物理：25探究電子束在示波管中的運動-2ppt課件

1、J2459J2459學生示波器學生示波器陰極射線管結構示意圖陰極射線管結構示意圖2.5探究電子束在示波管中的運動探究電子束在示波管中的運動示波器的原理示波器的原理1.示波器作用：是一種用來觀察電信號隨時間變化的電子儀器。2.它的核心部件是示波管：由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，管內抽成真空。產生高速飛產生高速飛行的電子束行的電子束待顯示的待顯示的電壓信號電壓信號鋸齒形掃鋸齒形掃描電壓描電壓使電子沿使電子沿Y Y方向偏移方向偏移使電子沿使電子沿x x方向偏移方向偏移一。示波器的原理一。示波器的原理二二. 帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速用牛頓運動定律分析用牛頓運動定律分析用動能定理分

2、析用動能定理分析00v?tvUE1（加速電壓）（加速電壓）如下圖，在真空中有一對平行金如下圖，在真空中有一對平行金屬板，由于接上電池組而帶電，屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢差為兩板間的電勢差為U。若一個質。若一個質量為量為m，帶負電荷，帶負電荷q的電子，在的電子，在靜電力作用下由負極板向正極板靜電力作用下由負極板向正極板運動，計算它到達正極板時的速運動，計算它到達正極板時的速度多大？度多大？3 3、某些帶電體是否考慮重力，要根據題目暗示或運、某些帶電體是否考慮重力，要根據題目暗示或運動狀態(tài)來判定動狀態(tài)來判定電場中的帶電粒子一般可分為兩類：電場中的帶電粒子一般可分為兩類：1 1、帶電的

3、基本粒子：如電子，質子，、帶電的基本粒子：如電子，質子， 粒子，正負粒子，正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質量）。（但并不能忽略質量）。2 2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。帶電粒子在勻強電場中帶電粒子在勻強電場中運動情況：運動情況：受到恒定的電場力受到恒定的電場力受力情況：受力情況： 做勻變速運動做

4、勻變速運動二二. 帶電粒子在電場中的加速帶電粒子在電場中的加速用牛頓運動定律分析用牛頓運動定律分析用動能定理分析用動能定理分析00v?tvUE1（加速電壓）（加速電壓）如下圖，在真空中有一對平行金如下圖，在真空中有一對平行金屬板，由于接上電池組而帶電，屬板，由于接上電池組而帶電，兩板間的電勢差為兩板間的電勢差為U。若一個質。若一個質量為量為m，帶負電荷，帶負電荷q的電子，在的電子，在靜電力作用下由負極板向正極板靜電力作用下由負極板向正極板運動，計算它到達正極板時的速運動，計算它到達正極板時的速度多大？度多大？qUm_帶電粒子的加速帶電粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析: : 水平向右

5、的電場力水平向右的電場力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、運動分析、運動分析: :初速度為零，加速度初速度為零，加速度為為a=qU/mda=qU/md的向右勻的向右勻加速直線運動。加速直線運動。解法一運用運動學知識求解解法一運用運動學知識求解mqUdmdqUadv2222mqUv2解法二運用能量知識求解解法二運用能量知識求解mqUvmvqU2212粒子加速后的速度與加速電壓有關粒子加速后的速度與加速電壓有關思考題思考題 如兩極板間不是勻強電場該用何種如兩極板間不是勻強電場該用何種方法求解？為什么？如果初速度不為方法求解？為什么？如果初速度不為零又如何求解？零又如何求解？ 由于電

6、場力做功與場強是由于電場力做功與場強是否勻強無關，與運動路徑也否勻強無關，與運動路徑也無關，第二種方法仍適用！無關，第二種方法仍適用！ 結論：由于電場力做功與場強是否結論：由于電場力做功與場強是否勻強無關，與運動路徑也無關，所勻強無關，與運動路徑也無關，所以在處理電場對帶電粒子的加速問以在處理電場對帶電粒子的加速問題時，一般都是利用動能定理進行題時，一般都是利用動能定理進行處理。處理。 ld+- - - - - - - - - - - + + + + + + + + + Uv0q、m三三. 帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子在電場中的偏轉 ld+- - - - - - - - - - - + +

7、+ + + + + + + + +Uv0q、mF+vv0vyy偏轉角偏轉角側移側移三三. 帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子在電場中的偏轉試根據類平拋運動的知識，推導偏移量試根據類平拋運動的知識，推導偏移量 y和偏轉角和偏轉角1 1、運動狀態(tài)分析：、運動狀態(tài)分析： 帶電粒子以速度帶電粒子以速度V0V0垂直于電垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產生場線方向飛入兩帶電平行板產生的勻強電場時，若只受電場力作的勻強電場時，若只受電場力作用，做勻變速曲線運動。用，做勻變速曲線運動。2 2、偏轉問題的分析處理方法：、偏轉問題的分析處理方法： （類似平拋運動分析方法）（類似平拋運動分析方法）（1 1沿初速度方向是

