高中物理第一章电场第六节示波器的奥秘时导学案粤教选修
_高中物理第一章电场第六节示波器的奥秘教学案粤教选修3_1
_高中物理第一章电场第六节示波器的奥秘教学案粤教选修3_11.带电粒子仅在电场力作用下加速时，可根据动能定理求速度。
2．带电粒子以速度v0垂直进入匀强电场时，如果仅受电场力，则做类平抛运动。
3．示波管利用了带电粒子在电场中的加速和偏转原理。
一、带电粒子的加速如图161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161(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Ek＝mv2。
(3)根据动能定理可知，qU＝mv2，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。
二、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为零的匀加速直线运动。
三、示波器探秘1．结构如图162所示为示波管的结构图。
1．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.荧光屏图1622．原理(1)发射电子：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子。
(2)形成亮斑：电子经过电场加速聚焦后形成一很细的电子束射出，电子打在荧光屏上形成一个小亮斑。
(3)控制位置：亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平偏转极上的电压大小来控制。
1．自主思考——判一判(1)基本带电粒子在电场中不受重力。
(×)(2)带电粒子仅在电场力作用下运动时，动能一定增加。
(×)(3)带电粒子在匀强电场中偏转时，其速度和加速度均不变。
(×)(4)带电粒子在匀强电场中无论是直线加速还是偏转，均做匀变速运动。
(√)(5)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发生偏转，打在荧光屏的不同位置。
高中物理 第一章 电场 第六节 示波器的奥秘学案 粤教
第六节 示波器的奥秘一、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，加速电压为U ，则它的末动能为12mv 2＝____＝____．2．不计重力，若带电粒子q 以与电场线平行的初速度v 0进入匀强电场，则qU ＝______________________．预习交流不计重力，在非匀强电场中，带电粒子q 在静电力作用下以初速度v 0进入该电场，qU ＝12mv 2－12mv 20还成立吗？ 二、带电粒子的偏转设偏转平行导体板长为l ，两板间距为d ，两板间电压为U 2．若质量为m 、带电荷量为q 的带电粒子垂直场强方向以速度v 0射入电场，则：粒子将做______________，如图所示．1．粒子在电场中的运动时间为t ＝________． 2．粒子在电场中的侧移距离为 y ＝12at 2＝________________＝12qU md （lv 0）2＝______________． 3．粒子偏转的角度tan θ＝__________＝qlU dmv 20． 三、示波器探秘 1．构造示波器的核心部件是________（如下图）它主要由________（由发射电子的灯丝和加速电极组成）、____________（一对X 偏转电极板和一对Y 偏转电极板组成）和________组成．2．原理灯丝被电源加热后，出现________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．答案：一、1．W qU 2．12mv 2－12mv 20 预习交流：答案：成立 二、类平抛运动1．l v 02．12qE m ·t 2 ql 2U 2mdv 20 3．v y v 0三、1．示波管 电子枪 偏转电极板 荧光屏 2．热电子一、带电粒子在电场中的加速如图为一直线加速器，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？如图所示，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 板时的速度，下列解释正确的是（ ）．A ．两板间距离越大，加速的时间就越长，获得的速率就越大B ．两板间距离越小，加速度就越大，获得的速度就越大C ．与两板间距离无关，仅与加速电压U 有关D ．以上解释均不正确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．（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：qU ＝12mv 2（初速度为零时）；qU ＝12mv 2－12mv 20（初速度不为零时）这种方法既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场． 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带电粒子：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确暗示以外，一般都不能忽略重力．二、带电粒子在电场中的偏转如图所示为汤姆孙当年设计的阴极射线管，在电场作用下由阴极C 发出的阴极射线（电子流），通过A 和B 聚焦，从另一对电极D 和E 间的电场中穿过……他利用当时最先进的真空技术获得的高真空，终于使阴极射线在电场中发生了稳定的电偏转．你知道带电粒子在DE 间做什么性质的运动吗？