示波器的奥秘课件 新人教版选修3-1

1、第第 一一 课课 时时一、电场中的带电体一般可分为两类：一、电场中的带电体一般可分为两类：1 1、带电粒子：、带电粒子：如电子，质子，如电子，质子， 粒子，正负离子等。这些粒子粒子，正负离子等。这些粒子 所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的所受重力和电场力相比小得多，除非有说明或明确的 暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）2 2、带电微粒：、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确 的暗示以外，一般都考虑重力。的暗示以外，一般都考虑重力。第六节第六节 示波器的奥秘示波器的

2、奥秘引入：引入：要了解示波器的奥秘，我们首先要掌握带电粒子在电场中的运动规律。要了解示波器的奥秘，我们首先要掌握带电粒子在电场中的运动规律。二、带电粒子在匀强电场中运动规律：二、带电粒子在匀强电场中运动规律： 受到恒定的电场力做匀变速运动。受到恒定的电场力做匀变速运动。F FqUm+_ 带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/d2 2、运动分析、运动分析: :初速度为零，加速度初速度为零，加速度为为a=qU/mda=qU/md的向右的向右匀匀加速直线运动加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运

3、用运动学知识求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二运用动能定理求解解法二运用动能定理求解mqUvmvqU2212结论：结论：相同粒子加速后的速度只与加速电压有关相同粒子加速后的速度只与加速电压有关1 1、带电粒子在匀强电场中的加速：、带电粒子在匀强电场中的加速：问题：两平行金属板间电压为问题：两平行金属板间电压为U U，板间距离为，板间距离为d d，有一正电荷，有一正电荷q q、质量、质量mm的带电粒的带电粒子子 从正极板处，由静止开始向负极运动，你能求出粒子到负极板时的速度吗？从正极板处，由静止开始向负极运动，你能求出粒子到负极板时的速度吗？例题：例题：如图所示，在如图所示，在P

4、 P板附近有一电子由静止开始向板附近有一电子由静止开始向QQ 板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下 列叙述正确的是列叙述正确的是( )( )A.A.两板间距越大，加速的时间越长两板间距越大，加速的时间越长B.B.两板间距离越小，加速度就越大，两板间距离越小，加速度就越大，则电子到达则电子到达QQ板时的速度就越大板时的速度就越大C.C.电子到达电子到达QQ板时的速度与板间距板时的速度与板间距离无关，仅与加速电压有关离无关，仅与加速电压有关D.D.电子的加速度和末速度都与板电子的加速度和末速度都与板间距离无关间距离无关A AC C 2 2、带电粒子在匀强

5、电场中的偏转：、带电粒子在匀强电场中的偏转：问题：两平行金属板水平放置问题：两平行金属板水平放置, ,极板长度为极板长度为L L，板间距离为，板间距离为d d，板间电压为，板间电压为U U。有。有一一 质量为质量为mm、电荷量为、电荷量为q q的带电粒子以水平速度的带电粒子以水平速度v v0 0进入板间的匀强电场。你能进入板间的匀强电场。你能 求出粒子穿出电场时在竖直方向上的位移求出粒子穿出电场时在竖直方向上的位移y y和偏转的角度和偏转的角度 吗？吗？L- - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + dU+v0F1. 1.受力分析：粒子受到竖直向下的受力分

6、析：粒子受到竖直向下的 静电力静电力F FEqEq=qU/dqU/d。2.2.运动规律分析运动规律分析: :粒子作粒子作类平抛类平抛运动。运动。 粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动 粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动初速为零的匀加速运动y粒子的加速度：粒子的加速度： mdqUmqEmFa 0vLt 2022022mdvqULvLmdqU21at21y 由水平分运动求时间：由水平分运动求时间：由竖直分运动求偏转位移：由竖直分运动求偏转位移：由速度分解求偏转角度：由速度分解求偏转角度：Ly2mdvqULvatvvtan

