滬科版選修31第2章25探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)課件

1、第2章 電場(chǎng)與示波器2.5探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)第2章 電場(chǎng)與示波器2.5探究電子束在示波管中的運(yùn)動(dòng)物理觀念：1.了解帶電粒子在電場(chǎng)中只受電場(chǎng)力偏轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.2.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理.科學(xué)思維：能綜合運(yùn)用力學(xué)和電學(xué)的知識(shí)分析、解決帶電粒子在電場(chǎng)中的兩種典型運(yùn)動(dòng)模型.學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引知識(shí)探究 新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)達(dá)標(biāo)檢測(cè) 當(dāng)堂檢測(cè) 鞏固反饋NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引知識(shí)探究 知識(shí)探究知識(shí)探究如圖1所示，平行板電容器兩板間的距離為d，電勢(shì)差為U.一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子，在電場(chǎng)力的作用下由靜止開(kāi)始從正極板

2、A向負(fù)極板B運(yùn)動(dòng).(1)比較粒子所受電場(chǎng)力和重力的大小，說(shuō)明重力能否忽略不計(jì)(粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍，即m41.671027 kg，電荷量是質(zhì)子的2倍).一、帶電粒子的加速圖1答案粒子所受電場(chǎng)力大、重力小；因重力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力，故可以忽略重力.如圖1所示，平行板電容器兩板間的距離為d，電勢(shì)差為U.一質(zhì)量(2)粒子的加速度是多大(結(jié)果用字母表示)？在電場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)？答案粒子的加速度為a .在電場(chǎng)中做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng).(2)粒子的加速度是多大(結(jié)果用字母表示)？在電場(chǎng)中做何種(3)計(jì)算粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度大小.(結(jié)果用字母表示，嘗試用不同的方法求解)答案方法1利用動(dòng)能定理求解.方法2

3、利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解.設(shè)粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)所用時(shí)間為t，vat(3)計(jì)算粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度大小.(結(jié)果用字母表示，嘗試要點(diǎn)總結(jié)1.帶電粒子的分類(lèi)及受力特點(diǎn)(1)電子、質(zhì)子、粒子、離子等基本粒子，一般都 重力.(2)質(zhì)量較大的微粒：帶電小球、帶電油滴、帶電顆粒等，除有說(shuō)明或有明確的暗示外，處理問(wèn)題時(shí)一般都 忽略重力.2.分析帶電粒子在電場(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng)的兩種方法(1)利用牛頓第二定律Fma和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，只能用來(lái)分析帶電粒子的勻變速運(yùn)動(dòng).(2)利用動(dòng)能定理：qU .若初速度為零，則qU ，對(duì)于勻變速運(yùn)動(dòng)和非勻變速運(yùn)動(dòng)都適用.不考慮不能要點(diǎn)總結(jié)不考慮不能典型例題例1如圖2所示，M和

4、N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面，相距為d，電勢(shì)差為U，一質(zhì)量為m(不計(jì)重力)、電荷量為q的粒子，以速度v0通過(guò)等勢(shì)面M射入兩等勢(shì)面之間，則該粒子穿過(guò)等勢(shì)面N的速度應(yīng)是圖2典型例題例1如圖2所示，M和N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面，相針對(duì)訓(xùn)練1(2017鹽城市第三中學(xué)期中)如圖3所示，在A板附近有一電子由靜止開(kāi)始向B板運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于電子到達(dá)B板時(shí)的時(shí)間和速率，下列說(shuō)法正確的是A.兩板間距越大，則加速的時(shí)間越長(zhǎng)，獲得的速率越小B.兩板間距越小，則加速的時(shí)間越短，獲得的速率越小C.兩板間距越小，則加速的時(shí)間越短，獲得的速率不變D.兩板間距越小，則加速的時(shí)間不變，獲得的速率不變圖3針對(duì)訓(xùn)練1(2017鹽城市第三

