确暗示以外，一般都不考虑重力(但不忽略质量)。
(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有特别说明或有明显暗示以外，一般都不能忽略重力。
3．带电粒子在电场中的运动情况（平衡、加速和减速） ⑴若带电粒子在电场中所受合力为零时，即F 合＝0时，粒子将保持静止状态或匀速直线运动状态。
例1：带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电? 分析：带电粒子处于静止状态，F 合＝0，mg qE =，因为所受重力竖直向下，所以所受电场力必为竖直向上。
又因为场强方向竖直向下，所以带电体带负电。
例2：若带电粒子只受电场力，且与初速度方向在同一直线上，则： ◎打入正电荷（右图），将做匀加速直线运动。
结论：若带电粒子只受电场力，且与初速度方向在同一直线上，带电粒子将做加速或减速直线运动（变速直线运动）。
【创新设计】高二物理粤教版选修3-1课件1.6 示波器的奥秘 第1课时
1 2 at 2
d y≤ 2
2Ud 2 2 5000 1.0 1022 V=4.0 102 V 2 22 l 5.0 10
目标定位
预习导学
课堂讲义
对点练习
课堂讲义
三、示波管的工作原理
示波器的奥秘
(1)偏转电极不加电压时：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，
2 间的匀强电场，如图所示．若 进入偏转电场，电子在平行于板面 两板间距离 d＝ 1.0cm ，板长 l＝ 的方向上做匀速直线运动
5.0cm，那么，要使电子能从平
能加多大电压？
偏转 距离
l＝v0t
加速度 a
F eU ' m dm
行板间飞出，两个极板上最大 在垂直于板面的方向做匀加速直线运动
y
预习导学
课堂讲义
对点练习
课堂讲义
例 3 图为示波管的原理图．如 果在电极YY′之间所加的电压图 按图a所示的规律变化，在电极 XX′ 之间所加的电压按图 b 所示 的规律变化，则在荧光屏上会 看到的图形是( )B
信号电压
示波器的奥秘
扫描电压
解析 t＝0时
UX＜0且最大 水平向左偏转距离最大
U Y＝ 0 竖直方向距离为零 电子向Y板偏转
Ul 2 y= 4U0d
tan = Ul 2U 0d
qU 0
1 2 mv0 ④ 2
tan
qU l 2 mdv0
y和tanθ与m和q均无关
目标定位
预习导学
课堂讲义
对点练习
课堂讲义
例 2 一束电子流在经U＝5000 解析
1.6 示波器的奥秘 课件(粤教版选修3-1).
学习目标
1.理解并掌握点电荷在匀强电场中运动的特点和规律， 能够正确分析和解答点电荷在电场中的加速和偏转方面 的问题． 2.知道示波管的构造和基本原理.
思维启迪
如图161所示，示波器是一种常用的电子仪器，它的内部 的核心部件是示波管，它常用来显示电信号随时间变化的 情况．振动、光、温度等的变化可以通过传感器转化成电 信号的变化，然后再用示波器来研究.
如图 1-6-6 所示，在点电荷＋Q 的电场中有 A、B 两点， 将质子和 α 粒子分别从 A 点由静止释放到达 B 点时，它们的 速度大小之比为多少？
图166
解析：质子和 α 粒子都是正离子，从 A 点由静止释放将受电场
力作用加速运动到 B 点，设 A、B 两点间的电势差为 U，由动
能定理有：对质子：12mHv2H＝qHU，
【思考】 带电粒子在电场中偏转的力学本质、运动学本质和 能量本质区别是什么？ 答案：带电粒子在电场中受到静电力的作用，沿电场方向做匀 加速直线运动，垂直电场方向做匀速直线运动，静电力对带电 粒子做功的多少是电势能变化的度量．
三、示波管 示波器的工作原理并不神秘，只是带电粒子在示波管中的电场 里加速和偏转问题． 1．构造及功能(图 1-6-2)；
图 1-6-7
1．穿越偏转电场的时间：t＝Lv01. 2．离开偏转电场的速度：
v＝ v20＋v2y＝ v20＋qmUd2vL2012 偏角 tanφ＝vv0y＝qmUd2vL201＝2Ud2UL11 3．位移：x＝v0t.y＝12at2＝2qmUd2xv220＝4UU2x1d2 离开电场时的侧移： y＝4UU2L1d21 位移夹角 tanα＝2qmUd2Lv120＝4UU2L1d1
(2)电子离开偏转电场时，垂直 O1O3方向的速度 v2＝at1＝meUd2vL1， 从 P1 到 P2 的运动时间 t2＝L′/v1，电子离开偏转电场后，垂 直 O1O3 方向运动的位移 y2＝v2t2＝L2Ld′UU1 2，P2 点与 O3 点的距 离 y＝y1＋y2＝2LdUU21L2＋L′. 该示波器的灵敏度 Uy2＝2dLU1L2 ＋L′. 答案：(1)4Ld2UU21 (2)2dLU1L2＋L′