第一章 电场 第六节 示波器的奥秘.ppt

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加速和偏转所遵循的规律 2知道示波管的主要构造和工作原理,重点难点：应用动力学的观点和功能关系来分析带电粒子在电场中加速和偏转问题 易错问题：何时考虑带电粒子在电场中运动时的重力,一、带电粒子 1带电粒子，如电子、质子等由于质量很小，重力 静电力，故重力可以忽略 2带电粒子在电场中运动的两种最简单的情况是 ,远小于,利用电场使带电粒子加速、利用电场使带电粒子,偏转,二、带电粒子的加速 如图161，质量为m，带正电q的粒子，在静电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静电力对它做的功 W . 2带电粒子到达负极板速率为v

2、，它的动能为Ek mv2. 3根据 可知， qUmv2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,qU,动能定理,.,三、带电粒子的偏转 如图162所示，带电粒子沿中线进入板间，不计粒子的重力，忽略电容器的边缘效应，认为带电粒子从进入到离开电容器一直在匀强电场中运动,图162,四、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 (发射电子的灯丝、加速电极组成)、 (由偏转电极XX和偏转电极YY组成)和 组成，如图163所示,电子枪,偏转电极,荧光屏,图163,2原理 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

3、进入偏转电场，如在电极YY之间加一个 ，在X偏转板上加一 ，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象,待显示的信号电压,机器自身产生的锯齿形电压,一、带电粒子在匀强电场中的运动 带电粒子在匀强电场中的运动情况可分为两种：加速和偏转一种是直线运动；一种是类平抛运动，两种运动处理方法不同,1带电粒子沿与电场平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在一条直线上，若电场力方向和带电粒子速度方向相同，粒子做加速运动，若相反，粒子做减速运动，一般用动能定理进行分析：,2带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场，运动情况和平抛运动类似，称为类平抛运动处理方法是将带电粒子的运动沿初速度方

4、向和电场线方向进行分解 (1)沿初速度方向为匀速直线运动，sv0t，一般可用来求穿过电场的时间 (2)沿电场力方向为初速度为零的匀加速运动，由电场力、带电粒子加速度等可研究偏转位移、偏转角等,1带电粒子在电场中加速问题要突出动能定理的应用 2带电粒子偏转问题的讨论和平抛运动的讨论方法类似，故称为类平抛运动,1如图164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164,(1)v0的大小； (2)离子在偏转电场中运动的时间t；

5、(3)离子在偏转电场中受到电场力F的大小； (4)离子在偏转电场中的加速度a； (5)离子在离开偏转电场时的纵向速度vy； (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纵向偏移量sy； (8)离子在离开偏转电场时的偏转角的正切值tan.,二、带电粒子在复合场中的运动问题 一般而言，若所讨论的问题中，带电粒子的重力远小于电场力，则可忽略重力的影响；反之，若带电粒子所受的重力跟电场力可以比拟，这时就必须考虑重力了总之，是否考虑带电粒子的重力，要根据具体情况而定,1基本粒子：如电子、质子、粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量) 2带电颗粒

6、：如液滴、油滴、尘埃、小球等除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力,解决此类问题一般先要确定是否考虑重力，然后再对粒子进行受力分析，由受力情况判断出运动情况再选择合适的规律,2.如图165所示，带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间，距下板h，两板间的电势差为U1，如果两板间电势差减小到U2，则带电小球运动到极板上需多长时间？(板间距为d),图165,三、从能量的观点处理带电粒子在电场中的运动 从功能观点出发分析带电粒子的运动问题时，在对带电粒子受力情况和运动情况进行分析的基础上，再考虑恰当的规律解题如果选用动能定理，要分清有几个力做功，做正功还是负功，是恒力做功还是变力做功，以

7、及初、末状态的动能；如果选用能量守恒定律解题，要分清有多少种形式的能参与转化，哪种能量增加，哪种能量减少，并注意电场力做功与路径无关,3.如图166所示，一质量为m、带电荷量为q的带电液滴，从水平放置的平行金属板上方H高度处自由落下，从上板的缺口进入两板间的电场中，电场强度为E，若qEmg，试求液滴落入电场中所能达到的最大位移h.(设dh),图166,解析：据动能定理mg(Hh)qEh0,如图167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(双选) (),例1,图167,A当增大两板间距离时，速度v增大 B当减小两板间距离时，速度v减小 C当改变两板间距

