原創(chuàng)精品課件：15 電勢差和電場強度的關(guān)系 示波管原理(講授式)

1、第第一一章章 靜電場靜電場第第5 5課時課時 電勢差電勢差和電場強度的關(guān)系和電場強度的關(guān)系 示波管示波管原理原理新課標高中物理選修新課標高中物理選修31學習目標學習目標 1知識與技能知識與技能(1)理解勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系理解勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系UEd，并能推導這個，并能推導這個關(guān)系式關(guān)系式(2)會用會用UEd進行有關(guān)計算進行有關(guān)計算(3).(3).掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律掌握帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律(4)(4)知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理知道示波器的主要構(gòu)造和工作原理 2過程與方法過程與方法 (1)教師通過問題教學法，啟發(fā)引導學生分析

2、推理教師通過問題教學法，啟發(fā)引導學生分析推理 (2)學生利用學過的知識分析推理，在教師的指導下總結(jié)應(yīng)用辯析學生利用學過的知識分析推理，在教師的指導下總結(jié)應(yīng)用辯析 3.情感、態(tài)度與價值觀情感、態(tài)度與價值觀 (1)從不同的角度認識電場，讓學生學會多角度多方面看問題從不同的角度認識電場，讓學生學會多角度多方面看問題 (2)通過公式的推導讓學生體會到物理中推理過程的邏輯美通過公式的推導讓學生體會到物理中推理過程的邏輯美一、場強和電勢差一、場強和電勢差 1電場強度電場強度E描述了電場具有力的性質(zhì)，電勢差描述了電場具有力的性質(zhì)，電勢差U描述了描述了電場具有能的性質(zhì)，電場具有能的性質(zhì)，E是矢量，是矢量，U是

3、標量是標量2E和和U描述電場的角度雖不同，但作為反映同一電場的描述電場的角度雖不同，但作為反映同一電場的兩個物理量，存在著一定的聯(lián)系兩個物理量，存在著一定的聯(lián)系電場力（電場力（F=Eq）電勢能的變化電勢能的變化 WAB=qUAB電場強度（電場強度（E）移動電荷移動電荷q做功做功?電勢差（電勢差（UAB）我們來看：我們來看：二、勻強電場中電勢差和電場強度的關(guān)系 我們以勻強電場為例來確定E和U的關(guān)系.如圖所示，設(shè)在勻強電場E中，有一電荷量為q的帶正電粒子在電場力作用下由A點移到B點，則電場力做功WAB， A、B間電勢差為UAB ， A、B相距l(xiāng)，AB與場強方向的夾角為從從力的角度來看力的角度來看，

4、cosABABWqElqEd從能的角度來看，從能的角度來看， ABABWqUUEd由此可得： （其中dAB是沿電場強度方向A、B間的距離） 所以，在勻強電場中所以，在勻強電場中 ：UEd（1）在勻強電場中，場強在數(shù)值等于沿場強方向每單位距離上的電勢差（2）適用條件：勻強電場，而且沿著場強的方向，即式中的d是沿場強方向兩點間的距離（3）由此可知場強的單位Vm和NC是一致的，即：1Vm1NC注意：在非勻強電場中，E和U也有一定的關(guān)系，但不像在勻強電場中的關(guān)系式那么簡單三、場強三、場強E的物理意義的另一種表述的物理意義的另一種表述 注意：電勢降落方向不一定是場強方向從從圖中可以看出沿圖中可以看出沿A

5、B、AD、AC方向，電勢方向，電勢都在降低，但沿都在降低，但沿AB方向距離最短，即降低得方向距離最短，即降低得最快最快，場強，場強E的方向是電勢降落最快的方向的方向是電勢降落最快的方向ADCB例1、下列關(guān)于勻強電場中場強和電勢差的關(guān)系，正確的說法是()A在相同距離上的兩點，電勢差大的其場強也必定大B場強在數(shù)值上等于每單位距離上的電勢降落C沿著電場線方向，任何相同距離上的電勢降落必定相同D電勢降落的方向必定是場強方向C思路思路點撥點撥審題時要注意抓關(guān)鍵詞審題時要注意抓關(guān)鍵詞對于多過程問題要分段考對于多過程問題要分段考慮然后針對每一個過程的慮然后針對每一個過程的已知量和待求量選擇合適已知量和待求量

