(課堂設(shè)計)2014-2015高中物理 2.5 探究電子束在示波管中的運動課件 滬科版選修3-1

1、第第5課時課時 探究電子束在示波管中的探究電子束在示波管中的運動運動學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 標標思思 維維 啟啟 迪迪1.知道示波管知道示波管 的主要構(gòu)造和的主要構(gòu)造和工作原理，并工作原理，并練習(xí)使用示波練習(xí)使用示波器器2.會分析帶電會分析帶電 粒子在電場中粒子在電場中的運動問題的運動問題.帶電粒子在電場中受電場力作用，我們帶電粒子在電場中受電場力作用，我們可以利用電場來控制粒子，使它加速或偏可以利用電場來控制粒子，使它加速或偏轉(zhuǎn)直線加速器就是在真空金屬管中加上高轉(zhuǎn)直線加速器就是在真空金屬管中加上高頻交變電場使帶電粒子獲得高能的裝置頻交變電場使帶電粒子獲得高能的裝置(如圖如圖251所示所示)，它能幫

2、助人們更深入地認識，它能幫助人們更深入地認識微觀世界那么，我們?nèi)绾螠y算粒子的速度微觀世界那么，我們?nèi)绾螠y算粒子的速度和偏轉(zhuǎn)角呢？和偏轉(zhuǎn)角呢？圖圖251一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速1運動狀態(tài)分析運動狀態(tài)分析帶電粒子沿與電場線平行的方向進入勻強電場，受帶電粒子沿與電場線平行的方向進入勻強電場，受到的電場力與運動方向在同一直線上，做到的電場力與運動方向在同一直線上，做_直線直線_，可以根據(jù)帶電粒子受到的電場力，用牛頓，可以根據(jù)帶電粒子受到的電場力，用牛頓第二定律求出加速度，結(jié)合運動學(xué)公式確定粒子的速度、第二定律求出加速度，結(jié)合運動學(xué)公式確定粒子的速度、位移等位移等2用功能觀點分析用功能觀點分

3、析可以根據(jù)電場力對帶電粒子做的功，研究粒子的電可以根據(jù)電場力對帶電粒子做的功，研究粒子的電勢能變化，利用動能定理研究全過程中能量的轉(zhuǎn)化，研勢能變化，利用動能定理研究全過程中能量的轉(zhuǎn)化，研究帶電粒子的速度變化、經(jīng)歷的位移等這種方法不僅究帶電粒子的速度變化、經(jīng)歷的位移等這種方法不僅適用于勻強電場，也適用于非勻強電場適用于勻強電場，也適用于非勻強電場知識梳理知識梳理加速加速(或減速或減速)運動運動二、勻強電場中帶電粒子的偏轉(zhuǎn)二、勻強電場中帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1運動狀態(tài)分析運動狀態(tài)分析帶電粒子以速度帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入勻強電場垂直于電場線方向飛入勻強電場時，受到恒定的與初速度方向成時，受到

4、恒定的與初速度方向成90角的電場力作用角的電場力作用而做而做_其特點與平拋運動類似其特點與平拋運動類似2偏轉(zhuǎn)問題的處理方法：將帶電粒子的運動沿初偏轉(zhuǎn)問題的處理方法：將帶電粒子的運動沿初速度方向和電場方向進行分解速度方向和電場方向進行分解(1)沿初速度方向的分運動為沿初速度方向的分運動為_運動，滿足運動，滿足X _.勻變速曲線運動勻變速曲線運動勻速直線勻速直線v0t初速度為零的勻加速直線初速度為零的勻加速直線三、示波器三、示波器在接通電源開關(guān)之前，先要檢查各旋鈕是否已調(diào)至在接通電源開關(guān)之前，先要檢查各旋鈕是否已調(diào)至適合的旋轉(zhuǎn)位置上輝度調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)適合的旋轉(zhuǎn)位置上輝度調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)_，豎直位移和水平位移

5、旋鈕轉(zhuǎn)到豎直位移和水平位移旋鈕轉(zhuǎn)到_，衰減旋鈕置，衰減旋鈕置于于_，掃描范圍旋鈕置于，掃描范圍旋鈕置于“_”然后接然后接通電源開關(guān)，預(yù)熱一二分鐘后，順時針緩慢旋轉(zhuǎn)輝度通電源開關(guān)，預(yù)熱一二分鐘后，順時針緩慢旋轉(zhuǎn)輝度旋鈕到屏上出現(xiàn)一亮斑，亮斑的高度要旋鈕到屏上出現(xiàn)一亮斑，亮斑的高度要_再旋轉(zhuǎn)再旋轉(zhuǎn)聚焦調(diào)節(jié)旋鈕和輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕，使亮斑成一清晰聚焦調(diào)節(jié)旋鈕和輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕，使亮斑成一清晰的的_反時針旋到底反時針旋到底中間位置中間位置最高擋最高擋外外X擋擋適中適中小圓點小圓點1下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)過電壓為下列粒子從初速度為零的狀態(tài)經(jīng)過電壓為U的的電場加速后，粒子速度最大的是電場加速后，粒子速