5、中學(xué)期中)如圖3所示，在A解析由于兩極板之間的電壓不變，由此可見(jiàn)，兩極板間距越小，加速度越大，電子在電場(chǎng)中一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由此可見(jiàn)，兩極板間距越小，加速時(shí)間越短，所以電子到達(dá)B板時(shí)的速率與兩極板間距無(wú)關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤.解析由于兩極板之間的電壓不變，由此可見(jiàn)，兩極板間距越小，加如圖4所示，電子經(jīng)電子槍陰極與陽(yáng)極之間電場(chǎng)的加速，然后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極YY之間.(1)若已知電子電荷量為q，質(zhì)量為m，偏轉(zhuǎn)極板的長(zhǎng)度為l，兩板距離為d，偏轉(zhuǎn)電極間電壓為U，電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的初速度為v0.電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)？二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)圖4答案電子受電場(chǎng)力作用，其方向和初速

6、度v0方向垂直，所以電子水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其實(shí)際運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于平拋運(yùn)動(dòng).如圖4所示，電子經(jīng)電子槍陰極與陽(yáng)極之間電場(chǎng)的加速，然后進(jìn)入偏求電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和加速度.求電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和加速度.求電子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)，速度方向與初速度方向夾角的正切值.求電子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)，速度方向與初速度方向夾角的正切值.求電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)方向的偏移量y.求電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)方向的偏移量y.(2)若已知加速電場(chǎng)的電壓為U，請(qǐng)進(jìn)一步表示tan 和y.(2)若已知加速電場(chǎng)的電壓為U，請(qǐng)進(jìn)一步表示tan 和y.(3)如果再已知偏轉(zhuǎn)電極YY與熒光屏的距離為L(zhǎng)，則電

7、子打在熒光屏上的亮斑在垂直于極板方向上的偏移量y是多大？(3)如果再已知偏轉(zhuǎn)電極YY與熒光屏的距離為L(zhǎng)，則電子打在方法二：yyvyt方法三：利用從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)的速度vy方向的反向延長(zhǎng)線與初速度v0的交點(diǎn)位于 處(如圖所示)方法二：yyvyt方法三：利用從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)射出時(shí)的速度要點(diǎn)總結(jié)1.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析：(1)粒子在v0方向上做 運(yùn)動(dòng).(2)粒子在垂直于v0的方向上做初速度為 的 運(yùn)動(dòng).2.偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的分析處理方法：與平拋運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，即應(yīng)用_的知識(shí)分析處理.3.兩個(gè)特殊結(jié)論(1)粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線過(guò) ，即粒子就像是從極板間 處射出一樣.(2)速度偏轉(zhuǎn)角的正切值是位移和水平方向夾角的正切

8、值的2倍，即：tan 2tan .勻速直線0勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合成與分解水平位移的中點(diǎn)要點(diǎn)總結(jié)勻速直線0勻加速直線運(yùn)動(dòng)的合成與分解水平位移的中延伸思考讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)同一電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速，然后在同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，它們會(huì)分成三股嗎？延伸思考讓一價(jià)氫離子、一價(jià)氦離子和二價(jià)氦離子的混合物經(jīng)典型例題例2一束電子流在經(jīng)U5 000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖5所示.若兩板間距離d1.0 cm，板長(zhǎng)L5.0 cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最大能加多大電壓？圖5答案400 V典型例題例2一束電子流在經(jīng)U5 000

9、V的加速電壓加速解析在加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓U越大，電子在極板間的偏轉(zhuǎn)距離就越大，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大到使電子剛好擦著極板的邊緣飛出時(shí)，兩極板間的偏轉(zhuǎn)電壓即為恰使電子能從平行板間飛出的最大電壓.加速過(guò)程中，由動(dòng)能定理有：進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，電子在平行于板面的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)Lv0t 在垂直于板面的方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，解析在加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓U越大，電子在極板間的偏轉(zhuǎn)即要使電子能從平行板間飛出，所加電壓最大為400 V.即要使電子能從平行板間飛出，所加電壓最大為400 V.例3一束電子流在U15 000 V的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖6所示，兩

10、極板間電壓U2400 V，兩極板間距d2.0 cm，板長(zhǎng)L15.0 cm.(1)求電子在兩極板間穿過(guò)時(shí)的偏移量y；圖6答案0.25 cm例3一束電子流在U15 000 V的加速電壓加速后，在距進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，電子在平行于板面的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，L1v0t 代入數(shù)據(jù)得：y0.25 cm進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，電子在平行于板面的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，代入數(shù)(2)若平行板的右邊緣與屏的距離L25.0 cm，求電子打在屏上的位置與中心O的距離Y；(O點(diǎn)位于平行板水平中線的延長(zhǎng)線上)答案0.75 cm解析如圖，由幾何關(guān)系知：代入數(shù)據(jù)得：Y0.75 cm(2)若平行板的右邊緣與屏的距離L25.0 cm，求電子打(