7、2000y 讨论讨论1 1：不同的带电粒子经过同一偏转电场的偏转位移：不同的带电粒子经过同一偏转电场的偏转位移2202221mdvqULaty结论：结论：若以相同的动能射入若以相同的动能射入若以相同的速度射入若以相同的速度射入 则则yq/myq/m则则yqyq 讨论讨论2 2：带电粒子的偏角与偏转位移的关系：带电粒子的偏角与偏转位移的关系：2/mdvqULvatvvtan2000yLy结论：结论：上式说明粒子穿出电场的末速上式说明粒子穿出电场的末速 度的反向延长线与初速度延长线度的反向延长线与初速度延长线 交点恰好在水平位移的中点。交点恰好在水平位移的中点。Lv0m，qv0vyUdyvt 讨论

8、讨论3 3：带电粒子：带电粒子穿越电场过程的动能增量穿越电场过程的动能增量Ek=qEy L L+- - - - - -v vv v0 0v vy y+_U1U2v v0 0-qy3 3、带电粒子在匀强电场中的加速和偏转：、带电粒子在匀强电场中的加速和偏转：问题：有一负电荷问题：有一负电荷q q、质量、质量mm的带电粒子先经过加速电场的带电粒子先经过加速电场U U1 1，再经过偏转电场，再经过偏转电场U U2 2， 你能你能求出粒子穿出偏转电场时在竖直方向上的位移求出粒子穿出偏转电场时在竖直方向上的位移y和偏转的角度和偏转的角度吗？吗？12220222214221210dULUmdvLqUaty

9、mvqU所以由于1222/tandULULy结论：结论：不同的带电粒子若经相同不同的带电粒子若经相同 的加速电压的加速电压U U1 1后射入相同的后射入相同的 偏转电场偏转电场U U2 2，则，则y y及及 与与q q、 m m无关无关, ,随随U U2 2的增大而增大，的增大而增大， 随随U U1 1的增大而减小。的增大而减小。思考题思考题: :让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过同 一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转， 在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏

10、转电场时，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏转电场时， 它们是否会分为三股？请说明理由。它们是否会分为三股？请说明理由。答案：答案：通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的动能E Ek k=qUqU, ,加速电压相同，加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。v vv vy yy L L+- -v v0 0+-U1U2v v0 0-qm即粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所即粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。以三种粒子不可能分开为三股。12220222422

11、1dULUmdvLqUaty由于下列粒子由静止经加速电压下列粒子由静止经加速电压 为为U U的电场加速后，的电场加速后， 哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大 （ ） 哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大 （ ） A A、质子、质子 B B、电子、电子C C、氘核、氘核 DD、氦核、氦核 强化练习强化练习mqUv2qUmvEk221与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比D DBe/m1840e/me/2m2e/4m如图所示，如图所示，MM、N N是在真空中竖直放置的两块是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为平行金属板，质量为mm、电量为、电量为+q+q的质子，以极的质子，以极

12、小的初速度由小孔进入电场，当小的初速度由小孔进入电场，当MM、N N间电压为间电压为U U时，粒子到达时，粒子到达N N板的速度为板的速度为v，如果要使这个带，如果要使这个带电粒子到达电粒子到达N N板的速度为板的速度为2 2v ，则下述方法能满足，则下述方法能满足要求的是（要求的是（ ）A A、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为4U 4U C C、使、使MM、N N间电压不变，距离减半间电压不变，距离减半 DD、使、使MM、N N间电压不变，距离加倍间电压不变，距离加倍 MMN NU Ud d+mqUv2v与与电压平方电压