8、速度為沿初速度方向是速度為V0V0的勻速直線運動；的勻速直線運動；（2 2沿電場力方向是初速度為零的勻加速直線運動。沿電場力方向是初速度為零的勻加速直線運動。mFa mqEmdqU0vlt 221aty dmvqUl2022類平拋運動與粒子比荷與粒子比荷q/mq/m成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v0v0平方成反比平方成反比與電場的屬性與電場的屬性U U、l l、d d有關有關3。帶電粒子的偏轉：側移距離mFa mqEmdqU0vlt atvydmvqUl0與粒子比荷與粒子比荷q/mq/m成正比成正比與粒子初速度與粒子初速度v0v0平方成反比平方成反比與電場的屬性與電場的屬性U U、l l

9、、d d有關有關0tanvvydmvqUl20類平拋運動4.帶電粒子的偏轉：（偏轉角）1. 1.加速度加速度: :2.2.飛行時間飛行時間: :3.3.側移距離側移距離: :4.4.偏轉角偏轉角: :5.出射速度出射速度:帶電粒子的偏轉帶電粒子的偏轉類平拋運動類平拋運動結論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入結論：帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強電場的問題就是一個類平拋的問題。勻強電場的問題就是一個類平拋的問題。粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻粒子在與電場平行的方向上做初速為零的勻加速運動加速運動 L LmqU

10、v102122202242dULUvLmdqUy12202tandULUmdvLqU四、四、 加速和偏轉一體加速和偏轉一體+-v vv0v0vyvy+_U1U2v0v0-qmy 例：例： 一束電子流經一束電子流經 U=5000V 的電壓的電壓加速后，在距兩極板等間距處垂直進入加速后，在距兩極板等間距處垂直進入平行板間的勻強電場中，若兩板間距平行板間的勻強電場中，若兩板間距 d=1.0cm，板長，板長 l=5.0cm，那么，要使電，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電子能從平行板間飛出，兩個板之間的電壓最多能加多少？壓最多能加多少？課堂小結：課堂小結：一、利用電場使帶電粒子加速一、利用

11、電場使帶電粒子加速二、利用電場使帶電粒子偏轉二、利用電場使帶電粒子偏轉從動力學和運動學角度分析從動力學和運動學角度分析從做功和能量的角度分析從做功和能量的角度分析類似平拋運動的分析方法類似平拋運動的分析方法粒子在與電場垂直的方向上做粒子在與電場垂直的方向上做勻速直線運動勻速直線運動粒子在與電場平行的方向上做粒子在與電場平行的方向上做初速度為零的勻加速運動初速度為零的勻加速運動強化練習強化練習mqUv2qUmvEk221與電量成正比與電量成正比與比荷平方與比荷平方根成正比根成正比D DBMMN NU Ud d+mqUv2v與電壓平方與電壓平方根成正比根成正比B強化練習強化練習A A-v0 B B

12、ABABqUW2022121mvmvWAB202vmqUvABsm/10232022121mvmvqUABq為負為負強化練習強化練習粒子離開電場后的偏轉角正切為粒子離開電場后的偏轉角正切為0.250.25dmvqUl20tan強化練習強化練習tandmvqUl20dmvqUly2022與電量成正比與電量成正比與電量成正比與電量成正比2:12:1強化練習強化練習強化練習強化練習析與解析與解dmvqUly2022bcyy 而bcvv000vlt 又bayy ball 而bavv00qEyWEkkckbkaEEEbctt 221aty 又batt 強化練習強化練習7 7、如圖，電子在電勢差為、如圖，

13、電子在電勢差為U1U1的加速電場中由靜止的加速電場中由靜止開始加速，然后射入電勢差為開始加速，然后射入電勢差為U2U2的兩塊平行極板的兩塊平行極板間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在間的電場中，入射方向跟極板平行。整個裝置處在真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)真空中，重力可忽略。在滿足電子能射出平行板區(qū)的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉的條件下，下述四種情況中，一定能使電子的偏轉角角 變大的是變大的是 （ ）A A、U1U1變大、變大、U2U2變大變大 B B、U1U1變小、變小、U2U2變大變大C C、U1U1變大、變大、U2U2變小變小 D D、U1U1變小、變

14、小、U2U2變小變小強化練習強化練習20121mvqU 1202qUmvdmvleU202tan析與解析與解對加速過程由動能定理：對加速過程由動能定理：對偏轉過程由偏轉角正切公式：對偏轉過程由偏轉角正切公式：dUlU122與粒子的電量與粒子的電量q q、質量質量mm無關無關dUlUy1224ydUlU1224與粒子的電量與粒子的電量q q、質量質量mm無關無關強化練習強化練習dmvqUly2022dmvqUl20tantanyx dmvqUldmvqUl2020222lx強化練習強化練習1010、如下圖，有一電子、如下圖，有一電子( (電量為電量為e e、質量為、質量為m)m)經電壓經電壓U0