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的两块平行极板间的电场中，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的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（ ）．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1．对粒子偏转角的讨论在图中，设带电粒子质量为m 、带电荷量为q ，以速度v 0垂直于电场线射入匀强偏转电场，偏转电压为U 1．若粒子飞出电场时偏角为θ，则tan θ＝qU 1lmv 20d．①（1）若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U 0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：qU 0＝12mv 20②由①②式得：tan θ＝U 1l2U 0d③由③式可知，粒子的偏角与粒子的q 、m 无关，仅决定于加速电场和偏转电场．即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场后，它们在电场中的偏转角度总是相同的．（2）粒子从偏转电场中射出时的偏距 y ＝12at 2＝12·qU 1dm ·（lv 0）2，作粒子速度的反向延长线，设交于O 点，O 点与电场边缘的距离为x ，则x ＝ytan θ＝qU 1l 22dmv 20qU 1l mv 20d＝l 2④ 由④式可知，粒子从偏转电场中射出时，就好像是从极板间的l /2处沿直线射出一样．2．示波管的原理（1）如下图所示为示波管的结构图．1．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（2）原理：灯丝通电后给阴极加热，使阴极发射电子．电子经阳极和阴极间的电场加速聚集形成一个很细的电子束射出，电子打在管底和荧光屏上，形成一个小亮斑．亮斑在荧光屏上的位置可以通过调节竖直偏转极与水平偏转极上的电压大小来控制．如果加在竖直极板上的电压是随时间正弦变化的信号，并在水平偏转板上加上适当的偏转电压，荧光屏上就会显示出一条正弦曲线．1．下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U 的电场加速后，粒子速度最大的是（ ）．A ．质子（11H ）B ．氘核（21H ）C ．氦核（42He ）D ．钠离子（Na ＋）2．如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空，A 为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ．电子离开阴极时的速度可以忽略．电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v ．下面的说法中正确的是（ ）．A ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度变为2vB ．如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变，则电子离开K 时的速度为v 2C ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度变为v2D ．如果A 、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开K 时的速度为22v 3．如图所示，两极板与电源相连接，电子从负极板边缘垂直电场方向射入匀强电场，且恰好从正极板边缘飞出，现在使电子射入速度变为原来的两倍，而电子仍从原来位置射入，且仍从正极板边缘飞出，则两极板间距离应变为原来的（ ）．A ．2倍B ．4倍C ．12D ．144．两平行金属板间有匀强电场，不同的带电粒子都以垂直于电场线方向飞入该电场，要使这些粒子经过匀强电场后有相同大小的偏转角，则它们应具备的条件是（不计重力作用）（ ）．A ．有相同的初动能和相同的荷质比B ．有相同的初动量和相同的荷质比C ．有相同的初速度和相同的荷质比D ．只要有相同的荷质比就可以5．让质子和氘核的混合物沿与电场垂直的方向进入匀强电场，要使它们最后的偏转角相同，这些粒子进入电场时必须具有相同的（ ）．A ．初速度B ．初动能C ．加速度D ．无法确定答案：活动与探究1：答案：带电粒子在电场力作用下不断被加速．迁移与应用1：C 解析：由qU ＝12mv 2知v ＝2qUm，v 仅与U 有关．活动与探究2：答案：类平抛运动．迁移与应用2：B 解析：设带电粒子经U 1加速后速度为v 0，经偏转电场U 2偏转后射出时侧向速度为v y ．电子在加速电场中qU 1＝12mv 2在偏转电场中v y ＝at ＝qU 2md ·l v 0 所以偏转角tan θ＝v y v 0＝U 2l2U 1d显然，要使θ变大，可使U 1减小、U 2增大，故只有B 正确．当堂检测 答案：1．A 解析：由qU ＝12mv 2得v ＝2qU m ，所以荷质比qm越大的带电粒子获得的速度越大，故A 正确．2．D 解析：由动能定理qU ＝12mv 2得v ＝2qUm，带电粒子的速度v 与U 成正比，与A 、K 间距离无关，故D 正确．3．C 解析：第1次射入时初速度为v 0，板间距为d ，则有l ＝v 0t ，d ＝12qU md·t 2可得d＝qUl 22mv 20，当初速度v ＝2v 0时，d ′＝d 2，C 项正确． 4．C 解析：设金属板长为L ，两板间电压为U ，板间距为d ，粒子进入电场时速度为v ，在电场中运动时间为t ＝L v ，在离开电场时沿电场线方向上的速度为v y ，则v y ＝at ＝qU md ·Lv．所以带电粒子离开电场时与原方向v 的夹角θ，即偏转角，如图所示．tan θ＝v y v ＝qULmdv2显然A、B、D项错误，C正确．5．B 解析：带电粒子在电场中发生偏转时，偏转角θ满足tan θ＝qULmv20d，质子和氘核所带电荷量相同，因此，只要初动能相同，θ角就相同．。
