第五節(jié)勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系示波管原理

1、第五節(jié)勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系示波管原理南溪一中 王聰學(xué)習(xí)目標(biāo)1 1、理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系UABEd，并且能夠推導(dǎo)出這個(gè)關(guān)系式，并且能夠推導(dǎo)出這個(gè)關(guān)系式2 2、會(huì)用關(guān)系式會(huì)用關(guān)系式UABEd或或EUAB /d進(jìn)行有關(guān)進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算的計(jì)算3 3、理解示波管的構(gòu)造及工作原理，能夠處理理解示波管的構(gòu)造及工作原理，能夠處理帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問(wèn)題4 4、勻強(qiáng)電場(chǎng)中、勻強(qiáng)電場(chǎng)中 的應(yīng)用和示波管原理的的應(yīng)用和示波管原理的理解理解南溪一中dUE 理論探究以勻強(qiáng)電場(chǎng)為例研究電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系1 1沿電場(chǎng)線方

2、向電勢(shì)的變化沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)的變化南溪一中dEqWABqUWABABdUEAB0ABW0ABUBA則結(jié)論:沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低電勢(shì)降低的方向一定是電場(chǎng)方向嗎？2 2沿垂直電場(chǎng)線方向電勢(shì)的變化沿垂直電場(chǎng)線方向電勢(shì)的變化南溪一中CD0ABWqUWABABBA則結(jié)論:與電場(chǎng)線垂直的同一根線上電勢(shì)相等想一想1 1在勻強(qiáng)電場(chǎng)中在勻強(qiáng)電場(chǎng)中, ,兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于 與與這兩點(diǎn)間沿這兩點(diǎn)間沿 方向的距離的方向的距離的 , ,場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)的大小等于沿的大小等于沿 每每 距離上距離上的的 , ,沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì) . .場(chǎng)強(qiáng)一、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系一、勻強(qiáng)電場(chǎng)中

3、電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系電場(chǎng)線乘積場(chǎng)強(qiáng)方向單位電勢(shì)差越來(lái)越低4 4場(chǎng)強(qiáng)的另一個(gè)單位場(chǎng)強(qiáng)的另一個(gè)單位:_:_，符號(hào)，符號(hào)_._.1N/C1N/C1V/m.1V/m.2 2表達(dá)式：表達(dá)式： . .dUEAB3 3物理意義物理意義: :電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于_每單位距離上的每單位距離上的_；沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)；沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越越來(lái)越_V /m沿場(chǎng)強(qiáng)方向電 勢(shì)差低伏 特 每米二、示波管原理二、示波管原理觀察思考陰極射線的偏轉(zhuǎn) 顯現(xiàn)光斑或圖形顯現(xiàn)光斑或圖形 使電子束在豎直方向偏轉(zhuǎn)使電子束在豎直方向偏轉(zhuǎn) 發(fā)射并加速電子發(fā)射并加速電子(1)(1)電子槍：電子槍：1 1陰極射線管的構(gòu)造陰極

4、射線管的構(gòu)造(2)(2)偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極：(3)(3)熒光屏：熒光屏：2 2電子在陰極射線管中的運(yùn)動(dòng)電子在陰極射線管中的運(yùn)動(dòng)電子在陰極射線管中的運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)階段電子在陰極射線管中的運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)階段. .(1)(1)電子在陰、陽(yáng)極間的電場(chǎng)中做電子在陰、陽(yáng)極間的電場(chǎng)中做 . .(2)(2)電子在偏轉(zhuǎn)電極間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做電子在偏轉(zhuǎn)電極間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做 . . 類似于重力場(chǎng)中的類似于重力場(chǎng)中的 . .(3)(3)電子飛出金屬板后做電子飛出金屬板后做 . .加速運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)示波器中的陰極射線管有水平和豎直兩個(gè)方向上的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)電極三、實(shí)驗(yàn)觀察：帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)示三、實(shí)驗(yàn)

