沪科版选修31第2章25探究电子束在示波管中的运动课件

1、第2章 电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动第2章 电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动物理观念：1.了解带电粒子在电场中只受电场力偏转时的运动规律.2.知道示波管的主要构造和工作原理.科学思维：能综合运用力学和电学的知识分析、解决带电粒子在电场中的两种典型运动模型.学科素养与目标要求物理观念：学科素养与目标要求NEIRONGSUOYIN内容索引知识探究 新知探究 点点落实达标检测 当堂检测 巩固反馈NEIRONGSUOYIN内容索引知识探究 知识探究知识探究如图1所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量为m、带电荷量为q的粒子，在电场力的作用下由静止开始从正极板

2、A向负极板B运动.(1)比较粒子所受电场力和重力的大小，说明重力能否忽略不计(粒子质量是质子质量的4倍，即m41.671027 kg，电荷量是质子的2倍).一、带电粒子的加速图1答案粒子所受电场力大、重力小；因重力远小于电场力，故可以忽略重力.如图1所示，平行板电容器两板间的距离为d，电势差为U.一质量(2)粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种运动？答案粒子的加速度为a .在电场中做初速度为0的匀加速直线运动.(2)粒子的加速度是多大(结果用字母表示)？在电场中做何种(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示，尝试用不同的方法求解)答案方法1利用动能定理求解.方法2

3、利用牛顿运动定律结合运动学公式求解.设粒子到达负极板时所用时间为t，vat(3)计算粒子到达负极板时的速度大小.(结果用字母表示，尝试要点总结1.带电粒子的分类及受力特点(1)电子、质子、粒子、离子等基本粒子，一般都 重力.(2)质量较大的微粒：带电小球、带电油滴、带电颗粒等，除有说明或有明确的暗示外，处理问题时一般都 忽略重力.2.分析带电粒子在电场力作用下加速运动的两种方法(1)利用牛顿第二定律Fma和运动学公式，只能用来分析带电粒子的匀变速运动.(2)利用动能定理：qU .若初速度为零，则qU ，对于匀变速运动和非匀变速运动都适用.不考虑不能要点总结不考虑不能典型例题例1如图2所示，M和

4、N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是图2典型例题例1如图2所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相针对训练1(2017盐城市第三中学期中)如图3所示，在A板附近有一电子由静止开始向B板运动，则关于电子到达B板时的时间和速率，下列说法正确的是A.两板间距越大，则加速的时间越长，获得的速率越小B.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率越小C.两板间距越小，则加速的时间越短，获得的速率不变D.两板间距越小，则加速的时间不变，获得的速率不变图3针对训练1(2017盐城市第三

5、中学期中)如图3所示，在A解析由于两极板之间的电压不变，由此可见，两极板间距越小，加速度越大，电子在电场中一直做匀加速直线运动，由此可见，两极板间距越小，加速时间越短，所以电子到达B板时的速率与两极板间距无关，仅与加速电压U有关，故C正确，A、B、D错误.解析由于两极板之间的电压不变，由此可见，两极板间距越小，加如图4所示，电子经电子枪阴极与阳极之间电场的加速，然后进入偏转电极YY之间.(1)若已知电子电荷量为q，质量为m，偏转极板的长度为l，两板距离为d，偏转电极间电压为U，电子进入偏转电场时的初速度为v0.电子在偏转电场中做什么运动？二、带电粒子的偏转图4答案电子受电场力作用，其方向和初速

6、度v0方向垂直，所以电子水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，其实际运动类似于平抛运动.如图4所示，电子经电子枪阴极与阳极之间电场的加速，然后进入偏求电子在偏转电场中运动的时间和加速度.求电子在偏转电场中运动的时间和加速度.求电子离开电场时，速度方向与初速度方向夹角的正切值.求电子离开电场时，速度方向与初速度方向夹角的正切值.求电子在偏转电场中沿电场方向的偏移量y.求电子在偏转电场中沿电场方向的偏移量y.(2)若已知加速电场的电压为U，请进一步表示tan 和y.(2)若已知加速电场的电压为U，请进一步表示tan 和y.(3)如果再已知偏转电极YY与荧光屏的距离为L，则电

7、子打在荧光屏上的亮斑在垂直于极板方向上的偏移量y是多大？(3)如果再已知偏转电极YY与荧光屏的距离为L，则电子打在方法二：yyvyt方法三：利用从偏转电场射出时的速度vy方向的反向延长线与初速度v0的交点位于 处(如图所示)方法二：yyvyt方法三：利用从偏转电场射出时的速度要点总结1.运动状态分析：(1)粒子在v0方向上做 运动.(2)粒子在垂直于v0的方向上做初速度为 的 运动.2.偏转问题的分析处理方法：与平抛运动类似，即应用_的知识分析处理.3.两个特殊结论(1)粒子射出电场时速度方向的反向延长线过 ，即粒子就像是从极板间 处射出一样.(2)速度偏转角的正切值是位移和水平方向夹角的正切

