物理：16_示波器的奧秘_課件(粵教版選修3-1)

1、第六節(jié)第六節(jié)示波器的奧秘示波器的奧秘課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏掌握帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律轉(zhuǎn)所遵循的規(guī)律2知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理重點(diǎn)難點(diǎn)：應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)和功能關(guān)系來(lái)分重點(diǎn)難點(diǎn)：應(yīng)用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)和功能關(guān)系來(lái)分析帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題析帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速如圖如圖161，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，帶正電，帶正電q的粒子，在的粒子，在電場(chǎng)力作用下由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力作用下由靜止開(kāi)始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中的過(guò)程中圖圖161qU動(dòng)能定理動(dòng)能定

2、理思考感悟思考感悟1上述兩平行金屬板間為勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒上述兩平行金屬板間為勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子在板間運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為多少？子在板間運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為多少？勻加速勻加速勻速勻速lv0t思考感悟思考感悟2帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是直線還是曲線帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是直線還是曲線與哪些因素有關(guān)呢？與哪些因素有關(guān)呢？提示：提示：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，只受電場(chǎng)力作用時(shí)，若在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，只受電場(chǎng)力作用時(shí)，若v00為直線運(yùn)動(dòng)；若為直線運(yùn)動(dòng)；若v00，但，但v0與電場(chǎng)力在與電場(chǎng)力在一條直線上，做直線運(yùn)動(dòng)；有夾角則做曲線運(yùn)一條直線上，做直線運(yùn)動(dòng)；有夾角則做曲線運(yùn)動(dòng)；若垂直則做類平拋運(yùn)動(dòng)非勻強(qiáng)電場(chǎng)中較動(dòng)；若垂直則做類平拋運(yùn)動(dòng)

3、非勻強(qiáng)電場(chǎng)中較為復(fù)雜，例如在點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中可做勻速圓周為復(fù)雜，例如在點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中可做勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)三、示波器探秘三、示波器探秘1如圖如圖162所示為示波管的結(jié)構(gòu)圖所示為示波管的結(jié)構(gòu)圖 圖圖1621燈絲燈絲2.陰極陰極3.控制極控制極4.第一陽(yáng)極第一陽(yáng)極5.第二陽(yáng)極第二陽(yáng)極6.第三陽(yáng)極第三陽(yáng)極7._ 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)8._ 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)9.熒光屏熒光屏2原理：燈絲通電后給陰極加熱，使陰極發(fā)原理：燈絲通電后給陰極加熱，使陰極發(fā)射電子電子經(jīng)陽(yáng)極和陰極間的射電子電子經(jīng)陽(yáng)極和陰極間的_加加速聚集形成一個(gè)很細(xì)的電子束射出，電子打在速聚集形成一個(gè)很細(xì)的電子束射出，電子打在管底和熒光屏上，形成一個(gè)小亮

4、班亮斑在熒管底和熒光屏上，形成一個(gè)小亮班亮斑在熒光屏上的位置可以通過(guò)調(diào)節(jié)豎直偏轉(zhuǎn)極與水平光屏上的位置可以通過(guò)調(diào)節(jié)豎直偏轉(zhuǎn)極與水平偏轉(zhuǎn)極上的偏轉(zhuǎn)極上的_大小來(lái)控制如果加在大小來(lái)控制如果加在豎直極板上的豎直極板上的_是隨時(shí)間正弦變化的信是隨時(shí)間正弦變化的信號(hào) ， 并 在 水 平 偏 轉(zhuǎn) 板 上 加 上 適 當(dāng) 的號(hào) ， 并 在 水 平 偏 轉(zhuǎn) 板 上 加 上 適 當(dāng) 的_，熒光屏上就會(huì)顯示出一條正弦，熒光屏上就會(huì)顯示出一條正弦曲線曲線豎直豎直水平水平電場(chǎng)電場(chǎng)電壓電壓電壓電壓偏轉(zhuǎn)電壓偏轉(zhuǎn)電壓一、帶電粒子的加速一、帶電粒子的加速1帶電粒子的分類帶電粒子的分類(1)基本粒子基本粒子如電子、質(zhì)子、如電子、