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。
广东省广州市高中物理 第一章 电场 第六节 示波器的奥秘 粤教版选修3-1
tan
qUL mdv02
（3）侧向位移与偏向角： y
L
tan
2
（4）侧向速度：
qUL vy mdv0
示波管的构造及功能
1、电子枪：发射并加速电子 2、竖直偏转电极：使电子束竖直偏转（加信号电压） 3、水平偏转电极：使电子束水平偏转（加扫描电压） 4、荧光屏：显示图象
典型例题
如图所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静 止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行金 属板间的电场中，方向与极板平行，整个装置处在 真空中，重力可忽略不计，在满足电子能射出平行 板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子偏 转角增大的是：( ) 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
二.水平偏转的最高点
例2：一带电粒子以竖直向上的初速度v自A点 进入场强为E、方向水平向右的匀强电场，粒 子受到的电场力大小等于重力，当粒子到达B 点时，速度大小等于v，但方向变为水平，求 A、B之间的电势差等于多少？从A到B所经历 的时间为多少？
B
E
A v0
E
2、带电粒子的偏转：
L
带电粒子作类平抛运动：
+++ ++
在平行于极板的方
v0
+
向做匀速直线运动：
y
L v0t
-- - - -
在垂直于极板的方向做初速为零的匀加速
直线运动：
y 1 at 2 2
a F qU m md
（1）侧向位移： （偏移量）
qUL2 y 2mdv02
（2）偏向角：
二.典型例题 【例题2】下列粒子从初速度为零的状态经过加 速电压为U的电场后，哪种粒子的速率最大[ ]
粤教版高中物理选修(31)1.6《示波器的奥秘》word导学案
【学习目标】1、能记住带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理2、会运用带电粒子在匀强电场中的运动规律，分析解决问题。
3、体念示波管的构造和原理【学习重点与难点】1、理解带电粒子在匀强电场中加速和偏转的原理；用带电粒子在匀强电场中的运动规律，分析解决问题2、示波管的构造和原理【使用说明与学法指导】1、带着预习案中问题导学中的问题自主设计预习提纲，通读教材P20-P22页内容，阅读随堂优化训练资料P21-P22页内容，对概念、关键词、等进行梳理，作好必要的标注和笔记。
2、认真完成基础知识梳理，在“我的疑惑”处填上自己不懂的知识点，在“我的收获”处填写自己对本课自主学习的知识及方法收获。
3、熟记、理解基础知识梳理中的重点知识。
一、问题导学1、带电粒子的重力是否都忽略？2、带电粒子在电场中注要做直线运动或类平抛运动，研究他们的方法有哪些？3、示波器的原理是什么？二、知识梳理1．利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子________；利用电场使带电粒子________．2． 带电粒子在电场中加速问题带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场时，此时带电粒子做加（或减）速运动，一般用动能定理解决：电场力做的功等于 ，写成公式： 。
3．带电粒子在电场中偏转问题当带电粒子进入匀强电场时的速度方向与电场线垂直时，带电粒子在电场中做匀变速运动，即类似平抛的运动，我们完全可以类比于解决平抛问题的方法去解决问题．（1）把运动分解为垂直于电场方向上的一个分运动——匀速直线运动：=x v ，=x ；（2）另一个是平行于场强方向上的分运动——匀加速运动，=y v ,a= ,=y ，粒子的偏转角为=ϕtg 。
4.示波器的原理： 。
三、预习自测1. 一个不计重力的带电微粒，进入匀强电场没有发生偏转，则该微粒 ( )A. 运动速度必然增大 B ．运动速度必然减小探究1、带电粒子在电场中加速：【例1】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1—8—3所示，OA ＝h ，此电子具有的初动能是 ( )A ．U edhB ．edUhC ．dh eUD ．d eUh思路小结： 练习1：（双选）如图所示,水平放置的充电平行金属板相距为d ,其间形成匀强电场,一带正电的油滴从下极板边缘射入,并沿直线从上极板边缘射出,油滴的质量为m ,带电荷量为q ,则（ ）A .场强的方向竖直向上B .场强的方向竖直向下C .两极板间的电势差为mgd/qD .油滴的电势能增加了mgd探究2、带电粒子在电场中的偏转：例2、如图所示 ，平行金属板长为L ，一个带电为+q ，质量为m 的粒子以初速度v 0紧贴上板垂直射入电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成30O 角，粒子重力不计。
【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 第1章 电场 第6节 示波器的奥秘学案 粤教版选修3-1