6、選擇合適的公式求解的公式求解EF9四、四、示波管的示波管的原理原理1 1、示波器的作用：、示波器的作用： 觀察電信號隨時間變化的情況觀察電信號隨時間變化的情況2 2、示波管的結(jié)構(gòu)：、示波管的結(jié)構(gòu)： 由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成3 3、示波管的原理、示波管的原理產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速 飛行的飛行的電子束電子束待顯示待顯示的信號的信號電壓電壓鋸齒形鋸齒形 掃描掃描電壓電壓使電子沿使電子沿 Y Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿 x x方向方向偏移偏移二、二、帶電粒子的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)_+U1-qmv v0 0一、一、帶電粒子的帶電粒子的加速加速v v0 0+-U2 d

7、lv v-qmv v0 0yv vy y20121mvqU0vlt 垂直垂直電場方向電場方向:mFa mqEmdqU平行平行電場方向電場方向:2221aty 偏移距離偏移距離dmvql U202220tanvvy偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角dmvqlU202類平拋運動類平拋運動 一一個電荷量為個電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為U1的加速的加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為電場加速后，又垂直進入一個電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上打在熒光屏上,整個裝置如圖示整個裝置如圖示.試分析帶電粒子的運動情況試分析

8、帶電粒子的運動情況(不計粒子的重力不計粒子的重力).v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL加速加速偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)勻速勻速瞬時速度是聯(lián)系兩個過程的橋梁瞬時速度是聯(lián)系兩個過程的橋梁三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)v v0 0+- U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYL 一個電荷量為一個電荷量為- -q質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為的帶電粒子，由靜止進入一個電壓為U1的加的加速電場加速后，又垂直進入一個電壓為速電場加速后，又垂直進入一個電壓為U2的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)電場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏

9、上后打在熒光屏上,整個裝置如圖示整個裝置如圖示.求求:(1)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏移距離出偏轉(zhuǎn)電場時的偏移距離y；(2)出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角；出偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)角；(3)打在熒光屏上時的偏移距離打在熒光屏上時的偏移距離Y.三、三、帶電粒子的帶電粒子的加速偏轉(zhuǎn)加速偏轉(zhuǎn)20121mvqU經(jīng)加速電場經(jīng)加速電場U1加速后加速后:經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場經(jīng)偏轉(zhuǎn)電場U2偏轉(zhuǎn)后偏轉(zhuǎn)后:(1)偏移距離偏移距離y:dmvql U20222y(2)偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角:dmvqlU202tan (3)偏移距離偏移距離Y: tan)L2(lY+d Ul U122d Ul U1224三、三、帶帶電電粒粒子子的的加加速速偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)v v0 0+-

10、U2 d lv vyv vy y_+U1-qmv v0 0OYLYYXX-+-+-若金屬板水平放置若金屬板水平放置電子將電子將豎直偏轉(zhuǎn)豎直偏轉(zhuǎn)若金屬板豎直放置若金屬板豎直放置 電子將電子將水平偏轉(zhuǎn)水平偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極的放置方式偏轉(zhuǎn)電極的放置方式 例例4、如圖，電子在電勢差為如圖，電子在電勢差為U1的加速電場中由靜止開始加速，的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為然后射入電勢差為U2的兩塊平行的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種

11、情平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角況中，一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角變變大的是大的是 A、U1變大、變大、U2變大變大 B、U1變小、變小、U2變大變大C、U1變大、變大、U2變小變小 D、U1變小、變小、U2變小變小對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理：21012qUmv對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切對偏轉(zhuǎn)過程由偏轉(zhuǎn)角正切公式公式220taneU lm vddUl U122dUlUy1224電學搭臺電學搭臺力學唱戲力學唱戲B 例例5 5、如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子如圖所示，二價氦離子和質(zhì)子的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，的混合體，經(jīng)同一加速電場加速后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)