13、平方根根成正比成正比B强化练习强化练习如图所示的电场中有如图所示的电场中有A A、B B两点，两点，A A、B B的电势差的电势差U UABAB100V100V，一个质量为，一个质量为m=m=2.02.01010-12-12kgkg、电量电量为为q=q=-5.0-5.01010-8-8C C的带电粒子，以初速度的带电粒子，以初速度v v0 0 = =3.03.010103 3m/sm/s由由A A点运动到点运动到B B点，求粒子到达点，求粒子到达B B点点时的速率。（不计粒子重力）时的速率。（不计粒子重力）A A-v0B BABABqUW2022121mvmvWAB202vmqUvABsm/1

14、0232022121mvmvqUABq为为负负强化练习强化练习dmvqUl20tan强化练习强化练习tandmvqUl20dmvqUly2022与与电量电量成正比成正比与与电量电量成正比成正比2:12:1强化练习强化练习 强化练习强化练习析与解析与解dmvqUly2022bcyy 而bcvv000vlt 又bayy ball 而bavv00qEyWEkkckbkaEEEbctt 221aty 又batt 强化练习强化练习7 7、如图，电子在电势差为、如图，电子在电势差为U U1 1的加速电场中由静止的加速电场中由静止开始加速，然后射入电势差为开始加速，然后射入电势差为U U2 2的两块平行极板

15、的两块平行极板间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在间的电场中，入射方向跟极板平行。整个装置处在真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区真空中，重力可忽略。在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角角 变大的是变大的是 A A、U U1 1变大、变大、U U2 2变大变大 B B、U U1 1变小、变小、U U2 2变大变大C C、U U1 1变大、变大、U U2 2变小变小 DD、U U1 1变小、变小、U U2 2变小变小强化练习强化练习20121mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析与解析与解

16、对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：dUlU122与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关dUlUy1224ydUlU1224与粒子的与粒子的电量电量q q、质量质量mm无关无关强化练习强化练习 dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx强化练习强化练习1010、如图所示，有一电子、如图所示，有一电子( (电量为电量为e e、质量为、质量为m)m)经电压经电压U U0 0加速后，沿平行金属板加速后，沿平行金属板A A、B B中中心线进入两板，心线进入两板，A A、

17、B B板间距为板间距为d d、长度为、长度为L L， A A、B B板间电压为板间电压为U U，屏，屏CDCD足够大，距离足够大，距离A A、B B板右边缘板右边缘2L2L，ABAB板的中心线过屏板的中心线过屏CDCD的中的中心且与屏心且与屏CDCD垂直。试求电子束打在屏上的垂直。试求电子束打在屏上的位置到屏中心间的距离。位置到屏中心间的距离。 强化练习强化练习析与解析与解电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：电子离开电场，就好象从中点沿直线离开的：tan)22(llydUUl0245 y对加速过程由动能定理：对加速过程由动能定理：20021mveU 0202eUmvdUUl02tan111

18、1、质量为、质量为1 11010-25-25kgkg、电量为、电量为1 11010-16-16C C的带电粒子以的带电粒子以2 210106 6m/sm/s速度从水平放置的速度从水平放置的平行金属板平行金属板A A、B B中央沿水平方向飞入板间，中央沿水平方向飞入板间，如图所示。已知板长如图所示。已知板长L L10cm10cm，间距，间距d d2cm2cm，当，当ABAB间电压在间电压在 范围内时，范围内时，此带电粒子能从板间飞出。此带电粒子能从板间飞出。v0+ + + + + - - - - - 强化练习强化练习v0+ + + + + - - - - - 2d2/ ltanlddmvqUl2

19、02220qldmvU V160析与解析与解对偏转过程由偏转角正切公式：对偏转过程由偏转角正切公式：2/2/ld或对偏转过程由侧移公式：或对偏转过程由侧移公式：ydmvqUl20222d2220qldmvU V160AB B121241122121mqmqvv211121vmUqAB222221vmUqAB 强化练习强化练习13、A板的电势板的电势UA0，B板的电势板的电势UB随时间的变化规律如图所示。则随时间的变化规律如图所示。则( )A.若电子是在若电子是在t0时刻进入的，它时刻进入的，它将一直向将一直向B板运动板运动B.若电子是在若电子是在tT/8时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可