第六节 示波器的奥秘[学习目标] 1.掌握带电粒子在电场中的加速、偏转规律并分析其加速度、速度和位移等物理量的变化．(重点) 2.掌握带电粒子在电场中加速、偏转时的能量转化．(重点、难点) 3.了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响．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，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于静电力，可以忽略．2．带电粒子加速问题的处理方法：利用动能定理分析．初速度为零的带电粒子，经过电势差为U 的电场加速后，qU ＝12mv 2，则v二、带电粒子的偏转(垂直进入匀强电场) 1．运动特点(1)垂直电场方向：不受力，做匀速直线运动．(2)沿着电场方向：受恒定的电场力，做初速度为零的匀加速直线运动．2．运动规律三、示波器探秘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(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，如图所示．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，如在Y偏转板上加一个信号电压，在X偏转板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y 偏转电压规律变化的可视图象．1．正误判断(1)带电粒子在电场中加速时，不满足能量守恒． (×) (2)带电粒子在匀强电场中一定做类平抛运动．(×) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时，粒子做匀变速曲线运动． (√) (4)示波器是带电粒子加速和偏转的综合应用． (√) (5)电视机光屏越大，则偏转电压对应也较大．(√)2．下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U 的电场加速后，粒子速度最大的是( ) A ．质子 B ．氘核 C ．氦核D ．钠离子 A [由动能定理得qU ＝12mv 2，v ＝2qUm，所以比荷q m大的速度大，A 正确．]3．(多选)示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果在荧光屏上P 点出现亮斑，那么示波管中的( )A．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AC[由题意电子偏到XOY的区域，则在偏转电极YY′上应向右上运动，故Y板带正电，C正确，D错误；在偏转电极XX′上应向右运动，故X板带正电，A正确，B错误．](1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)．(2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．2．问题处理的方法和思路(1)分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速；直线还是曲线)，然后选用恰当的规律解题．(2)解决这类问题的基本思路是：①用运动和力的观点：牛顿定律和运动学知识求解； ②用能量转化的观点：动能定理和功能关系求解． 3．应用动能定理处理这类问题的思路(粒子只受电场力)(1)若带电粒子的初速度为零，则它的末动能12mv 2＝qU ，末速度v ＝2qUm.(2)若粒子的初速度为v 0，则12mv 2－12mv 20＝qU ，末速度v ＝v 20＋2qUm.【例1】 (多选)如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空．A 为发射电子的阴极，K 为接在高电势点的加速阳极，A 、K 间电压为U ，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K 的小孔中射出时的速度大小为v .下面的说法中正确的是( )A．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度仍为v B．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度变为v/2C．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为2 2 vD．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v/2AC[根据动能定理得eU＝12mv2，得v＝2eUm可知，v与A、K间距离无关，则若A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度仍为v，故A正确，B错误；根据v＝2eU m可知电压减半时，则电子离开K时的速度变为22v，故C正确，D错误．]1.如图所示，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( )A ．2qUmB ．v 0＋ 2qUmC ．v 20＋2qU mD ．v 20－2qU mC [由动能定理得qU ＝12mv 2－12mv 20，解得v ＝v 20＋2qUm，选项C 正确．](1)初速度方向⎩⎪⎨⎪⎧速度：v x ＝v 0位移：x ＝v 0t(2)电场线方向⎩⎪⎨⎪⎧速度：v y ＝at ＝qU md ·l v 0位移：y ＝12at 2＝12·qU md ·l2v2(3)离开电场时的偏转角：tan α＝v y v 0＝qUlmdv 20(4)离开电场时位移与初速度方向的夹角：tan β＝y l ＝qUl2mv 20d. 2．