12、后，垂直射入同一偏轉(zhuǎn)電場中，偏轉(zhuǎn)后，打在同一熒光屏上，則打在同一熒光屏上，則它它( )( ) A A、側(cè)移距離相同、側(cè)移距離相同 B B、偏轉(zhuǎn)角相同、偏轉(zhuǎn)角相同 C C、到達屏上同一點、到達屏上同一點 D D、到達屏上不同點、到達屏上不同點dUlUy1224dmvleU202tandUl U122帶電粒子的帶電粒子的偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)偏移量和偏轉(zhuǎn)角由系統(tǒng)決定決定，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān)，而與粒子的質(zhì)量、電量無關(guān). .只要只要電性相同電性相同的帶電粒子的帶電粒子, ,在電場在電場中留下的中留下的軌跡相同軌跡相同, ,所以無法將電所以無法將電性相同的粒子分開性相同的粒子分開. .ABC例例6、

13、如圖所示，有一電子如圖所示，有一電子(電量為電量為e、質(zhì)量為質(zhì)量為m)經(jīng)電壓經(jīng)電壓U1加速后，沿平行金加速后，沿平行金屬板屬板A、B中心線進入兩板，中心線進入兩板，A、B板板間距為間距為d、長度為、長度為l， A、B板間電壓為板間電壓為U2，屏，屏CD足夠大，距離足夠大，距離A、B板右邊板右邊緣緣2l，AB板的中心線過屏板的中心線過屏CD的中心且的中心且與屏與屏CD垂直。試求電子束打在屏上的垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。位置到屏中心間的距離。 對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理：解析解析21012qUmv220taneU lm vdd Ul U122電子離開電場，就好

14、象從中電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：點沿直線離開的：tan)22(llY+d UlU12245Y例例7、初速度為初速度為2107m/s的的電子沿平行電子沿平行金屬板間的中心線射入板中，板長為金屬板間的中心線射入板中，板長為30cm，相距為，相距為4cm，在兩板間加上如圖，在兩板間加上如圖所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量所示的正弦交變電壓。已知電子的質(zhì)量為為910-31Kg，電量為，電量為1.610-19C，不，不計電子重力，求：要使所有的電子都能計電子重力，求：要使所有的電子都能離開電場，圖中電壓的最大值離開電場，圖中電壓的最大值U0需滿足需滿足什么條件？什么條件？設(shè)電子在兩板間的

15、運動時間為設(shè)電子在兩板間的運動時間為t801.510ltsv0.02ts設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為設(shè)電子在偏轉(zhuǎn)電壓為U0時進時進入板間入板間202022eU ldym v d22002m v dUel40V當堂訓練當堂訓練dd由圖可知由圖可知EAEBEC由公式由公式UEd可以可以粗略粗略判斷判斷UABUBC所以所以B小于小于35VC 2.圖中圖中AB、C三點都在勻強電場中，已知三點都在勻強電場中，已知ACBC，ABC=60，BC=20cm把一個電量把一個電量q=105C的正電荷從的正電荷從A移移到到B，電場力做功為零；從，電場力做功為零；從B移到移到C，電場力做功為，電場力做功為1.73103J，則該

16、勻強電場的場強大小和方向是，則該勻強電場的場強大小和方向是 （ ）A865Vm，垂直，垂直AC向左向左B865Vm，垂直，垂直 AC向右向右C1000Vm，垂直，垂直 AB斜向上斜向上D1000Vm，垂直，垂直 AB斜向下斜向下 D 當堂訓練當堂訓練當堂訓練當堂訓練 4如如圖所示，邊長為圖所示，邊長為L的正方形區(qū)域的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場。電量為內(nèi)存在著勻強電場。電量為q、動能為、動能為Ek的帶電粒子從的帶電粒子從a點沿點沿ab方向進入電場，不計重方向進入電場，不計重力。力。（1）若粒子從）若粒子從c點離開電場，求電場強度的點離開電場，求電場強度的大小和粒子離開電場時的動能；大小和