5、觀察：帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)示3 3示波管的工作原理示波管的工作原理1構(gòu)造及功能構(gòu)造及功能 (1)電子槍：發(fā)射并加速電子電子槍：發(fā)射并加速電子(2)偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極YY:使電子束豎直偏轉(zhuǎn)使電子束豎直偏轉(zhuǎn)(加信號(hào)電壓加信號(hào)電壓) 偏轉(zhuǎn)電極偏轉(zhuǎn)電極XX:使電子束水平偏轉(zhuǎn)使電子束水平偏轉(zhuǎn)(加掃描電壓加掃描電壓)(3)熒光屏：熒光屏：顯現(xiàn)光斑或圖形顯現(xiàn)光斑或圖形2 2工作原理工作原理實(shí)驗(yàn)室里的示波管與上面陰極射線管的原理是一實(shí)驗(yàn)室里的示波管與上面陰極射線管的原理是一樣的樣的, ,只不過(guò)多了一對(duì)只不過(guò)多了一對(duì) 電極電極, ,使用時(shí)將要使用時(shí)將要觀察的觀察的 加在偏轉(zhuǎn)電極加在偏轉(zhuǎn)電極 上上, , 電電壓壓

6、( (一般是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓一般是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓) )加在上加在上, , 這時(shí)在熒光屏上就會(huì)顯示出加在這時(shí)在熒光屏上就會(huì)顯示出加在 上的上的 隨隨 變化的圖形變化的圖形. .水平偏轉(zhuǎn)信號(hào)電壓YY掃描XXYY電壓時(shí)間想一想電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)嗎？3 3對(duì)示波管原理的定量研究對(duì)示波管原理的定量研究(1)(1)帶電粒子的加速帶電粒子的加速電子加速原理電子離開電子槍時(shí)的初速度電子離開電子槍時(shí)的初速度為零，經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為為零，經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U1的電的電場(chǎng)加速后，由動(dòng)能定理得：場(chǎng)加速后，由動(dòng)能定理得：20121mveU meUv102結(jié)論：電子加速后的速度v0受加速電壓的

7、調(diào)節(jié)，U1越大， v0越大.20212121mvmveU想一想若電子以與電場(chǎng)線平行的初速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng)，則電子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后的速度v為多少?由動(dòng)能定理得：由動(dòng)能定理得：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析電子以速度電子以速度v0垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，受到恒定的與初速度方向成受到恒定的與初速度方向成9090角的靜電力作用角的靜電力作用而做而做 . .(2)(2)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的處理方法：偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的處理方法：將電子的運(yùn)動(dòng)沿初速度方向和電場(chǎng)方向進(jìn)行分解將電子的運(yùn)動(dòng)沿初速度方向和電場(chǎng)方向進(jìn)行分解沿

8、初速度方向的分運(yùn)動(dòng)為沿初速度方向的分運(yùn)動(dòng)為 ，滿足滿足 .沿電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)為沿電場(chǎng)方向的分運(yùn)動(dòng)為v0=0的的 ， ，離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)量: :離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角為離開電場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角為 ，則，則: : = =勻速直線運(yùn)動(dòng)Lv0t勻加速直線運(yùn)動(dòng)amFmEqdmUq221atytan 電子飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后，不再受電子飛出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后，不再受 作用，保作用，保持偏轉(zhuǎn)角不變做持偏轉(zhuǎn)角不變做 ，打在，打在 上上，顯出，顯出 (3)(3)電子飛出平行金屬板后做勻速直線運(yùn)動(dòng)電子飛出平行金屬板后做勻速直線運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力勻速直線運(yùn)動(dòng)熒光屏亮斑(4)(4)運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)(5)(5)幾個(gè)推論幾個(gè)推