6、度最大的是 ()A質(zhì)子質(zhì)子 B氘核氘核C粒子粒子D鈉離子鈉離子Na答案答案：A2一束帶電粒子以相同的速率從同一位置，垂一束帶電粒子以相同的速率從同一位置，垂直于電場方向飛入勻強電場中，所有粒子的運動軌跡直于電場方向飛入勻強電場中，所有粒子的運動軌跡都是一樣的，這說明所有粒子都是一樣的，這說明所有粒子 ()A都具有相同的質(zhì)量都具有相同的質(zhì)量B都具有相同的電荷量都具有相同的電荷量C電荷量與質(zhì)量之比都相同電荷量與質(zhì)量之比都相同 D都是同位素都是同位素答案答案：C基礎(chǔ)自測基礎(chǔ)自測3一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它一帶電粒子在電場中只受電場力作用時，它不可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)是不可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)是

7、()A勻速直線運動勻速直線運動 B勻加速直線運動勻加速直線運動C勻變速曲線運動勻變速曲線運動 D勻速圓周運動勻速圓周運動解析解析：當(dāng)帶電粒子在電場中只受電場力作用時，當(dāng)帶電粒子在電場中只受電場力作用時，電場力作用會產(chǎn)生加速度，電場力作用會產(chǎn)生加速度，B、C、D選項中的運動選項中的運動情況都有加速度，而情況都有加速度，而A項中勻速直線運動加速度為零，項中勻速直線運動加速度為零，不可能出現(xiàn)不可能出現(xiàn)答案答案：A4圖圖252為示波管中偏轉(zhuǎn)電為示波管中偏轉(zhuǎn)電極的示意圖，相距為極的示意圖，相距為d、長度為、長度為l的平的平行板行板A、B加上電壓后，可在加上電壓后，可在A、B之之間的空間中間的空間中(設(shè)為

8、真空設(shè)為真空)產(chǎn)生電場產(chǎn)生電場(設(shè)為設(shè)為勻強電場勻強電場)在在A、B左端距左端距A、B等距等距離處的離處的O點，有一電荷量為點，有一電荷量為q、質(zhì)量、質(zhì)量為為m的粒子以初速度的粒子以初速度v0沿水平方向沿水平方向(與與A、B板平行板平行)射入不計重力，要使射入不計重力，要使此粒子恰能從此粒子恰能從C處射出，則處射出，則A、B間的間的電壓應(yīng)電壓應(yīng) 為為 () 圖圖2-5-2答案答案：A5在開啟示波器前應(yīng)進行的操作是在開啟示波器前應(yīng)進行的操作是(1)輝度旋鈕輝度旋鈕_(2)豎直位移和水平位移旋鈕旋轉(zhuǎn)到豎直位移和水平位移旋鈕旋轉(zhuǎn)到_(3)衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于_(4)掃描范圍旋鈕置于掃描范

9、圍旋鈕置于_答案答案：(1)逆時針旋轉(zhuǎn)到底逆時針旋轉(zhuǎn)到底(2)中間位置中間位置(3)最最高擋高擋(4)外外X擋擋（1）帶電粒子在電場中的平衡）帶電粒子在電場中的平衡由平衡條件知：由平衡條件知：Eq=mg或或 =mg(2)帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速解決問題用到的知識點有：牛頓第二定律，運動解決問題用到的知識點有：牛頓第二定律，運動學(xué)公式，動能定理，能量守恒學(xué)公式，動能定理，能量守恒.帶電粒子在電場中的直線運動帶電粒子在電場中的直線運動【例例1】如圖如圖253所示，板長所示，板長L4 cm的平行板電容器，板間距離的平行板電容器，板間距離d3 cm，板與水平夾角，板與水平夾角37，

10、兩，兩板所加電壓為板所加電壓為U100 V，有一帶負電，有一帶負電液滴，帶電荷量為液滴，帶電荷量為q31010 C，以以v1 m/s的水平速度自的水平速度自A板邊緣水板邊緣水平進入電場，在電場中仍沿水平方向平進入電場，在電場中仍沿水平方向并恰好從并恰好從B板邊緣水平飛出求：板邊緣水平飛出求：圖圖2-5-3(1)液滴的質(zhì)量液滴的質(zhì)量(2)液滴飛出時的速度液滴飛出時的速度解析解析：由于帶電粒子重力方向豎直向下，所受：由于帶電粒子重力方向豎直向下，所受電場力方向只能垂直兩板向上，其合力方向水平向電場力方向只能垂直兩板向上，其合力方向水平向右，做勻加速運動右，做勻加速運動液滴質(zhì)量為液滴質(zhì)量為8108