8、值的2倍，即：tan 2tan .匀速直线0匀加速直线运动的合成与分解水平位移的中点要点总结匀速直线0匀加速直线运动的合成与分解水平位移的中延伸思考让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经同一电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场中偏转，它们会分成三股吗？延伸思考让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经典型例题例2一束电子流在经U5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图5所示.若两板间距离d1.0 cm，板长L5.0 cm，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？图5答案400 V典型例题例2一束电子流在经U5 000

9、V的加速电压加速解析在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏转距离就越大，当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出时，两极板间的偏转电压即为恰使电子能从平行板间飞出的最大电压.加速过程中，由动能定理有：进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动Lv0t 在垂直于板面的方向做初速度为零的匀加速直线运动，解析在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏转即要使电子能从平行板间飞出，所加电压最大为400 V.即要使电子能从平行板间飞出，所加电压最大为400 V.例3一束电子流在U15 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图6所示，两

10、极板间电压U2400 V，两极板间距d2.0 cm，板长L15.0 cm.(1)求电子在两极板间穿过时的偏移量y；图6答案0.25 cm例3一束电子流在U15 000 V的加速电压加速后，在距进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动，L1v0t 代入数据得：y0.25 cm进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动，代入数(2)若平行板的右边缘与屏的距离L25.0 cm，求电子打在屏上的位置与中心O的距离Y；(O点位于平行板水平中线的延长线上)答案0.75 cm解析如图，由几何关系知：代入数据得：Y0.75 cm(2)若平行板的右边缘与屏的距离L25.0 cm，求电子打(

11、3)若另一个质量为m(不计重力)的二价负离子经同一电压U1加速，再经同一偏转电场，射出偏转电场的偏移量y和打在屏上的偏移量Y各是多大？答案0.25 cm0.75 cm(3)若另一个质量为m(不计重力)的二价负离子经同一电压U1学科素养建立带电粒子在匀强电场中偏转的类平抛运动模型，会用运动的合成和分解的知识分析带电粒子的偏转问题，提高分析综合能力，体现了“科学思维”的学科素养.学科素养建立带电粒子在匀强电场中偏转的类平抛运动模型，针对训练2如图7所示，两个板长均为L的平板电极，平行正对放置，两极板相距为d，极板之间的电势差为U，两极板间电场可以认为是匀强电场.一个带电粒子(质量为m，电荷量为q，

12、可视为质点)从正极板边缘以某一初速度垂直于电场方向射入两极板之间，到达负极板时恰好落在极板边缘.忽略重力和空气阻力的影响.求：(1)两极板间的电场强度E的大小.图7解析两极板间的电压为U，两极板间的距离为d，所以电场强度大小为E .针对训练2如图7所示，两个板长均为L的平板电极，平行正对放(2)该粒子的初速度v0的大小.解析带电粒子在极板间做类平抛运动，在平行于极板方向上有Lv0t(2)该粒子的初速度v0的大小.解析带电粒子在极板间做类平(3)该粒子落到负极板时的末动能Ek的大小.(3)该粒子落到负极板时的末动能Ek的大小.达标检测达标检测1.(带电粒子的直线运动)两平行金属板相距为d，电势差

13、为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射入，最远到达A点，然后返回O点，如图8所示，OAL，则此电子具有的初动能是图812341.(带电粒子的直线运动)两平行金属板相距为d，电势差为U，123412342.(带电粒子的偏转)如图9所示，带电荷量之比为qAqB13的带电粒子A、B，先后以相同的速度从同一点水平射入平行板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在同一极板上，水平飞行距离之比为xAxB21，则带电粒子的质量之比mAmB以及在电场中飞行的时间之比tAtB分别为图9A.11,23 B.21,32C.11,34 D.43,2112342.(带电粒子的偏转)如图9所示，带电荷

14、量之比为qAqB123412343.(示波管的原理)(多选)示波管的构造如图10所示.如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的1234图10A.极板X应带正电 B.极板X应带正电C.极板Y应带正电 D.极板Y应带正电解析根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用向极板X、Y发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电.3.(示波管的原理)(多选)示波管的构造如图10所示.如果在4.(带电粒子的加速和偏转)(2018宿迁市高一下学期期末)如图11所示，电子从静止状态被U180 V的电场加速后，沿直线垂直进入另一个场强为E6 000 V/m的匀强偏转电场，而后电子从右侧离开偏转电场.已知电子比荷为 1011 C/kg，不计电子的重力，偏转极板长为L6.0102 m.求：图11(1)电子经过电压U加速后的速度vx的大小；答案8106 m/