5、質(zhì)子、粒子、離子等除有說(shuō)明或有明粒子、離子等除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，一般都不考慮重力確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略但并不忽略質(zhì)量質(zhì)量)(2)帶電微粒帶電微粒如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說(shuō)明或有明如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說(shuō)明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力確的暗示以外，一般都不能忽略重力2帶電粒子的加速帶電粒子的加速當(dāng)帶電粒子以平行電場(chǎng)的方向進(jìn)入電場(chǎng)后，所當(dāng)帶電粒子以平行電場(chǎng)的方向進(jìn)入電場(chǎng)后，所受電場(chǎng)力與其運(yùn)動(dòng)方向共線，在不計(jì)其他受力受電場(chǎng)力與其運(yùn)動(dòng)方向共線，在不計(jì)其他受力的情況下，帶電粒子做勻加的情況下，帶電粒子做勻加(減減)速直線運(yùn)動(dòng)，電速直線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力與

6、速度方向相同時(shí)，帶電粒子做勻加速直場(chǎng)力與速度方向相同時(shí)，帶電粒子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，示波器、電視顯像管中的電子槍，回線運(yùn)動(dòng)，示波器、電視顯像管中的電子槍，回旋加速器都是利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子加速的旋加速器都是利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子加速的3處理方法處理方法可以從動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系兩個(gè)角度進(jìn)行分析，可以從動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系兩個(gè)角度進(jìn)行分析，其比較如下：其比較如下：兩個(gè)角度兩個(gè)角度內(nèi)容內(nèi)容動(dòng)力學(xué)角度動(dòng)力學(xué)角度功能關(guān)系角度功能關(guān)系角度涉及知識(shí)涉及知識(shí)應(yīng)用牛頓第應(yīng)用牛頓第二定律結(jié)合二定律結(jié)合勻變速直線勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式運(yùn)動(dòng)公式功的公式及動(dòng)能定功的公式及動(dòng)能定理理選擇條件選擇條件勻強(qiáng)電場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力是恒電場(chǎng)力是恒

7、力力可以是勻強(qiáng)電場(chǎng)，可以是勻強(qiáng)電場(chǎng)，也可以是非勻強(qiáng)電也可以是非勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力可以是場(chǎng)，電場(chǎng)力可以是恒力，也可以是變恒力，也可以是變力力特別提醒：特別提醒：(1)對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析、運(yùn)動(dòng)對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析、力做功情況分析是選擇規(guī)律解題的特點(diǎn)分析、力做功情況分析是選擇規(guī)律解題的關(guān)鍵關(guān)鍵(2)選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮，選擇解題的方法是優(yōu)先從功能關(guān)系角度考慮，應(yīng)用功能關(guān)系列式簡(jiǎn)單、方便，不易出錯(cuò)應(yīng)用功能關(guān)系列式簡(jiǎn)單、方便，不易出錯(cuò)即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)1(雙選雙選)如圖如圖163所示，電量和質(zhì)量都相所示，電量和質(zhì)量都相同的帶正電粒

8、子以不同的初速度通過(guò)同的帶正電粒子以不同的初速度通過(guò)A、B兩兩板間的加速電場(chǎng)后飛出，不計(jì)重力的作用，則板間的加速電場(chǎng)后飛出，不計(jì)重力的作用，則()圖圖163A它們通過(guò)加速電場(chǎng)所需的時(shí)間相等它們通過(guò)加速電場(chǎng)所需的時(shí)間相等B它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中動(dòng)能的增量相等它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中動(dòng)能的增量相等C它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中速度的增量相等它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中速度的增量相等D它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中電勢(shì)能的減少量它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中電勢(shì)能的減少量相等相等解析：解析：選選BD.由于電量和質(zhì)量都相等，因此產(chǎn)由于電量和質(zhì)量都相等，因此產(chǎn)生的加速度相等，初速度越大的帶電粒子經(jīng)過(guò)生的加速度相等，初速度越大的帶電粒