11、kg，飛出時速度達，飛出時速度達1.32 m/s.答案答案：(1)8108 kg(2)1.32 m/s【題后反思題后反思】 帶電粒子在電場中加速運動，受帶電粒子在電場中加速運動，受到的力是在力學(xué)受力分析基礎(chǔ)上加上電場力，常見到的力是在力學(xué)受力分析基礎(chǔ)上加上電場力，常見的直線運動有以下幾種情況：粒子在電場中只受的直線運動有以下幾種情況：粒子在電場中只受電場力，帶電粒子在電場中做勻加速或者勻減速直電場力，帶電粒子在電場中做勻加速或者勻減速直線運動粒子受到電場力、重力以及其它力的作線運動粒子受到電場力、重力以及其它力的作用，在桿、地面等外界的約束下做直線運動粒用，在桿、地面等外界的約束下做直線運動粒

12、子同時受到重力和電場力，重力和電場力合力的方子同時受到重力和電場力，重力和電場力合力的方向在一條直線上，粒子做變速直線運動粒子在向在一條直線上，粒子做變速直線運動粒子在非勻強電場中做直線運動，加速度可能發(fā)生變化非勻強電場中做直線運動，加速度可能發(fā)生變化 如圖如圖254所示，在點電荷所示，在點電荷Q的電場中有的電場中有A、B兩點，將質(zhì)子和兩點，將質(zhì)子和粒子分粒子分別從別從A點由靜止釋放，到達點由靜止釋放，到達B點時，它們的點時，它們的速度大小之比為多少？速度大小之比為多少？ 圖圖2-5-4解析解析：質(zhì)子是氫原子核：質(zhì)子是氫原子核(11H)，粒子是氦原子粒子是氦原子核核(24He)，質(zhì)子和，質(zhì)子和

13、粒子都是正離子，從粒子都是正離子，從A點到點到B點做點做加速運動加速運動設(shè)設(shè)AB兩點間的電勢差為兩點間的電勢差為U，由動能定理有，由動能定理有(1)帶電粒子以速度帶電粒子以速度v0垂直于電場線的方向射入勻垂直于電場線的方向射入勻強電場，受到恒定的與初速度方向垂直的電場力的作強電場，受到恒定的與初速度方向垂直的電場力的作用，而做勻變速曲線運動，也稱為類平拋運動可以用，而做勻變速曲線運動，也稱為類平拋運動可以應(yīng)用運動的合成與分解的方法分析這種運動應(yīng)用運動的合成與分解的方法分析這種運動分析方法分析方法帶電粒子在電場中的偏傳帶電粒子在電場中的偏傳 圖圖2-5-5總之，是否考慮帶電粒子的重力要根據(jù)具體情

14、況總之，是否考慮帶電粒子的重力要根據(jù)具體情況而定，一般說來：而定，一般說來：基本粒子：如電子、原子、基本粒子：如電子、原子、粒子、離子等除了粒子、離子等除了有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力有說明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并但并不忽略質(zhì)量不忽略質(zhì)量)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力圖圖2-5-6A增大兩板間電勢差增大兩板間電勢差U2B盡可能使板長盡可能使板長L短些短些C盡可能使板間距離盡可能使板間距離d小一些小一些D使加速電壓使加速電壓U

15、1升高一些升高一些 答案答案：C【題后反思題后反思】 帶電粒子在電場中的運動，運用力學(xué)規(guī)帶電粒子在電場中的運動，運用力學(xué)規(guī)律求解，在電場中加速一般運用動能定理，在電場中偏律求解，在電場中加速一般運用動能定理，在電場中偏轉(zhuǎn)運用運動學(xué)中類平拋運動知識求解轉(zhuǎn)運用運動學(xué)中類平拋運動知識求解(1)在本裝置中，若將電子換成其他的負離在本裝置中，若將電子換成其他的負離子其軌跡是否也發(fā)生變化？子其軌跡是否也發(fā)生變化？ (2)電子從偏轉(zhuǎn)電場飛出時，其速度的反向電子從偏轉(zhuǎn)電場飛出時，其速度的反向延長線在初速度延長線在初速度v0方向上有一交點方向上有一交點O，此點，此點O位于位于何處？何處？圖圖257是是J2459