几个常用推论 (1)tan α＝2tan β.(2)粒子从偏转电场中射出时，其速度反向延长线与初速度方向延长线交于沿初速度方向分位移的中点．(3)以相同的初速度进入同一个偏转电场的带电粒子，不论m 、q 是否相同，只要qm相同，即荷质比相同，则偏转距离y 和偏转角α相同．(4)若以相同的初动能E k 0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α相同．(5)不同的带电粒子经同一加速电场加速后(即加速电压相同)，进入同一偏转电场，则偏转距离y 和偏转角α相同⎝ ⎛⎭⎪⎫y ＝U 2l 24U 1d ，tan α＝U 2l 2U 1d .【例2】 如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L 、电场强度为E 的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L 处有一与电场平行的屏．现有一电荷量为＋q 、质量为m 的带电粒子(重力不计)，以垂直于电场线方向的初速度v 0射入电场中，v 0方向的延长线与屏的交点为O .试求：(1)粒子从射入电场到打到屏上所用的时间？(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan α. (3)粒子打到屏上的点P 到O 点的距离x .思路点拨：(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动． (2)带电粒子在右侧虚线的右侧做匀速直线运动． (3)粒子在水平方向的速度始终为v 0.[解析] (1)根据题意，粒子在垂直于电场线的方向上做匀速直线运动，所以粒子从射入电场到打到屏上所用的时间t ＝2Lv 0.(2)设粒子射出电场时沿平行电场线方向的速度为v y ，根据牛顿第二定律，粒子在电场中的加速度为a ＝Eq m ，所以v y ＝a L v 0＝qELmv 0，所以粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值为tan α＝v y v 0＝qELmv 20.(3)方法一：设粒子在电场中的偏转距离为y ，则y ＝12a ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02＝qEL 22mv 20，又x ＝y ＋L tan α，解得：x ＝3qEL 22mv 20.方法二：x ＝v y L v 0＋y ＝3qEL22mv 20.方法三：由x y ＝L ＋L 2L 2得x ＝3y ＝3qEL22mv 20.[答案] (1)2L v 0 (2)qEL mv 20 (3)3qEL22mv 20计算粒子打到屏上的位置离屏中心的距离Y 的四种方法(1)Y ＝y ＋d tan θ(d 为屏到偏转电场的水平距离)．(2)Y ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫L2＋d tan θ(L 为电场宽度)． (3)Y ＝y ＋v y ·dv 0.(4)根据三角形相似：Y y ＝L2＋d L2.训练角度1.不同粒子的偏转比较2.如图所示，有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的小球，从带电的平行板电容器极板左侧中央以相同的水平速度v 0垂直于电场线方向射入匀强电场中．在重力、电场力共同作用下，三球沿不同的轨道运动，最后都落到极板上，则( )A ．三个粒子在电场中运动的时间相同B ．A 粒子带负电C ．三者落在板上的动能关系为E kC >E kB >E kAD ．三者都做平抛运动C [粒子在水平方向做初速度相同的匀速运动，水平位移越大运动时间越长，故运动的时间t A >t B >t C ；在竖直方向做匀加速运动，侧向位移y ＝12at 2，且三者侧向位移一样，故加速度a C >a B >a A ，静电力与重力的合力关系为F C >F B >F A ，即C 带负电、B 不带电、A 带正电．由于合力做功W C >W B >W A ，根据动能定理，粒子动能的增加量为E kC >E kB >E k A .]训练角度2.带电粒子先加速再偏转3．如果质子经一加速电压加速(U ＝5 000 V)，如图所示，从中间位置垂直进入一匀强电场(d ＝1.0 cm ，l ＝5.0 cm)，偏转电压U ′＝400 V ．质子能飞出电场吗？如果能，偏移量是多大？[解析] 在加速电场：qU ＝12mv 2① 在偏转电场：l ＝v 0t② a ＝F m ＝qU ′md③ 偏移量y ＝12at2④由①②③④得：y ＝U ′l 24Ud上式说明y 与q 、m 无关， 解得y ＝0.5 cm ＝d2即质子恰好从板的右边缘飞出 [答案] 能 0.5 cm交变电压U 0，其周期是T .现有电子以平行于金属板的速度v 0从两板中央射入．已知电子的质量为m ，电荷量为e ，不计电子的重力，求：甲 乙(1)若电子从t ＝0时刻射入，恰能平行于金属板飞出，则金属板至少多长？(2)若电子从t ＝0时刻射入，在t ＝32T 时刻恰好能从A 板的边缘飞出，则两极板间距多远？[解析] (1)电子在水平方向上做匀速直线运动，恰能平行的飞出电场，说明电子在竖直方向上的速度恰好为零，故所用时间应为t ＝nT .