9、子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)所用時(shí)間越短，加速時(shí)間越短，則速度的電場(chǎng)所用時(shí)間越短，加速時(shí)間越短，則速度的變化量越??；由于電場(chǎng)力做功變化量越??；由于電場(chǎng)力做功WqU與初速與初速度及時(shí)間無(wú)關(guān)，因此電場(chǎng)力對(duì)各帶電粒子做功度及時(shí)間無(wú)關(guān)，因此電場(chǎng)力對(duì)各帶電粒子做功相等，則它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中電勢(shì)能的減相等，則它們通過(guò)加速電場(chǎng)過(guò)程中電勢(shì)能的減少量相等，動(dòng)能增加量也相等少量相等，動(dòng)能增加量也相等二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)如圖如圖164所示，帶電粒子以初速度所示，帶電粒子以初速度v0垂直垂直電場(chǎng)線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)線進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖圖164特別提醒：特別提醒：(1)該類運(yùn)動(dòng)與之前所學(xué)的平拋運(yùn)動(dòng)該類運(yùn)動(dòng)與之前所學(xué)的平

10、拋運(yùn)動(dòng)處理方法相似，兩種運(yùn)動(dòng)重要的區(qū)別是加速度處理方法相似，兩種運(yùn)動(dòng)重要的區(qū)別是加速度的不同的不同(2)對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題也可以選擇對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題也可以選擇動(dòng)能定理求解，但只能求出速度大小，不能求動(dòng)能定理求解，但只能求出速度大小，不能求出速度方向，涉及到方向問(wèn)題，必須采用把運(yùn)出速度方向，涉及到方向問(wèn)題，必須采用把運(yùn)動(dòng)分解的方法動(dòng)分解的方法即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)2(單選單選)一束帶電粒子以相同的速率從同一位一束帶電粒子以相同的速率從同一位置，垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，所有粒置，垂直于電場(chǎng)方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，所有粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡都是一樣的

11、這說(shuō)明所有粒子子的運(yùn)動(dòng)軌跡都是一樣的這說(shuō)明所有粒子()A都具有相同的質(zhì)量都具有相同的質(zhì)量B都具有相同的電荷量都具有相同的電荷量C電荷量與質(zhì)量之比都相同電荷量與質(zhì)量之比都相同D都是同位素都是同位素課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子在電場(chǎng)中的加速圖圖165【答案】【答案】D【方法總結(jié)】【方法總結(jié)】用能量觀點(diǎn)分析問(wèn)題是解決問(wèn)用能量觀點(diǎn)分析問(wèn)題是解決問(wèn)題主要方法之一，要把功能關(guān)系和物體運(yùn)動(dòng)分題主要方法之一，要把功能關(guān)系和物體運(yùn)動(dòng)分析和受力分析結(jié)合起來(lái)，能夠達(dá)到事半功倍的析和受力分析結(jié)合起來(lái)，能夠達(dá)到事半功倍的效果效果 一束電子流在經(jīng)一束電子流在經(jīng)U5000 V的加速電場(chǎng)加的加速電場(chǎng)

12、加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖166所示，若兩板間距所示，若兩板間距d1.0 cm，板長(zhǎng)，板長(zhǎng)l5.0 cm，那么，要使電子能從，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓？平行板間飛出，兩個(gè)極板上最多能加多大電壓？帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)圖圖166【答案】【答案】400 V 變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練如圖如圖167所示，真空中一束電子流，以一所示，真空中一束電子流，以一定速度定速度v0沿著與場(chǎng)強(qiáng)垂直方向自沿著與場(chǎng)強(qiáng)垂直方向自O(shè)點(diǎn)正下方進(jìn)點(diǎn)正下方進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，入勻強(qiáng)電場(chǎng)，OAABBC，過(guò)，