20、能时而向B板运动，时而向板运动，时而向A板板运动运动,最后打在最后打在B板上板上C.若电子是在若电子是在t3T/8时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板运动，时而向板运动，时而向A板板运动运动,最后打在最后打在B板上板上 D.若电子是在若电子是在tT/2时刻进入的，时刻进入的，它可能时而向它可能时而向B板、时而向板、时而向A板运动板运动t/ s UB / v0U0-U0BAAB强化练习强化练习uOU-UtAB2)2)(21TmdqUd 122qUdfmfT1强化练习强化练习 15、电子在电势差为、电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始的加速电场中由静止开始运动运动,然后射入电势

21、差为然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电的两块平行极板间的电场中场中,入射方向跟极板平行入射方向跟极板平行.整个装置处在真空中整个装置处在真空中,重力可忽略重力可忽略.在满足电子能射出平行板区的条件下在满足电子能射出平行板区的条件下,下述四种情况中下述四种情况中,一定能使电子的偏转角一定能使电子的偏转角变大的变大的是是( ) AU1变大、变大、U2变大变大 BU1变小、变小、U2变大变大 CU1变大、变大、U2变小变小 DU1变小、变小、U2变小变小B强化练习强化练习hv020)(21vLmdeUh 2022mdveLUh先找到物理量表达式先看常量后看变量先定性判断后定量计算强化练习强化练

22、习KkEEqEy 21201)(21vLayKkEEqEy42202)2(21vLay214yy kkEE417 强化练习强化练习 18、水平放置的两块平行金属板长、水平放置的两块平行金属板长l =5cm，两板，两板间距间距d=1cm，两板间电压为，两板间电压为U=90V，且上板带正，且上板带正电，一个电子沿水平方向以速度电，一个电子沿水平方向以速度v0=2.0107m/s，从两板中央射入，求：从两板中央射入，求：（1）电子偏离金属板的侧位移是多少？）电子偏离金属板的侧位移是多少？（2）电子飞出电场时的）电子飞出电场时的 速度是多少？速度是多少？（3）电子离开电场后，）电子离开电场后， 打在屏

23、上的打在屏上的P点，点， 若若s=10cm，求，求 OP的长的长dyxsly0OPMo（1）0.49cm，（，（2）2.04107m/s，（3）0.025m AB强化练习强化练习思考：1、上题中YOP与偏转电压UAB的关系？2、若UAB按如图规律变化P点如何移动？3、若UAB按如图规律变化P点如何移动？oABdyxsly0OPM图1.5-13UABtUABt第第 二二 课课 时时三、示波器的原理三、示波器的原理1 1、示波器作用：、示波器作用：是一种用来观察电信号随时间变化的电是一种用来观察电信号随时间变化的电 子仪器。子仪器。2 2、它的核心部件是示波管：、它的核心部件是示波管：由电子枪、偏

24、转电极和荧光由电子枪、偏转电极和荧光 屏组成，管内抽成真空。屏组成，管内抽成真空。3 3、基本原理：、基本原理：带电粒子在电场力的作用下加速和偏转，带电粒子在电场力的作用下加速和偏转， 屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏产生的。屏幕上的亮线是由电子束高速撞击荧光屏产生的。如果在如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，同时在，同时在XXXX之之间加间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？，在荧光屏上会看到什么图形？XYOA BCD EFA B CD E FABOCt1DEFt21 1、如图所示的示波管，如果在、如图所示的示波管，如果在YYYY之间加如