17、粒子離開電場時的動能；（2）若粒子離開電場時動能為）若粒子離開電場時動能為Ek ，則電場，則電場強度為多大？強度為多大？ abcdE解解:（1） Lv0t，2220122qEqELLtmmv所以所以4kEEqLktkqELEE所以所以5ktkkEqELEE+當堂訓練當堂訓練（2）若粒子由）若粒子由bc邊離開電場邊離開電場，Lv0t，0yqEtqELvmmv2222222201224kkykq E Lq E LEEmvmvE 所以所以2()kkkEEEEqL kkqELEE所以所以kkEEEqL 4如如圖所示，邊長為圖所示，邊長為L的正方形區(qū)域的正方形區(qū)域abcd內(nèi)存在著勻強電場。電量為內(nèi)存在著

18、勻強電場。電量為q、動能為、動能為Ek的帶電粒子從的帶電粒子從a點沿點沿ab方向進入電場，不計重方向進入電場，不計重力。力。（1）若粒子從）若粒子從c點離開電場，求電場強度的點離開電場，求電場強度的大小和粒子離開電場時的動能；大小和粒子離開電場時的動能；（2）若粒子離開電場時動能為）若粒子離開電場時動能為Ek ，則電場，則電場強度為多大？強度為多大？ abcdE當堂訓練當堂訓練5如如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電場線，電場方向未知，場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點，是電場中的兩點，AB兩點的連線長為兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角為且與電場線所

19、夾的銳角為一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為q的帶電粒子以的帶電粒子以初速度初速度v0。從。從A點垂直進入電場，該帶電粒子點垂直進入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過恰好能經(jīng)過B點不考慮帶電粒子的重力大點不考慮帶電粒子的重力大小小(1)根據(jù)你學過的物理學規(guī)律和題中所給的信根據(jù)你學過的物理學規(guī)律和題中所給的信息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場例如電場方向方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果量結(jié)果?ABv0（1）因粒子帶負電且向下偏轉(zhuǎn)，）因粒子帶負電且向下偏轉(zhuǎn)，故電場力方向向下，所以電場方向故電場力方向向下，所以電場方

20、向豎直向上。豎直向上。水平方向勻速運動，有：水平方向勻速運動，有： l sin =v0t 豎直方向做初速度為零的勻加速運豎直方向做初速度為零的勻加速運動，有動，有21cos2lat解得加速度：解得加速度：2022cossinval由由qE=ma，得電場強度大小，得電場強度大小2022cossinmvmaEqql當堂訓練當堂訓練5如如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電場線，電場方向未知，場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點，是電場中的兩點，AB兩點的連線長為兩點的連線長為l且與電場線所夾的銳角為且與電場線所夾的銳角為一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為

21、q的帶電粒子以的帶電粒子以初速度初速度v0。從。從A點垂直進入電場，該帶電粒子點垂直進入電場，該帶電粒子恰好能經(jīng)過恰好能經(jīng)過B點不考慮帶電粒子的重力大點不考慮帶電粒子的重力大小小(1)根據(jù)你學過的物理學規(guī)律和題中所給的信根據(jù)你學過的物理學規(guī)律和題中所給的信息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量息，對反映電場本身性質(zhì)的物理量(例如電場例如電場方向方向)，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定，你能作出哪些定性判斷或求得哪些定量結(jié)果量結(jié)果?B B點的電勢高于點的電勢高于A A點的電勢點的電勢, ,有有A A、B B兩點間的電勢差為：兩點間的電勢差為：22022202coscossin2cotABmvUElqmvq ABv0當堂訓練當堂訓練5如如圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電圖所示，豎直平行直線為勻強電場的電場線，電場方向未知，場線，電場方向未知，A，B是電場中的兩點，是電場中的兩點，AB兩點的連線長為兩點的連線長為