当n ＝1时，金属板长度最小，为L min ＝v 0T . (2)电子恰能从A 板的边缘飞出，则y ＝d2在竖直方向上，电子经历的过程为初速度为零的匀加速直线运动，然后减速到零，最后再经历初速度为零的匀加速直线运动，三个阶段的时间都为T2，所以由d2＝3×12×U 0e md ⎝ ⎛⎭⎪⎫T 22，解得d ＝3eU 0T 24 m ＝T2m3eU 0m . [答案] (1)L min ＝v 0T (2)d ＝3eU 0T 24 m ＝T2 m3eU 0m(1)当空间存在交变电场时，粒子所受电场力方向将随着电场方向的改变而改变，粒子的运动性质也具有周期性．(2)研究带电粒子在交变电场中的运动需要分段研究，并辅以v t 图象．特别注意带电粒子进入交变电场时的时刻及交变电场的周期．训练角度1.带电粒子在交变电场中的直线运动4．(多选)如图所示为匀强电场的电场强度E 随时间t 变化的图象．当t ＝0时，在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子，设带电粒子只受电场力的作用，则下列说法中正确的是( )A ．带电粒子将始终向同一个方向运动B ．2 s 末带电粒子回到原出发点C ．3 s 末带电粒子的速度为零D ．0～3 s 内，电场力做的总功为零CD [设第1 s 内粒子的加速度为a 1，第2 s 内的加速度为a 2，由a ＝qE m可知，a 2＝2a 1，可见，粒子第1 s 内向负方向运动，1.5 s 末粒子的速度为零，然后向正方向运动，至3 s 末回到原出发点，粒子的速度为0，v t 图象如图所示，由动能定理可知，此过程中电场力做的总功为零，综上所述，可知C 、D 正确．]训练角度2.带电粒子在交变电场中的偏转5．如图甲所示，热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计，电子发射装置的加速电压为U 0，电容器板长和板间距离均为L ＝10 cm ，下极板接地，电容器右端到荧光屏的距离也是L＝10 cm ，在电容器两极板间接一交变电压，上极板的电势随时间变化的图象如图乙所示．(每个电子穿过平行板的时间都极短，可以认为电压是不变的)求：甲 乙(1)在t ＝0.06 s 时刻，电子打在荧光屏上的何处． (2)荧光屏上有电子打到的区间有多长？ [解析] (1)电子经电场加速满足qU 0＝12mv 2经电场偏转后侧移量 y ＝12at 2＝12·qU 偏mL ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 2 所以y ＝U 偏L4U 0，由图知t ＝0.06 s 时刻U 偏＝1.8U 0， 所以y ＝4.5 cm设打在屏上的点距O 点的距离为Y ，满足Y y＝L ＋L 2L2所以Y ＝13.5 cm.(2)由题知电子侧移量y 的最大值为L2，所以当偏转电压超过2U 0，电子就打不到荧光屏上了，所以荧光屏上电子能打到的区间长为3L ＝30 cm.[答案] (1)打在屏上的点位于O 点上方，距O 点13.5 cm(2)30 cm课堂小结知识脉络1.质量很小的基本粒子，如电子、质子、α粒子等不计重力，但带电颗粒、液滴等往往要考虑重力.2.带电粒子在匀强电场中的偏转为类平抛运动，可用运动的合成与分解思想求解.3.示波管主要由电子枪、偏转电极和荧光屏组成.1.(多选)一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左．不计空气阻力，则小球( )A ．做直线运动B ．做曲线运动C ．速率先减小后增大D ．速率先增大后减小BC [由题意知，小球受重力、电场力作用，合外力的方向与初速度的方向夹角为钝角，故小球做曲线运动，所以A 项错误，B 项正确；在运动的过程中合外力先做负功后做正功，所以C 项正确，D 项错误．]2.如图所示，有一带电粒子(不计重力)贴着A 板沿水平方向射入匀强电场，当偏转电压为U 1时，带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出；当偏转电压为U 2时，带电粒子沿②轨迹落到B 板中间；设粒子两次射入电场的水平速度相同，则两次偏转电压之比为( )A ．U 1∶U 2＝1∶8B ．U 1∶U 2＝1∶4C ．U 1∶U 2＝1∶2D ．U 1∶U 2＝1∶1A [设带电粒子的质量为m ，带电荷量为q ，A 、B 板的长度为L ，板间距离为d .则：d2＝12a 1t 21＝12·qU 1md ⎝ ⎛⎭⎪⎫L v 02 d ＝12a 2t 22＝12·qU 2md ⎝ ⎛⎭⎪⎫L 2v 02解以上两式得U 1∶U 2＝1∶8，A 正确．]3．示波管可以用来观察电信号随时间的情况，其内部结构如图所示，如果在电极YY ′之间加上如图(a )所示的电压，在XX ′之间加上如图(b )所示电压，荧光屏上会出现的波形是( )C [电极YY ′之间加上图(a )所示的电压，则粒子的偏转位移在上下进行变化，而在XX ′之间加上图(b )所示电压时，粒子将分别打在左右各一个固定的位置，因此只能打出图C 所示的图象，故C 正确，A 、B 、D 错误．]4．如图所示，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 ，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 )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)极板间的电场强度E 的大小． (2)该粒子的初速度v 0的大小．(3)该粒子落到下极板时的末动能E k 的大小．[解析] (1)两极板间的电压为U ，两极板的距离为d ，所以电场强度大小为E ＝U d. (2)带电粒子在极板间做类平抛运动，在水平方向上有L ＝v 0t 在竖直方向上有d ＝12at 2根据牛顿第二定律可得：a ＝F m，而F ＝Eq 所以a ＝Uq dm解得：v 0＝L d Uq 2m. (3)根据动能定理可得Uq ＝E k －12mv 2- 21 - 解得E k ＝Uq ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋L 24d 2. [答案] (1)U d (2)L dUq 2m (3)Uq ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋L 24d 2。