25、图所之间加如图所示的示的交变电压交变电压，同时在，同时在XXXX之间加如图所示的之间加如图所示的锯锯齿形电压齿形电压，使，使X X的电势比的电势比XX高，在荧光屏上会看高，在荧光屏上会看到什么图形？到什么图形？UxtOt1t2xxUKx yyUKy 强化练习强化练习1 1、如图所示的示波管，如果在、如图所示的示波管，如果在YYYY之间加如图所之间加如图所示的示的交变电压交变电压，同时在，同时在XXXX之间加如图所示的之间加如图所示的锯锯齿形电压齿形电压，使，使X X的电势比的电势比XX高，在荧光屏上会看高，在荧光屏上会看到什么图形？到什么图形？UxtOt1t2XYO0tt0tt1 1t t1

26、1tttt2 2xxUKx yyUKy 强化练习强化练习2、已知：、已知：U1、l、YY?偏转电极的电压偏转电极的电压U2、板间距、板间距d 、 板端到荧光屏的距离板端到荧光屏的距离L。求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tan及打及打到屏上电子的偏移量到屏上电子的偏移量y?。122tandUlU Lly 2tan LlydUlU 2212yyUKULldUly 21)2(2偏移量与偏移量与YY?偏偏转电极的电压转电极的电压U2成正比成正比强化练习强化练习3 3、真空室中电极、真空室中电极K K发出电子（初速不计），经过发出电子（初速不计），经过电压为电压为

27、U U1 1的加速电场后，由小孔的加速电场后，由小孔S S沿水平金属板沿水平金属板A A、B B间的中心线射入板中，板长间的中心线射入板中，板长L L，相距为，相距为d d，在两板，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内B B板的电势高于板的电势高于A A板的电势，已知电子的质量为板的电势，已知电子的质量为mm，带电量为带电量为e e，不计电子重力，求：，不计电子重力，求：（1 1）电子进入）电子进入ABAB板时的初速度；板时的初速度；（2 2）要使所有的电子都能离开）要使所有的电子都能离开ABAB板，图乙中电压板，图乙中电压的最大值的最

28、大值U U0 0需满足什么条件？需满足什么条件？ （3 3）在荧光屏上）在荧光屏上会看到什么图形？会看到什么图形？强化练习强化练习设电子进入设电子进入ABAB板时的初速度为板时的初速度为v0 020121mveU meUv102设电子在偏转电压为设电子在偏转电压为U U0 0时进入时进入ABAB板间板间222020ddmvleUy22102ldUU 析与解析与解产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的电压信号电压信号锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理1 1）、如果在电极）、如果

29、在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使Y Y的电势比的电势比YY高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy xxUKx 2 2）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，而在之间不加电压，而在YYYY之间加之间加不变电压不变电压，使，使YY的电势比的电势比Y Y高，高，电子将打在荧光屏的什么位置？电子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿Y Y方方向向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 3 3）、）、如果在

30、电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向里向里偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx 4 4）、）、如果在电极如果在电极 YY之间不加电压，但在之间不加电压，但在XX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X的电势比的电势比X高，电高，电子将打在荧光屏的什么位置？子将打在荧光屏的什么位置？电子沿电子沿X X方方向向向外向外偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx 5 5）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不

31、加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 6 6）、如果在电极）、如果在电极XXXX之间不加电压，但在之间不加电压，但在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压，在荧光屏，在荧光屏上会看到什么图形？上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy 7 7）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之

32、间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电的电势比势比XX高高，在荧光屏上会看到什么图形？在荧光屏上会看到什么图形？0tt0tt1 1电子沿电子沿Y Y方向方向向上向上偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理yyUKy xxUKx 8 8）、如果在）、如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电交变电压压，同时在，同时在XXXX之间加之间加不变电压不变电压，使，使X X的电的电势比势比XX高，在荧光屏上会看到什么图形？高，在荧光屏上会看到什么图形？t t1 1tttt2 2电子沿电子沿Y Y方向方向向下向下偏，沿偏，沿X X方向方向向里向里偏偏四、示波器的原理四、示波器的原理xxUKx yyUKy 9 9）、如果在）、如果在YYYY之间加如图