高中物理第一章5勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系示波管原理課件教科版選修3_1

1、5.勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系示波管原理1.理解勻強電場中電場強度與電勢差的關(guān)系,會利用這一關(guān)系分析解決有關(guān)問題,知道沿電場線方向電勢降落得最快.2.了解示波管的工作原理.3.學會處理帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題.一、勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系1.大小關(guān)系:在勻強電場中,兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點間沿電場線方向的距離的乘積;電場強度的大小等于沿電場強度方向每單位距離上的電勢差的大小.2.方向關(guān)系:沿電場線的方向電勢越來越低且電勢降落得最快.我們知道,沿電場線方向電勢逐漸降低;反過來,能不能說“電勢降低的方向就是電場線的方向呢?提示:不能,因為沿與電場線方向的夾角小于90

2、的任一方向電勢都降低,所以電勢降低的方向不一定是電場線的方向,但可以說電勢降低最快的方向一定是電場線的方向.二、示波管原理1.電子在陰極射線管中的運動(如下圖)電子在陰極射線管中的運動可分為三個階段:(1)電子在陰、陽兩極間的電場中加速如果在陰極射線管的陰極和陽極間加上了直流高電壓,那么在陰、陽兩極間就形成了由陽極指向陰極的電場,陰極中的電子受到一個由陰極指向陽極的電場力的作用,當這個電場力大到一定程度,就會有電子從原子中掙脫出來,并且在陰、陽極間電場力的作用下加速.(2)電子在偏轉(zhuǎn)電極間的勻強電場中偏轉(zhuǎn)由于電子在水平方向做勻速直線運動,在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運動,所以電子在偏轉(zhuǎn)電

3、極間的運動類似重力場中物體的平拋運動.(3)電子飛出平行金屬板后做勻速直線運動由于當電子飛出平行金屬板所形成的偏轉(zhuǎn)電場后,不再受電場力的作用,因此,它保持偏轉(zhuǎn)角度不變,做勻速直線運動.2.實驗觀察:帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)實驗室里的示波管與上面陰極射線管的原理是一樣的,只不過多了一對水平偏轉(zhuǎn)電極,如下圖,使用時將要觀察的信號電壓加在偏轉(zhuǎn)電極Y1、Y2上,掃描電壓(一般是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓)加在X1、X2上,這時在熒光屏上就會顯示出加在Y1、Y2上的電壓隨時間變化的圖形.探究一探究二對電勢差與電場強度的關(guān)系的理解1.對U=Ed的理解(1)在勻強電場中,同一方向上一樣間距的兩點間的電勢差都是

4、一樣的.(2)沿電場的方向電勢降低,電場強度方向是電勢降落最快的方向.(3)在非勻強電場中,可用U=Ed定性分析間距相等的兩點間電勢差的大小關(guān)系,因為電場線密集的地方電場強度大,所以沿電場線方向的兩點間電勢差大.探究一探究二2.電場強度與電勢差的比較 探究一探究二3.三個電場強度公式的比較 探究一探究二帶電粒子在電場中的運動1.帶電粒子的加速(1)運動狀態(tài)分析:帶電粒子沿與電場線平行的方向進入勻強電場,受到的電場力與運動方向在同一直線上,做加速(或減速)直線運動.(2)兩種根本思路用牛頓運動定律和運動學公式分析:帶電粒子平行電場線方向進入勻強電場,那么帶電粒子做勻變速直線運動,可由電場力求得加

5、速度進而求出末速度、位移或時間.探究一探究二用功能觀點分析:粒子動能的變化量等于電場力做的功. 探究一探究二2.帶電粒子的偏轉(zhuǎn)帶電粒子以一定初速度垂直電場線方向飛入勻強電場時,受到恒定的與初速度方向成90角的電場力作用而做勻變速曲線運動.如下圖:探究一探究二(2)導出關(guān)系 探究一探究二(3)幾個推論 【例題1】 如下圖中A、B、C三點都在勻強電場中,ACBC,ABC=60,BC=20 cm.把一個電荷量q=10-5 C的正電荷從A移到B,電場力做功為零;從B移到C,電場力做功為-1.7310-3 J,那么該勻強電場的電場強度大小和方向是()A.865 V/m,垂直于AC向左B.865 V/m,

6、垂直于AC向右C.1 000 V/m,垂直于AB斜向上D.1 000 V/m,垂直于AB斜向下解析:把電荷q從A移到B,電場力不做功,說明A、B兩點在同一等勢面上,因該電場為勻強電場,等勢面應(yīng)為平面,故圖中直線AB即為等勢線,電場強度方向垂直于等勢面,可見,選項A、B錯誤.B點電勢比C點低173 V,因電場線指向電勢降低的方向,所以電場強度方向必垂直于AB斜向下.電場強度大小因此選項D正確,選項C錯誤.應(yīng)選D.答案:D公式中的“d表示的是電場中兩點間(與電勢差對應(yīng))沿電場強度方向的距離,或者是電場中兩點所在等勢面之間的距離.(2)利用“E和“U的關(guān)系確定勻強電場電場線的方向時,應(yīng)先根據(jù)題意找到一個等勢面,然后再根據(jù)電場線與等勢面垂直并且指向電勢降低的方向作出電場線,確定電場的方向.【例題2】如下圖,長L=0.4 m的兩平行金屬板A、B豎直放置,相距d=0.02 m,兩平行板間接入的恒定電壓為182 V,B板接正極,一電子質(zhì)量m=9.110-31 kg、電荷量e=1.610-19 C、以v0=4107 m/s的速度緊靠A板向上射入電場中,不計電子的重力.問電子能