《示波器的奥秘》参考课件

第一章电场

第六节示波器的奥秘

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栏目链接1．理解带电粒子在匀强电场中的加速和偏转的原理．

2．能用带电粒子在电场中运动的规律，分析解决实际问题．

3．了解示波管的构造和原理．

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栏目链接1．真空中有一对平行板，A板接电源的正极，B板接电源的负极，两板间形成匀强电场，在两板间若要加速一个电子，获得最大的速度，该电子应从____释放．若板间电势差为U、电子质量为m、电荷量为q，加速后的最大速度为__________．B板

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栏目链接2．带电粒子质量为m，电荷量为e，以初速度v0垂直电场线进入匀强电场，由于静电力的作用，带电粒子将发生偏转．若偏转电场的极板长为l，板间距离为d，偏转电势差为U，则粒子离开电场时的偏转距离________，偏转角度为θ，则__________．

3．示波器的核心部件是示波管，示波管是真空管，主要由三部分组成，这三部分分别是____________________．电子枪、偏转电极、荧光屏

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栏目链接考点一带电粒子的加速1．带电粒子在电场中运动时重力的处理

(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)．

(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．

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栏目链接2．运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一条直线上，做匀加速(或匀减速)直线运动，其加速度为

3．功能观点分析：带电粒子动能的变化量等于电场力做的功(适用于一切电场)．

(1)若粒子的初速度为零，则mv2＝qU，v＝

(2)若粒子的初速度不为零，则mv2－mv

＝qU，v＝

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例1(双选)在如图所示的装置中，A、B是真空中竖直放置的两块平行金属板，它们与调压电路相连，两板间的电压可以根据需要而改变．当两板间的电压为U时，质量为m、电量为－q的带电粒子，以初速度v0从A板上的中心小孔沿垂直两板的虚线射入电场中，在非常接近B板处沿原路返回，在不计重力的情况下，要想使带电粒子进入电场后在A、B板的中点处返回，可以采用的办法是(

)

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栏目链接A．使带电粒子的初速度变为v0/2B．使A、B板间的电压增加到2UC．使初速度v0和电压U都减小到原来的一半

D．使初速度v0和电压U都增加到原来的2倍

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解析：带电粒子进入电场后做匀减速直线运动，加速度大小为：其中d是A、B板间的距离；带电粒子进入电场中的位移为：由此式可见：①当v0变为原来的1/2时，位移为原来的1/4；②当U变为原来的2倍时，位移为原来的1/2；③当v0与U同时变为原来的1/2时，位移为原来的1/2；④当v0与U同时变为原来的2倍时，位移为原来的2倍．答案：BC

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点评：带电粒子在电场中，既可做加速运动，也可做减速运动．做减速运动时，电场力做负功，是动能转化为电势能的过程．

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栏目链接练习1．如图所示，在P板附近有一电子由静止开始向Q板运动，则关于电子到达Q板时的速度，下列说法正确的是(

)A．两板间距离越大，加速的时间就越长，获得的速率就越大

B．两板间距离越小，加速度就越大，获得的速度就越大

C．与两板间距离无关，仅与加速电压有关

D．以上说法均不正确

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解析：由动能定理qU＝mv2，得v＝，得v与距离无关与加速电压有关．故选C.

答案：C

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例2(双选)一个带正电的微粒放在电场中，场强的大小和方向随时间变化的规律如图所示，带电微粒只在电场力的作用下，在t＝0时刻由静止释放，则下列说法中正确的是(

)A．微粒在0～1s内的加速度与1～2s内的加速度相同

B．微粒将沿着一条直线运动

C．微粒做往复运动

D．微粒在第1s内的位移与第3s内的位移相同

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解析：根据题意作出带电粒子在交变电场中运动的v－t图象，如图所示．由图可知在0～1s内与1～2s内的加速度大小相等方向相反，故A错．微粒速度方向一直为正，始终沿一直线运动，B对C错．阴影部分面积为对应的第1s、第3s和第5s内的位移，故D对．答案：BD

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栏目链接考点二带电粒子的偏转1．运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入两带电平行板产生的匀强电场中，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动．

2．运动的分析处理方法：应用运动的合成与分解知识，用类似平抛运动的方法分析处理．

(1)沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动．

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(2)沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动．位移：粒子离开电场时的偏转距离：

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栏目链接离开电场时的偏转角

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例3若m、q各不相同的带电粒子从静止经过同一电场加速(加速电压为U加)，再进入同一偏转电场(偏转电压为U偏)，则其偏移量y和偏转角θ各为多少？有何特点？

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解析：经加速后的速度v0＝，故偏移量：

(与电荷的m、q无关)．偏转角tanθ＝(与电荷的m、q无关)，即偏移量y和偏转角θ均与m、q无关．

答案：与电荷的m、q无关

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栏目链接练习2．一束电子流在经U＝5000V的加速电压加速后，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d＝1.0cm，板长l＝5.0cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？

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解析：在加速电压一定时，偏转电压U′越大，电子在极板间的偏距就越大．当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题目要求的最大电压．加速过程，由动能定理得：eU＝mv，①进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速运动：l＝v0t，②在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度：

③练习

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偏距：y＝at2，④能飞出的条件为：y≤，⑤解①～⑤式得：

U′≤

即要使电子能飞出，所加电压最大为400V.

答案：400V练习

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栏目链接考点三示波管的原理1．主要构造：电子枪、偏转电极、荧光屏．

2．原理：XX′电极使电子束做横向(面向荧光屏而言)的水平匀速扫描，YY′电极使电子束随信号电压的变化在纵向做竖直方向的扫描，这样就在荧光屏上出现了随时间而展开的信号电压的波形．显然，这个波形是电子束同时参与两个相互垂直的分运动合成的结果．

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例4如图所示是示波管工作原理示意图，电子经加速电压U1加速后垂直进入偏转电场，离开偏转电场时的偏转量为h，两平行板间的距离为d，电势差为U2，板长为l.为了提高示波管的灵敏度(单位偏转电压引起的偏转量)可采取哪些措施？

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解析：电子经U1加速后，设以v0的速度垂直进入偏转电场，由动能定理得：mv－0＝eU1，①电子在偏转电场中运动的时间t为：t＝，②电子在偏转电场中的加速度a为：a＝，③电子在偏转电场中的偏转量h为：h＝at2，④由①②③④式可得示波管的灵敏度为：＝可见增大l、减小U1或d均可提高示波管的灵敏度．答案：增大l、减小U1或d均可提高示波管的灵敏度

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栏目链接练习3．(2013·广东卷)喷墨打印机的简化模型如图所示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴在极板间电场中(

)A．向负极板偏转B．电势能逐渐增大C．运动轨迹是抛物线D．运动轨迹与带电量无关

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解析：A.由于是电子，故向正极板偏转，A错；B.由于电子做正功，故电势能减少，B错误；C.由于电子在电场中做类平抛运动，轨迹为抛物线，故C正确；D.由侧向位移y＝at2＝

，可知运动轨迹与带电量有