第五节匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理

1、第五节匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理南溪一中 王聪学习目标1 1、理解匀强电场中电势差与电场强度的关系理解匀强电场中电势差与电场强度的关系UABEd，并且能够推导出这个关系式，并且能够推导出这个关系式2 2、会用关系式会用关系式UABEd或或EUAB /d进行有关进行有关的计算的计算3 3、理解示波管的构造及工作原理，能够处理理解示波管的构造及工作原理，能够处理带电粒子在电场中的加速和偏转问题带电粒子在电场中的加速和偏转问题4 4、匀强电场中、匀强电场中 的应用和示波管原理的的应用和示波管原理的理解理解南溪一中dUE 理论探究以匀强电场为例研究电势差和电场强度的关系1 1沿电场线方

2、向电势的变化沿电场线方向电势的变化南溪一中dEqWABqUWABABdUEAB0ABW0ABUBA则结论:沿电场线的方向电势越来越低电势降低的方向一定是电场方向吗？2 2沿沿垂直垂直电场线方向电势的变化电场线方向电势的变化南溪一中CD0ABWqUWABABBA则结论:与电场线垂直的同一根线上电势相等想一想1 1在匀强电场中在匀强电场中, ,两点间的电势差等于两点间的电势差等于 与与这两点间沿这两点间沿 方向的距离的方向的距离的 , ,场强场强的大小等于沿的大小等于沿 每每 距离上距离上的的 , ,沿电场线的方向电势沿电场线的方向电势 . .场强一、匀强电场中电势差与电场强度的关系一、匀强电场中

3、电势差与电场强度的关系电场线乘积场强方向单位电势差越来越低4 4场强的另一个单位场强的另一个单位:_:_，符号，符号_._.1N/C1N/C1V/m.1V/m.2 2表达式：表达式： . .dUEAB3 3物理意义物理意义: :电场强度的大小等于电场强度的大小等于_每单位距离上的每单位距离上的_；沿电场线的方向电势；沿电场线的方向电势越来越越来越_V/m沿场强方向电势差低伏特每米二、二、示波管原理示波管原理观察思考阴极射线的偏转 显现光斑或图形显现光斑或图形 使电子束在竖直方向偏转使电子束在竖直方向偏转 发射并加速电子发射并加速电子(1)(1)电子枪：电子枪：1 1阴极射线管的构造阴极射线管的

4、构造(2)(2)偏转电极偏转电极：(3)(3)荧光屏：荧光屏：2 2电子在阴极射线管中的运动电子在阴极射线管中的运动电子在阴极射线管中的运动可分为三个阶段电子在阴极射线管中的运动可分为三个阶段. .(1)(1)电子在阴、阳极间的电场中做电子在阴、阳极间的电场中做 . .(2)(2)电子在偏转电极间的匀强电场中做电子在偏转电极间的匀强电场中做 . . 类似于重力场中的类似于重力场中的 . .(3)(3)电子飞出金属板后做电子飞出金属板后做 . .加速运动匀变速曲线运动平抛运动匀速直线运动示波器中的阴极射线管有水平和竖直两个方向上的两对偏转电极三、三、实验观察：带电粒子在电场中的偏转示实验观察：带

5、电粒子在电场中的偏转示3 3示波管的工作原理示波管的工作原理1构造及功能构造及功能 (1)电子枪：发射并加速电子电子枪：发射并加速电子(2)偏转电极偏转电极YY:使电子束竖直偏转使电子束竖直偏转(加信号电压加信号电压) 偏转电极偏转电极XX:使电子束水平偏转使电子束水平偏转(加扫描电压加扫描电压)(3)荧光屏：荧光屏：显现光斑或图形显现光斑或图形2 2工作原理工作原理实验室里的示波管与上面阴极射线管的原理是一实验室里的示波管与上面阴极射线管的原理是一样的样的, ,只不过多了一对只不过多了一对 电极电极, ,使用时将要使用时将要观察的观察的 加在偏转电极加在偏转电极 上上, , 电电压压( (一