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、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六节示波器（第二课时）【自主学习】一、学习目标1.知识与技能（1）理解带电粒子在匀强电场中的偏转原理2.过程与方法通过探究物理规律，了解研究方法，尝试解决实际问题3.情感、态度与价值观培养学生参与科学探究活动的热情4.重点难点理解掌握带电粒子在匀强电场中的偏转远离5.自主学习1、在示波器中处理带电粒子在电场中的偏转可采用分解法，可分解成沿初速方向的______________________和沿电场力方向的___________________来分析、处理。
要点透析问题一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1、如图所示，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：（1）v0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tanθ.第六节 示波器（第二课时）【课堂检测】1. 一电子以初速度V 0沿垂直场强方向射入两平行金属板间的匀强电场中，现减小两板间的电压，则电子穿越两平行板所需的时间 （ ）A ．随电压的减小而减小 B.随电压的减小而增大 C ．与电压减小与否无关 D.随两板间距离的增大而减少2.带电粒子经加速电场加速后垂直进入两平行金属板间的偏转电场，要使它离开偏转电场时偏转角增大，可采用的方法有 （ ）A.增加带电粒子的电荷量B.增加带电粒子的质量C.增高加速电压D.增高偏转电压3. 三个质量相同,分别带有正电、负电、不带电的粒子A 、B 、C,从水平放置的平行带电金属板左侧P 点以相同速度v 0垂直电场线方向射入匀强电场,分别落在带正电极板上不同的三点,如图所示,下面判断正确的是( )A.三个粒子在电场中运动的加速度大小关系为:a b >a c >a aB.三个粒子在电场中运动的时间相等C.三个粒子到达下极板时的动能关系为:E kA >E kB >E kCD.三个粒子所受到电场力大小关系为:F a =F b >F c 课 堂 检测案课 堂第六节示波器（第二课时）【当堂训练】1．如图所示，初速度为零的电子在电势差为U1的电场中加速后，垂直进入电势差为U2的偏转电场，在满足电子能射出偏转电场的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角度变大的是( )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2. 如图所示，氕、氘、氚的原子核自初速为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么( )A．经过加速电场过程，电场力对氚核做的功最多B．经过偏转电场过程，电场力对三种核做的功一样多C．三种原子核打在屏上时的速度一样大D．三种原子核都打在屏上的同一位置上3. 如图所示，O1O2为带电平行板电容器的中轴线，三个相同的带电粒子沿轴线射入两板间．粒子1打到B板的中点，粒子2刚好打在B板边缘，粒子3从两板间飞出，设三个粒子只受电场力作用，则( )A．三个粒子在电场中运动时间关系为t1＜t2＝t3B．三个粒子在电场中运动时间关系为t1＝t2＞t3C．三个粒子在电场中运动的初速度关系为v1＝v2＝v3D．三个粒子在飞行过程中动能的变化量关系为ΔE1＝ΔE2＝ΔE34. 如图所示，质量为m、电荷量为q的带电微粒以某一初速度从左端水平向右射入两带等量异种电荷的平行金属板之间，恰好能沿其中线匀速穿过．两金属板的板长为L，板间距离为d.若将两板的带电荷量都增大到原来的2倍，让该带电微粒仍以同样的初速度从同一位置射入，微粒将打在某一极板上，则该微粒从射入到打在极板上需要的时间是( )A. 2dgB.dgC.d2gD.d4g第六节 示波器（第二课时） 【巩固拓展】1.长为L 的平行金属板电容器，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为＋q ，质量为m 的带电粒子，以初速度v 0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下板成30°角，如图6所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离．3. 如图所示，水平放置的两平行金属板，板长为10 cm ，两板相距2 cm.一束电子以v 0＝4.0×107m/s 的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距板右端L 为45 cm 、宽D 为20 cm 的荧光屏上．(不计电子重力，荧光屏中点在两板间的中央线上，电子质量m ＝0.9×10－30kg ，电荷量e ＝1.6×10－19C)求：(1)电子飞入两板前所经历的加速电场的电压；(2)为了使点电荷能射中荧光屏所有位置，两板间所加电压的取值范围．选修3-1 第一章 电场第六节 示波器（第二课时） 参考答案课前先学案 自主学习 1、匀速直线运动 匀加速直线运动要点透析：问题一：1. 