16、型示波器的面板，上面各個旋型示波器的面板，上面各個旋鈕和開關(guān)的名稱、作用如下：鈕和開關(guān)的名稱、作用如下：示波器示波器圖圖2-5-7輝度調(diào)節(jié)旋鈕輝度調(diào)節(jié)旋鈕 用來調(diào)節(jié)圖像亮度用來調(diào)節(jié)圖像亮度聚焦調(diào)節(jié)旋鈕聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 .輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕.二者配合使用可使電子束會聚成一細束，二者配合使用可使電子束會聚成一細束，在屏上出現(xiàn)小亮斑，使圖像線條清晰在屏上出現(xiàn)小亮斑，使圖像線條清晰電源開關(guān)電源開關(guān)指示燈指示燈電源接通時指示燈明亮電源接通時指示燈明亮豎直位移旋鈕豎直位移旋鈕 調(diào)節(jié)圖像在豎直方向調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的位置的位置水平位移旋鈕水平位移旋鈕 調(diào)節(jié)圖像在水平方向調(diào)節(jié)圖像在水平方向的位置的位

17、置Y增益旋鈕增益旋鈕調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度X增益旋鈕增益旋鈕調(diào)節(jié)圖像水平方向的幅度調(diào)節(jié)圖像水平方向的幅度衰減調(diào)節(jié)旋鈕衰減調(diào)節(jié)旋鈕有有1、10、100、1 000四個四個擋，擋，“1”擋不衰減，其余各擋分別可使加在豎直偏轉(zhuǎn)擋不衰減，其余各擋分別可使加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的信號電壓按上述倍數(shù)衰減，使圖像在豎直方電極上的信號電壓按上述倍數(shù)衰減，使圖像在豎直方向的幅度依次減為前一擋的十分之一最右邊的正弦向的幅度依次減為前一擋的十分之一最右邊的正弦符號符號“ ”擋不是衰減，而是由機內(nèi)自行提供豎直擋不是衰減，而是由機內(nèi)自行提供豎直方向的按正弦規(guī)律變化的交流電壓方向的按正弦規(guī)律變化的交

18、流電壓掃描范圍旋鈕掃描范圍旋鈕用來改變掃描電壓的頻率范用來改變掃描電壓的頻率范圍，有四個擋，左邊第一擋是圍，有四個擋，左邊第一擋是10 Hz100 Hz向右旋向右旋轉(zhuǎn)每升高一擋，掃描頻率增大轉(zhuǎn)每升高一擋，掃描頻率增大10倍最右邊是倍最右邊是“外外X擋擋”，使用這一擋時機內(nèi)沒有加掃描電壓，水平方向，使用這一擋時機內(nèi)沒有加掃描電壓，水平方向的電壓可以從外部輸入的電壓可以從外部輸入掃描微調(diào)旋鈕掃描微調(diào)旋鈕使掃描電壓的頻率在選定使掃描電壓的頻率在選定的范圍內(nèi)連續(xù)變化的范圍內(nèi)連續(xù)變化“Y輸入輸入”、“X輸入輸入”、“地地”分別是對應(yīng)方分別是對應(yīng)方向的信號輸入電壓的接線柱和公共接地的接線柱向的信號輸入電壓

19、的接線柱和公共接地的接線柱交直流選擇開關(guān)交直流選擇開關(guān)置于置于“DC”位置時，所加位置時，所加信號電壓是直接輸入的；置于信號電壓是直接輸入的；置于“AC”位置時，所加信位置時，所加信號電壓是通過一個電容器輸入的，可以讓交流信號號電壓是通過一個電容器輸入的，可以讓交流信號通過而隔斷直流成分通過而隔斷直流成分同步極性選擇開關(guān)，把同步極性選擇開關(guān)置同步極性選擇開關(guān)，把同步極性選擇開關(guān)置于于“”位置，正弦圖線從正半周開始，置于位置，正弦圖線從正半周開始，置于“”位位置，正弦圖線從負半周開始置，正弦圖線從負半周開始【例例3】 在用示波器測量直流電壓時，逐步減在用示波器測量直流電壓時，逐步減小衰減擋，觀察

20、到亮斑位置小衰減擋，觀察到亮斑位置_；調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)Y增益使亮增益使亮斑偏移一段適當(dāng)距離調(diào)節(jié)變阻器改變輸入電壓，斑偏移一段適當(dāng)距離調(diào)節(jié)變阻器改變輸入電壓，可以看到可以看到_，電壓越高，電壓越高_；若調(diào)換電池的；若調(diào)換電池的正負極，可以看到正負極，可以看到_解析解析：因衰減旋鈕是使加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的：因衰減旋鈕是使加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的信號電壓按所標倍數(shù)衰減，本題中是亮斑，所以減信號電壓按所標倍數(shù)衰減，本題中是亮斑，所以減小衰減擋時亮斑不動；小衰減擋時亮斑不動；Y增益旋鈕是用來調(diào)節(jié)圖像在增益旋鈕是用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度，所反改變輸入電壓時亮斑上下移豎直方向的幅度，所反改變輸入電壓時亮斑上下移動，且電壓越高，豎直方向的位移越大；若調(diào)換電動，且電壓越高，豎直方向的位移越大；若調(diào)換電池的正負極，則亮斑由池的正負極，則亮斑由Y正方向改為