9、論 (1)(1)粒子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)好像從板長(zhǎng)粒子射出偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)好像從板長(zhǎng)l的的1 1/2 2處沿直處沿直線射出，根據(jù)線射出，根據(jù)y/tanl/2. (2)(2)位移方向與初速度方向間夾角的正切為速度偏位移方向與初速度方向間夾角的正切為速度偏轉(zhuǎn)角正切的轉(zhuǎn)角正切的1 1/2 2，根據(jù)，根據(jù)tantan/2. (3)(3)若幾種不同的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速之后再若幾種不同的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速之后再進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，粒子的側(cè)移位移、偏轉(zhuǎn)角進(jìn)入同一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，粒子的側(cè)移位移、偏轉(zhuǎn)角與粒子的與粒子的q、m 無(wú)關(guān)，僅取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電無(wú)關(guān)，僅取決于加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)根據(jù)場(chǎng)根據(jù) ， . .其中其中U

10、1為加速電為加速電場(chǎng)的電壓，場(chǎng)的電壓，U2為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)、電電勢(shì)勢(shì)差差兩兩者者比比較較關(guān)于場(chǎng)強(qiáng)關(guān)于場(chǎng)強(qiáng)E的幾個(gè)表達(dá)式的幾個(gè)表達(dá)式公式公式適用范圍適用范圍說(shuō)明說(shuō)明EF/q任何電場(chǎng)任何電場(chǎng)定義式，定義式，q為試探電荷為試探電荷的電荷量的電荷量EkQ/r2真空中點(diǎn)電真空中點(diǎn)電荷的電場(chǎng)荷的電場(chǎng)Q為場(chǎng)源電荷的電量，為場(chǎng)源電荷的電量，E表示跟點(diǎn)電荷相距表示跟點(diǎn)電荷相距r處的處的某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)EU/d勻強(qiáng)電場(chǎng)勻強(qiáng)電場(chǎng)U為沿電場(chǎng)線方向上相為沿電場(chǎng)線方向上相距為距為d的兩點(diǎn)間的電勢(shì)的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差差1 1、如圖所示是一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面，每?jī)蓚€(gè)相、如圖所示是一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面，

11、每?jī)蓚€(gè)相鄰等勢(shì)面相距鄰等勢(shì)面相距2cm2cm，由此可以確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方，由此可以確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向和數(shù)值是向和數(shù)值是( () )B南溪一中課堂練習(xí)：A豎直向下，豎直向下，E100 V/mB水平向左，水平向左，E100 V/mC水平向左，水平向左，E200 V/mD水平向右，水平向右，E200 V/m2、如圖所示，實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)、如圖所示，實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)線，且線，且ABBC，電場(chǎng)中的，電場(chǎng)中的A、B、C三點(diǎn)的三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)分別為場(chǎng)強(qiáng)分別為EA、EB、EC，電勢(shì)分別為，電勢(shì)分別為A、B、C，AB、BC間的電勢(shì)差分別為間的電勢(shì)差分別為UAB、UBC，則下列關(guān)系中正確的有，則下列關(guān)系中

12、正確的有( )AABCBECEBEACUABUBCDUABUBCABC南溪一中課堂練習(xí)：3、如圖所示、如圖所示,實(shí)線表示電場(chǎng)線，虛線表示等實(shí)線表示電場(chǎng)線，虛線表示等勢(shì)線，勢(shì)線，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為a50 V，b20 V，則，則a、b連線的中點(diǎn)連線的中點(diǎn)c的電勢(shì)的電勢(shì)c應(yīng)應(yīng)為為( )南溪一中課堂練習(xí)：Ac35 VBc35 VCc35 VD無(wú)法判斷無(wú)法判斷 B南溪一中課堂練習(xí)：4 4、下列粒子從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過(guò)電壓為、下列粒子從靜止?fàn)顟B(tài)經(jīng)過(guò)電壓為UU的電場(chǎng)加速的電場(chǎng)加速后速度最大的是后速度最大的是( () )AH11H31He42H215 5、如圖所示，兩金屬板與電源相、如圖所示，兩