13、過(guò)A、B、C三三點(diǎn)作豎直線與電子軌跡交于點(diǎn)作豎直線與電子軌跡交于M、N、P三點(diǎn)，三點(diǎn)，則電子在則電子在OM、MN、NP三段中動(dòng)能增加量三段中動(dòng)能增加量Ek1Ek2Ek3_.圖圖167解析：解析：根據(jù)動(dòng)能定理，根據(jù)動(dòng)能定理，Ek等于每段中電場(chǎng)力做等于每段中電場(chǎng)力做的功因電場(chǎng)力相同，所以的功因電場(chǎng)力相同，所以Eks(位移位移)又又OA、AB、BC相等，即相等，即tOMtMNtNP所以所以sOMsMNsNP135(電場(chǎng)力方向上的電場(chǎng)力方向上的位移位移)所以所以Ek1Ek2Ek3135.答案：答案：135 (2011年湛江高二測(cè)試年湛江高二測(cè)試)噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖簡(jiǎn)圖如圖168所

14、示，其中墨盒可以發(fā)出墨汁所示，其中墨盒可以發(fā)出墨汁微滴，其半徑為微滴，其半徑為1105m，此微滴經(jīng)過(guò)帶電室，此微滴經(jīng)過(guò)帶電室時(shí)被帶上負(fù)電，帶電的多少由計(jì)算機(jī)按字體筆畫時(shí)被帶上負(fù)電，帶電的多少由計(jì)算機(jī)按字體筆畫高低位置輸入信號(hào)加以控制，帶電后的微粒以一高低位置輸入信號(hào)加以控制，帶電后的微粒以一定的水平初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，帶電微滴經(jīng)過(guò)偏定的水平初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，帶電微滴經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，打到紙上，顯示出字體，無(wú)轉(zhuǎn)電場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，打到紙上，顯示出字體，無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，墨汁微滴不帶電，信號(hào)輸入時(shí)，墨汁微滴不帶電，帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與實(shí)際帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與實(shí)際應(yīng)用應(yīng)用徑直通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)而注

15、入回流槽流回墨盒設(shè)徑直通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)而注入回流槽流回墨盒設(shè)偏轉(zhuǎn)極板長(zhǎng)為偏轉(zhuǎn)極板長(zhǎng)為l1.6 cm，兩板間的距離為，兩板間的距離為d0.50 cm，偏轉(zhuǎn)板的右端距紙，偏轉(zhuǎn)板的右端距紙L3.2 cm，若，若一個(gè)墨汁微滴的質(zhì)量為一個(gè)墨汁微滴的質(zhì)量為1.61010kg，以，以20 m/s的初速度垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，的初速度垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是8.0103 V，若墨汁微滴，若墨汁微滴打到紙上的點(diǎn)距原射入方向的距離是打到紙上的點(diǎn)距原射入方向的距離是2.0 mm，求這個(gè)墨汁微滴過(guò)帶電室所帶的電荷量求這個(gè)墨汁微滴過(guò)帶電室所帶的電荷量(不計(jì)不計(jì)空氣阻力和重力，可

16、以認(rèn)為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)只局限在空氣阻力和重力，可以認(rèn)為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)只局限在平行板電容器內(nèi)部，忽略邊緣電場(chǎng)的不均勻平行板電容器內(nèi)部，忽略邊緣電場(chǎng)的不均勻性性)為了使紙上的字體放大為了使紙上的字體放大10%，請(qǐng)你分析，請(qǐng)你分析一個(gè)可行的方法一個(gè)可行的方法。圖圖168【精講精析】【精講精析】從偏轉(zhuǎn)極板間射出后，微滴做勻從偏轉(zhuǎn)極板間射出后，微滴做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其反向延長(zhǎng)線交于極板中點(diǎn)，可速直線運(yùn)動(dòng)，其反向延長(zhǎng)線交于極板中點(diǎn)，可求解微滴打到紙上點(diǎn)距原入射方向距離的表達(dá)求解微滴打到紙上點(diǎn)距原入射方向距離的表達(dá)式，即可分析得出可行的辦法式，即可分析得出可行的辦法設(shè)帶電微滴的電荷量為設(shè)帶電微滴的電荷量為q，進(jìn)入電場(chǎng)后微滴的豎，進(jìn)入電場(chǎng)后微滴的豎直側(cè)移