6、般是由仪器自身产生的锯齿形电压一般是由仪器自身产生的锯齿形电压) )加在上加在上, , 这时在荧光屏上就会显示出加在这时在荧光屏上就会显示出加在 上的上的 随随 变化的图形变化的图形. .水平偏转信号电压YY扫描XXYY电压时间想一想电子在电子枪中的运动是匀加速直线运动吗？3 3对示波管原理的定量研究对示波管原理的定量研究(1)(1)带电粒子的加速带电粒子的加速电子加速原理电子离开电子枪时的初速度电子离开电子枪时的初速度为零，经过电势差为为零，经过电势差为U1的电的电场加速后，由动能定理得：场加速后，由动能定理得：20121mveU meUv102结论：电子加速后的速度v0受加速电压的调节，U

7、1越大， v0越大.20212121mvmveU想一想若电子以与电场线平行的初速度v0进入匀强电场，带电粒子做直线运动，则电子经过电场加速后的速度v为多少?由动能定理得：由动能定理得：运动状态分析运动状态分析电子以速度电子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成受到恒定的与初速度方向成9090角的静电力作用角的静电力作用而做而做 . .(2)(2)电子在匀强电场中的偏转电子在匀强电场中的偏转匀变速曲线运动偏转问题的处理方法：偏转问题的处理方法：将电子的运动沿初速度方向和电场方向进行分解将电子的运动沿初速度方向和电场方向进行分解沿初速度方

8、向的分运动为沿初速度方向的分运动为 ，满足满足 .沿电场方向的分运动为沿电场方向的分运动为v0=0的的 ， ，离开电场时的偏转量离开电场时的偏转量: :离开电场时的偏转角为离开电场时的偏转角为 ，则，则: : = =匀速直线运动Lv0t匀加速直线运动amFmEqdmUq221atytan 电子飞出偏转电场后，不再受电子飞出偏转电场后，不再受 作用，保作用，保持偏转角不变做持偏转角不变做 ，打在，打在 上上，显出，显出 (3)(3)电子飞出平行金属板后做匀速直线运动电子飞出平行金属板后做匀速直线运动电场力匀速直线运动荧光屏亮斑(4)(4)运动规律总结运动规律总结(5)(5)几个推论几个推论 (1

9、)(1)粒子射出偏转电场时好像从板长粒子射出偏转电场时好像从板长l的的1 1/2 2处沿直处沿直线射出，根据线射出，根据y/tanl/2. (2)(2)位移方向与初速度方向间夹角的正切为速度偏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转角正切的1 1/2 2，根据，根据tantan/2. (3)(3)若几种不同的带电粒子经同一电场加速之后再若几种不同的带电粒子经同一电场加速之后再进入同一个偏转电场，粒子的侧移位移、偏转角进入同一个偏转电场，粒子的侧移位移、偏转角与粒子的与粒子的q、m 无关，仅取决于加速电场和偏转电无关，仅取决于加速电场和偏转电场根据场根据 ， . .其中其中U1为加速

10、电为加速电场的电压，场的电压，U2为偏转电场的电压为偏转电场的电压场场强强、电电势势差差两两者者比比较较关于场强关于场强E的几个表达式的几个表达式公式公式适用范围适用范围说明说明EF/q任何电场任何电场定义式，定义式，q为试探电荷的电为试探电荷的电荷量荷量EkQ/r2真空中点电荷真空中点电荷的电场的电场Q为场源电荷的电量，为场源电荷的电量，E表表示跟点电荷相距示跟点电荷相距r处的某点处的某点的场强的场强EU/d匀强电场匀强电场U为沿电场线方向上相距为为沿电场线方向上相距为d的两点间的电势差的两点间的电势差1 1、如图所示是一个匀强电场的等势面，每两个相、如图所示是一个匀强电场的等势面，每两个相

11、邻等势面相距邻等势面相距2cm2cm，由此可以确定电场强度的方，由此可以确定电场强度的方向和数值是向和数值是( () )B南溪一中课堂练习：A竖直向下，竖直向下，E100 V/mB水平向左，水平向左，E100 V/mC水平向左，水平向左，E200 V/mD水平向右，水平向右，E200 V/m2、如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且、如图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且ABBC，电场中的，电场中的A、B、C三点的场强分别为三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为，电势分别为A、B、C，AB、BC间的间的电势差分别为电势差分别为UAB、UBC，则下列关系中正确的有，则下列关系中正确的有