8、离时，速度v不变 D当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间增大,【答案】CD,【点评】若平行板电容器和电源连接，电容器两端的电压保持不变，电容器里面的电场强度随电容器极板间的距离的变化而变化，但由动能定理eU mv2知，当改变两极板间的距离时U不变，v就不变，即v和电容器两极板间的距离无关,(2010年日照高二检测)如图168所示，水平放置的两平行金属板，板长L1.0 m，板间距离d0.06 m，上板带正电，下板带负电，两板间有一质量m0.1 g、带电荷量q4107C的微粒沿水平方向，从两板中央处以v010 m/s的初速度射入匀强电场，要使带电微粒能穿出极板，两极间电压值的范围是多少？(不

9、计空气阻力，g取10 m/s2),例2,图168,要使带电微粒能穿出极板，则两极间的电压U应满足：U1UU2， 即60VU240V. 【答案】60VU240V,【点评】带电微粒在电场中偏转，相当于前面学过的类平抛运动，可将其分解为相互垂直的两个方向进行受力分析本题中带电微粒在水平方向做匀速直线运动，而竖直方向上因电场力和重力的合力大小不同而发生向上、向下的偏转，只要把握住穿出极板边缘的两个临界状态便很容易求解,2.(2010年广东高二测试)在如图169所示的示波器的电容器中，电子以初速度v0沿着垂直场强方向从O点进入电场，以O点为坐标原点，沿x轴取OAABBC，再过点A、B、C作y轴的平行线与

10、电子径迹分别交于M、N、P点，则AMBNCP为_，电子途经M、N、P三点时沿x轴的分速度之比为_,图169,解析：电子在匀强电场中的水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，故由匀速直线运动和匀变速直线运动的特点得AMBNCP149，电子途经M、N、P三点时沿x轴的分速度之比为111. 答案：149111,如图1610所示，水平放置的A、B两平行金属板相距h，上板A带正电现有质量为m、带电量为q的小球从B板下方距离为H处，以初速度v0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好打到A板，A、B间电势差UAB为多少？,例3,图1610,【点评】力学中的很多规律在电学中同

11、样适用，在选择规律时，首先考虑功和能的原理，其次考虑牛顿运动定律，因为前者往往更简捷,3.如图1611所示，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板的中央各有一小孔M和N.今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落(P、M、N在同一竖直线上)，空气阻力忽略不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回若保持两极板间的电压不变，则 (),图1611,A把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回 B把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落 C把B板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回 D把B板向上平移一小段距离，质点自P点

12、自由下落后将穿过N孔继续下落,解析：选A.开始时 ，带电质点由P运动到N的过程中，重力做功与电场力做功相等若保持两极板间电势差U不变，则： 若把A板向上平移一小段距离，质点速度为零的位置仍为N孔，且能返回； 若把A板向下平移一小段距离，质点速度为零的位置仍为N孔，且能返回；,若把B板向上平移一小段距离，质点速度为零的位置在N孔之上，且能返回； 若把B板向下平移一小段距离，质点到达N孔时将有一竖直向下的速度，即将穿过N孔继续下落故A正确,图1612所示是静电分选器的原理示意图将磷酸盐和石英的混合颗粒由传送带传至两个竖直的带电平行板上方,例4,图1612,颗粒经漏斗从电场区域中央处开始下落，经分选

13、后的颗粒分别装入A、B桶中，混合颗粒离开漏斗进入电场时磷酸盐颗粒带正电，石英颗粒带负电，所有颗粒的带电率(颗粒所带电荷量与颗粒质量之比)均为105C/kg，若已知两板间距离为10 cm，两板的竖直高度为h50 cm.设颗粒进入电场时的速度为零，颗粒间相互作用不计如果要求两种颗粒离开两极板间的电场时有最大偏移量且又恰好不碰极板，试求：,(1)两极板间所加的电压； (2)若带电平行板下端距A、B桶底的高度H1.3 m，求颗粒落至桶底时的速度大小(g10 m/s2),【答案】(1)1.0104 V(2)6 m/s 【点评】学习物理的最终目的是把它服务于生活，要想很好的解决实际生活中一些问题，了解其中

14、所暗含的物理原理，必须巩固掌握所学知识，真正理解其中的道理,4(2010年湛江高二测试)喷墨打印机的结构简图如图1613所示，其中墨盒可以发出墨汁微滴，其半径为1105m，此微滴经过带电室时被带上负电，带电的多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制，带电后的微粒以一定的水平初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏转电场发生偏转后，打到纸上，显示出字体，无信号输入时，墨汁微滴不带电，径直通过偏转电场而注入回流槽流回墨盒,设偏转极板长为l1.6 cm，两板间的距离为d0.50 cm，偏转板的右端距纸L3.2 cm，若一个墨汁微滴的质量为1.61010kg，以20 m/s的初速度垂直于电场方向进入偏转电场，两偏转板间的电压是8.0103 V，若墨汁微滴打到纸上