11、3)若另一個(gè)質(zhì)量為m(不計(jì)重力)的二價(jià)負(fù)離子經(jīng)同一電壓U1加速，再經(jīng)同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大？答案0.25 cm0.75 cm(3)若另一個(gè)質(zhì)量為m(不計(jì)重力)的二價(jià)負(fù)離子經(jīng)同一電壓U1學(xué)科素養(yǎng)建立帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)模型，會(huì)用運(yùn)動(dòng)的合成和分解的知識(shí)分析帶電粒子的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題，提高分析綜合能力，體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).學(xué)科素養(yǎng)建立帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)模型，針對(duì)訓(xùn)練2如圖7所示，兩個(gè)板長(zhǎng)均為L(zhǎng)的平板電極，平行正對(duì)放置，兩極板相距為d，極板之間的電勢(shì)差為U，兩極板間電場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng).一個(gè)帶電粒子(質(zhì)量為m，電荷量為q，

12、可視為質(zhì)點(diǎn))從正極板邊緣以某一初速度垂直于電場(chǎng)方向射入兩極板之間，到達(dá)負(fù)極板時(shí)恰好落在極板邊緣.忽略重力和空氣阻力的影響.求：(1)兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小.圖7解析兩極板間的電壓為U，兩極板間的距離為d，所以電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E .針對(duì)訓(xùn)練2如圖7所示，兩個(gè)板長(zhǎng)均為L(zhǎng)的平板電極，平行正對(duì)放(2)該粒子的初速度v0的大小.解析帶電粒子在極板間做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，在平行于極板方向上有Lv0t(2)該粒子的初速度v0的大小.解析帶電粒子在極板間做類(lèi)平(3)該粒子落到負(fù)極板時(shí)的末動(dòng)能Ek的大小.(3)該粒子落到負(fù)極板時(shí)的末動(dòng)能Ek的大小.達(dá)標(biāo)檢測(cè)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng))兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差

13、為U，一電子質(zhì)量為m，電荷量為e，從O點(diǎn)沿垂直于極板的方向射入，最遠(yuǎn)到達(dá)A點(diǎn)，然后返回O點(diǎn)，如圖8所示，OAL，則此電子具有的初動(dòng)能是圖812341.(帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng))兩平行金屬板相距為d，電勢(shì)差為U，123412342.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖9所示，帶電荷量之比為qAqB13的帶電粒子A、B，先后以相同的速度從同一點(diǎn)水平射入平行板電容器中，不計(jì)重力，帶電粒子偏轉(zhuǎn)后打在同一極板上，水平飛行距離之比為xAxB21，則帶電粒子的質(zhì)量之比mAmB以及在電場(chǎng)中飛行的時(shí)間之比tAtB分別為圖9A.11,23 B.21,32C.11,34 D.43,2112342.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖9所示，帶電荷

14、量之比為qAqB123412343.(示波管的原理)(多選)示波管的構(gòu)造如圖10所示.如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的1234圖10A.極板X(qián)應(yīng)帶正電 B.極板X(qián)應(yīng)帶正電C.極板Y應(yīng)帶正電 D.極板Y應(yīng)帶正電解析根據(jù)亮斑的位置，電子偏向XY區(qū)間，說(shuō)明電子受到電場(chǎng)力作用向極板X(qián)、Y發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板X(qián)、極板Y均應(yīng)帶正電.3.(示波管的原理)(多選)示波管的構(gòu)造如圖10所示.如果在4.(帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn))(2018宿遷市高一下學(xué)期期末)如圖11所示，電子從靜止?fàn)顟B(tài)被U180 V的電場(chǎng)加速后，沿直線垂直進(jìn)入另一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)為E6 000 V/m的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，而后電子從右側(cè)離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng).已知電子比荷為 1011 C/kg，不計(jì)電子的重力，偏轉(zhuǎn)極板長(zhǎng)為L(zhǎng)6.0102 m.求：圖11(1)電子經(jīng)過(guò)電壓U加速后的速度vx的大??；答案8106 m/