13、金屬板與電源相連接，電子從負(fù)極板邊緣垂直電連接，電子從負(fù)極板邊緣垂直電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，且恰好從場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，且恰好從正極板邊緣飛出現(xiàn)在使電子入正極板邊緣飛出現(xiàn)在使電子入射速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍射速度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍, ,而電子仍而電子仍從原位置射入，且仍從正極邊緣從原位置射入，且仍從正極邊緣飛出，則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵w出，則兩極板的間距應(yīng)變?yōu)樵瓉?lái)的來(lái)的( () )C南溪一中課堂練習(xí)：6、平行的帶電金屬板、平行的帶電金屬板A、B間間是勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示，兩板是勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示，兩板間距離是間距離是5 cm，兩板間的電壓，兩板間的電壓是是60 V試問(wèn)：試問(wèn)：(1)兩板間的場(chǎng)強(qiáng)是多大？?jī)砂彘g

14、的場(chǎng)強(qiáng)是多大？南溪一中課堂練習(xí)：(2)電場(chǎng)中有電場(chǎng)中有P1和和P2兩點(diǎn)，兩點(diǎn)，P1點(diǎn)離點(diǎn)離A板板0.5 cm，P2點(diǎn)點(diǎn)離離B板也是板也是0.5 cm,P1和和P2兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多大？?jī)牲c(diǎn)間的電勢(shì)差為多大？【答案】【答案】(1)1200 V/m (2)48 V(3)54 V6 V(3)若若B板接地，板接地，P1和和P2兩點(diǎn)的電勢(shì)各是多大？?jī)牲c(diǎn)的電勢(shì)各是多大？7、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將一電荷量為、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將一電荷量為2105 C的負(fù)電荷由的負(fù)電荷由A點(diǎn)移到點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢(shì)能增加點(diǎn)，其電勢(shì)能增加了了0.1 J，已知，已知A、B兩點(diǎn)間距為兩點(diǎn)間距為2 cm，兩，兩點(diǎn)連線與電場(chǎng)方向成點(diǎn)連線與電場(chǎng)方向

15、成60角如圖所示則角如圖所示則：南溪一中課堂練習(xí)：(1)在電荷由在電荷由A移到移到B的過(guò)程中，電場(chǎng)力做了多少功？的過(guò)程中，電場(chǎng)力做了多少功？(2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多少？?jī)牲c(diǎn)間的電勢(shì)差為多少？(3)該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？【答案】【答案】(1)0.1 J (2)5103 V (3)5105 V/m8、如圖所示是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的一組等勢(shì)面，、如圖所示是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的一組等勢(shì)面，若若A、B、C、D相鄰兩點(diǎn)間距離為相鄰兩點(diǎn)間距離為2cm，A和和P點(diǎn)間的距離為點(diǎn)間的距離為1.5cm，則該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，則該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E和和P點(diǎn)的電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)P分別為多大？分別為多大？南溪一中課

16、堂練習(xí)：【答案】【答案】9、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)加速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間速后，在距兩極板等距處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示若兩板間距離的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖所示若兩板間距離d1.0 cm，板長(zhǎng)，板長(zhǎng)l5.0 cm，那么，要使電子能，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最大能加多大從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最大能加多大電壓？電壓？南溪一中課堂練習(xí)：10、如圖所示是示波管的原理示意、如圖所示是示波管的原理示意圖電子從燈絲發(fā)射出來(lái)經(jīng)電壓為圖電子從燈絲發(fā)射出來(lái)經(jīng)電壓為U1的電場(chǎng)加速后，通過(guò)加速極板的電場(chǎng)加速后，通過(guò)加速極板A上的小孔上的小孔O1射出，沿中心線射出，沿中心線O1O2進(jìn)進(jìn)入入M、N間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，間的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，O1O2與偏與偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓轉(zhuǎn)電場(chǎng)方向垂直，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的電壓為為U2，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的右端，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的右端P1 點(diǎn)離點(diǎn)離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),然后打在垂直然后打在垂直O(jiān)1O2放置放置的熒光屏上的的熒光屏上的P2點(diǎn)已知平行金屬點(diǎn)已知平行金屬極板極板M、N間距離為間距離為d ，極板長(zhǎng)度為，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng) ，極板的右端與熒光屏之間的距，極板的右端與熒光屏之間的距離為離為L(zhǎng),不計(jì)電子之間的相互作用力不計(jì)電子之間的相互作用力及其所受的重力，且電子離開燈絲及其所受的重