匀强电场中电势差与电场强度的关系-示波管原理

§1.5匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理教学要求：1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U＝Ed，能够推导出这个关系式并进行应用。2.定性了解示波管的基本原理，培养学生逻辑论证、空间想象的能力。教学重、难点：重点：1.关系式U＝Ed及基成立条件

2.带电粒子在匀强电场中的加速运动难点：对示波管基本原理的定性了解一、匀强电场中电势差与电场强度的关系电场有两个性质：力的性质和能的性质，描述这两个方面性质的物理量分别是场强和电势，那么这两个物理量之间有没有什么联系呢？电学中场强跟电场对电荷的作用力相联系，电势差跟电场力移动电荷做功相联系，由此可想而知，电场中电势差跟场强也有联系。

理论探究：

如图所示，设匀强电场E中，沿电场线方向有A、B两点，距离为d，电势差为UAB，正电荷q从A移到B，1.沿电场线方向电势的变化（1）在匀强电场中，两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场线方向的距离的乘积（2）场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差（3）沿电场线方向电势越来越低，电场线的方向就是电势降低最快的方向。可以证明1V/m＝1N/C，即场强的两个单位是相同的。在匀强电场中，如果沿垂直电场线方向把电荷q从C点移到D点，由于电荷的位移方向与受力方向垂直，电场力不做功，UCD＝0，所以C、D两点的电势相等，且在垂直于电场线的同一平面内，即：2.沿垂直电场线方向电势变化回忆等势面相关知识沿垂直电场线方向的各点的电势相等应用举例：如图所示，水平放置的两平行金属板间有一匀强电场。已知两极板间相距5cm，有一质量为1.0×10－9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为5.0×10－12C。若不考虑空气浮力，要使液滴处于平衡状态，问：（1）两极板间应加多大的电势差？（2）哪块极板的电势较高？解：设A、B两极板间电压为U，则匀强电场的场强液滴所受电场力又由二力平衡有所以A、B两板间的电压代入已知可解得因为负电荷所受电场力的方向竖直向上，所以电场线方向向下，则A板电势高。二、示波管原理——带电粒子在电场中的运动示波器是一种可以显示电信号随时间变化情况的仪器，它的核心部件是示波管，示波管实际上是一个阴极射线管，下面我们来了解它的工作原理。阴极射线管常用于示波器的视频显示，如右图所示是阴极射线管中电子运动的径迹。右图是一种简化的阴极射线管的装置示意图，思考：电子从阴极射出后的运动可以分为几个阶段？各是什么运动？电子在管中的运动可分为三个阶段1.电子在电场中加速——电子枪原理分析：如图所示，在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。两板间有一带正电荷q的带电粒子。它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负板时的速度有多大？(不考虑粒子的重力）qUm+_带电粒子的加速dqUm+_带电粒子的加速d1、受力分析:

水平向右的电场力

F＝qE=qU/dF2、运动分析:初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法二运用能量知识求解思考：若两极板间电场不是匀强电场，该用哪种方法求？2.电子在匀强电场中偏转——类平抛运动Ul++++++------Y

dY′

如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d。在两板间加以电压U，一电荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力)v0

q1.受力分析：粒子受到竖直向下的静电力F＝qE＝qU/d。2.运动规律分析:粒子作类平抛运动。v++++++------v0Y

dUY′

q

lx方向：匀速直线运动y方向：加速度为的匀加速直线运动。y

v0vy

v

v0vyΦ

3.x方向

4.y方向

5、离开电场时的偏转角度的正切：F偏转电压越大，电荷飞出电场时的偏转角度就越大3.电子飞出电场后做匀速直线运动当电子飞出两板间的偏转电场后，不再受电场力的作用，因此它保持偏转角度不变，做匀速直线运动，直到打到荧光屏上，显示出荧光亮点。++++++------φvv0vy+_U1U2v0

l-qm加速和偏转一体y三、实验观察：带电粒子在电场中的偏转通常实验室里的示波管与上述阴极射线管的原理是一样的，只不过管内多了一对水平偏转电极，如图所示。课堂小结：一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做匀速