15、U0加速后，沿平行金屬板加速后，沿平行金屬板A A、B B中心中心線進入兩板，線進入兩板，A A、B B板間距為板間距為d d、長度為、長度為L L， A A、B B板間電壓為板間電壓為U U，屏，屏CDCD足夠大，距離足夠大，距離A A、B B板右邊緣板右邊緣2L2L，ABAB板的中心線過屏板的中心線過屏CDCD的中的中心且與屏心且與屏CDCD垂直。試求電子束打在屏上的垂直。試求電子束打在屏上的位置到屏中心間的距離。位置到屏中心間的距離。 強化練習強化練習析與解析與解電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：電子離開電場，就好象從中點沿直線離開的：tan)22(llydUUl0245 y對加速

16、過程由動能定理：對加速過程由動能定理：20021mveU 0202eUmvdUUl02tan1111、質量為、質量為1 110-25kg10-25kg、電量為、電量為1 110-10-16C16C的帶電粒子以的帶電粒子以2 2106m/s106m/s速度從水平速度從水平放置的平行金屬板放置的平行金屬板A A、B B中央沿水平方向飛中央沿水平方向飛入板間，如下圖。已知板長入板間，如下圖。已知板長L L10cm10cm，間距，間距d d2cm2cm，當，當ABAB間電壓在間電壓在 范圍范圍內時，此帶電粒子能從板間飛出。內時，此帶電粒子能從板間飛出。v0+ + + + + - - - - - 強化練

17、習強化練習v0+ + + + + - - - - - 2d2/ ltanlddmvqUl202220qldmvU V160析與解析與解對偏轉過程由偏轉角正切公式：對偏轉過程由偏轉角正切公式：2/2/ld或對偏轉過程由側移公式：或對偏轉過程由側移公式：ydmvqUl20222d2220qldmvU V160 如下圖，如下圖，A A、B B為兩塊豎直放置的為兩塊豎直放置的平行金屬板，平行金屬板，G G是靜電計，電鍵是靜電計，電鍵K K合上合上后，靜電計指針張開一個角度。下述后，靜電計指針張開一個角度。下述哪些做法可使指針張角增大？哪些做法可使指針張角增大？( )( )A A、使、使A A、B B兩

18、板靠近些；兩板靠近些； B B、使、使A A、B B兩板正對面積錯開些；兩板正對面積錯開些；C C、斷開、斷開K K后，使后，使B B板向右平移拉開一些；板向右平移拉開一些； D D、斷開、斷開K K后，使后，使A A、B B正對面錯開些。正對面錯開些。CDCD例例1例例2 平行板電容器下板接地，兩板平行板電容器下板接地，兩板與電源相連，與電源相連，b b為正中央的點，將為正中央的點，將不帶電的厚金屬板插入兩板正中間不帶電的厚金屬板插入兩板正中間的如圖所示位置后，的如圖所示位置后，a a、b b、c c三點三點場強及電勢變化情況為：場強及電勢變化情況為：( )( )A A、E= E E= E

19、且均增大，且均增大，E E減為零；減為零； B B、U U U U U U ，且三點電勢均減??；，且三點電勢均減??；C C、E= E E= E 且不變，且不變，E E減為零；減為零； D D、U U U U U U ，且，且U U減小，減小， U U 不變，不變，U U 增大。增大。AD 如下圖，在平行板電容器正如下圖，在平行板電容器正中有一個帶電微粒。中有一個帶電微粒。K K閉合時，該閉合時，該微粒恰好能保持靜止。在保持微粒恰好能保持靜止。在保持K K閉合；充電后將閉合；充電后將K K斷開；兩種情斷開；兩種情況下，各用什么方法能使該帶電況下，各用什么方法能使該帶電微粒向上運動打到上極板？微粒

20、向上運動打到上極板？A.A.上移上極板上移上極板M M B.B.上移下極板上移下極板N N C.C.左移上極板左移上極板M M D.D.把下極板把下極板N N接地接地 K KM MN N答案：選答案：選B B，選，選C C。例例3 傳感器是把非電學里如速度、傳感器是把非電學里如速度、溫度、壓力等的變化轉換成電學里溫度、壓力等的變化轉換成電學里變化的一種測定液面高度的電容式傳變化的一種測定液面高度的電容式傳感器的示意圖，金屬芯線與導電液體感器的示意圖，金屬芯線與導電液體形成一個電容器，從電容形成一個電容器，從電容C大小的變大小的變化就能反映液面的升降情況，兩者的化就能反映液面的升降情況，兩者的關系是（關系是（ ） AC增大表示增大表示h增大增大 BC增大表示增大表示h減小減小 CC減小表示減小表示h減小減小 DC減小表示減小表示h增大增大導電液體金屬芯線電介質AC 例例4AB B121241122121mqmqvv211121vmUqAB222221vmUqAB 練習一：練習一： A板的電勢板的電勢UA0，B板的電勢板的電勢UB隨時間的