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.课 后 拓展案在水平方向102qU ml v l t ==. （3）dqU qE F d U E 22===. （4）md qU m F a 2==. （5）121222mU qdl U qU ml md qU at v y =•==.（6）1222221222024U md U ql U qd v v v y +=+=. （7）1221222422121dU U l qU ml 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 mmU q dlU 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).课堂检测案1、C 2、D 3、A课堂训练案1、B 2、BD 3、B 4、B课后拓展案 1、答案 3mv 203qL 36L解析 由题意知tanθ＝ v ⊥v 0①v ⊥＝at ② a ＝qEm ③t ＝Lv 0 ④ 由①②③④得E ＝mv 20tan θqL [将θ＝30°代入得：E ＝3mv 23qL由题意知两板间距离d 等于竖直方向的偏转量y ，则 d ＝y ＝12at 2＝12qE m (L v 0)2将E 代入得d ＝36L.2、答案：(1)4.50×103V (2)－360 V ～360 V解析：(1)设加速电场的电压为U 1，由动能定理可得eU 1＝12mv 20－0化简得U 1＝mv 202e，代入数据得U 1＝4.50×103V.(2)如下图所示，设电子飞出偏转电场时速度为v 1，和水平方向的夹角为θ，偏转电压为U 2，偏转位移为y ，则y ＝12at 2＝U 2e 2dm (l v 0)2 tanθ＝v y v 0＝U 2el dmv 20＝y l/2由此看出，电子从偏转电场射出时，不论偏转电压多大，电子都好像从偏转电场的两极板间的中线的中点沿直线射出，射出电场后电子做匀速直线运动恰好打在荧光屏的边缘上，结合图可得 tanθ＝D/2L ＋l 2＝D 2L ＋l U 2＝Ddmv 20el 2L ＋l代入所有数据得U 2＝360 V 此时，电子从偏转电场射出，刚好打在荧光屏的边缘上，因此偏转电压在－360 V ～360 V 范围内时，电子可打在荧光屏上的任何位置．2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．质子的静止质量为27p 1.6726g 10k m -=⨯，中子的静止质量为27n 1.674910kg m -=⨯，α粒子的静止质量为276.646710kg m α-=⨯，光速83.010m /s c =⨯。
则α粒子的结合能约为（ ）A ．124.310J --⨯B ．124.310J -⨯C ．102.610J -⨯D ．102.610J --⨯2．如图所示为某一电场中场强E-x 图像，沿x 轴正方向，电场强度为正，则正点电荷从x 1运动到x 2，其电势能的变化是A ．一直增大B ．先增大再减小C ．先减小再增大D ．先减小再增大再减小3．某实验小组要测量金属铝的逸出功，经讨论设计出如图所示实验装置，实验方法是：把铝板平放在桌面上，刻度尺紧挨着铝板垂直桌面放置，灵敏度足够高的荧光板与铝板平行，并使整个装置处于垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场中；让波长为λ的单色光持续照射铝板表面，将荧光板向下移动，发现荧光板与铝板距离为d 时，荧光板上刚好出现辉光。
已知普朗克常量为h ，光在真空中传播速度为c ，电子电量为e ，质量为m 。
下列说法正确的是（ ）A．金属铝的逸出功为2228hc e d Bm λ-B．从铝板逸出的光电子最大初动能为222 2e d BmC．将荧光板继续向下移动，移动过程中荧光板上的辉光强度可能保持不变D．将荧光板继续向下移动到某一位置，并增大入射光波长，板上的辉光强度一定增强4．我国计划在2020年发射首个火星探测器，实现火星环绕和着陆巡视探测。
假设“火星探测器”贴近火星表面做匀速圆周运动，测得其周期为T。
已知引力常量为G，由以上数据可以求得（）A．火星的质量B．火星探测器的质量C．火星的第一宇宙速度D．火星的密度5．如图所示，A、B、C三球的质量分别为m、m、2m,三个小球从同一高度同时出发，其中A球有水平向右的初速度，B、C由静止释放。
三个小球在同一竖直平面内运动，小球与地面之间、小球与小球之间的碰撞均为弹性碰撞，则小球与小球之间最多能够发生碰撞的次数为（）A．1次B．2次C．3次D．4次6．在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。
对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是（）A．饱和光电流B．遏止电压C ．光电子的最大初动能D ．逸出功7．如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为m 的带电小球以初速度υ从M 点竖直向上抛出，通过N 点时，速度大小为3v ，方向与电场方向相反，则小球从M 点运动到N 点的过程中（ ）A ．动能增加232mv B ．机械能增加24mv C ．重力势能增加212mvD ．电势能增加292mv 8．如图所示，两条水平放置的间距为L ，阻值可忽略的平行金属导轨CD 、EF ，在水平导轨的右端接有一电阻R ，导轨的左侧存在磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，磁场区域的长度为d 。