12、( )AABCBECEBEACUABUBCDUABUBCABC南溪一中课堂练习：3、如图所示、如图所示,实线表示电场线，虚线表示等势线，实线表示电场线，虚线表示等势线，a、b两点的电势分别为两点的电势分别为a50 V，b20 V，则则a、b连线的中点连线的中点c的电势的电势c应为应为( )南溪一中课堂练习：Ac35 VBc35 VCc35 VD无法判断无法判断 B南溪一中课堂练习：4 4、下列粒子从静止状态经过电压为、下列粒子从静止状态经过电压为UU的电场加速的电场加速后速度最大的是后速度最大的是( () )AH11H31He42H215 5、如图所示，两金属板与电源相连接，电子从负、如图所示

13、，两金属板与电源相连接，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入射速度变为原来正极板边缘飞出现在使电子入射速度变为原来的两倍的两倍, ,而电子仍从原位置射入，且仍从正极边缘而电子仍从原位置射入，且仍从正极边缘飞出，则两极板的间距应变为原来的飞出，则两极板的间距应变为原来的( () )C南溪一中课堂练习：6、平行的带电金属板平行的带电金属板A、B间是匀强电场，如图所间是匀强电场，如图所示，两板间距离是示，两板间距离是5 cm，两板间的电压是，两板间的电压是60 V试问：试问：(1)两板间的场强是多大？两板间的场强是多大

14、？南溪一中课堂练习：(2)电场中有电场中有P1和和P2两点，两点，P1点离点离A板板0.5 cm，P2点点离离B板也是板也是0.5 cm,P1和和P2两点间的电势差为多大？两点间的电势差为多大？【答案【答案】(1)1200 V/m (2)48 V(3)54 V6 V(3)若若B板接地，板接地，P1和和P2两点的电势各是多大？两点的电势各是多大？7、在匀强电场中，将一电荷量为在匀强电场中，将一电荷量为2105 C的负电的负电荷由荷由A点移到点移到B点，其电势能增加了点，其电势能增加了0.1 J，已知，已知A、B两点间距为两点间距为2 cm，两点连线与电场方向成，两点连线与电场方向成60角如图所示

15、则：角如图所示则：南溪一中课堂练习：(1)在电荷由在电荷由A移到移到B的过程中，电场力做了多少功？的过程中，电场力做了多少功？(2)A、B两点间的电势差为多少？两点间的电势差为多少？(3)该匀强电场的电场强度为多大？该匀强电场的电场强度为多大？【答案】【答案】(1)0.1 J (2)5103 V (3)5105 V/m8、如图所示是匀强电场中的一组等势面，若、如图所示是匀强电场中的一组等势面，若A、B、C、D相邻两点间距离为相邻两点间距离为2cm，A和和P点间的距离点间的距离为为1.5cm，则该电场的场强，则该电场的场强E和和P点的电势点的电势P分别为分别为多大？多大？南溪一中课堂练习：【答案

16、【答案】9、一束电子流在经、一束电子流在经U5000 V的加速电场加速后的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图所示若两板间距离场，如图所示若两板间距离d1.0 cm，板长，板长l5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多大电压？极板上最大能加多大电压？南溪一中课堂练习：10、如图所示是示波管的原理示意图电子从灯丝发射出如图所示是示波管的原理示意图电子从灯丝发射出来经电压为来经电压为U1的电场加速后，通过加速极板的电场加速后，通过加速极板A上的小孔上的小孔O1射出，沿中心线射出，沿中心线O1O2进入进入M、N间的偏转电场，间的偏转电场，O1O2与偏与偏转电场方向垂直，偏转电场的电压为转电场方向垂直，偏转电场的电压为U2，经过偏转电场的，经过偏转电场的右右端端P1 点离开偏转电场点离开偏转电场,然后打在垂直然后打在垂直O1O2放置的荧光屏放置的荧光屏上的上的P2点已知平行金属极板点已知平行金属极板M、N间距离为间距离为d ，极板长，极板长度为度为L ，极板的右端与荧光屏之间的距离为，极板的右端与荧光屏之间的距离为L,不计电子之不计电子之间的相互作用力及其所受的重力，且电子离开灯丝时的初间的相互作用力及其所