《示波器的奧秘》參考課件

第一章電場

第六節(jié)示波器的奧秘

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考點篇

欄目鏈接1．理解帶電粒子在勻強電場中的加速和偏轉(zhuǎn)的原理．

2．能用帶電粒子在電場中運動的規(guī)律，分析解決實際問題．

3．了解示波管的構(gòu)造和原理．

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欄目鏈接1．真空中有一對平行板，A板接電源的正極，B板接電源的負(fù)極，兩板間形成勻強電場，在兩板間若要加速一個電子，獲得最大的速度，該電子應(yīng)從____釋放．若板間電勢差為U、電子質(zhì)量為m、電荷量為q，加速后的最大速度為__________．B板

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欄目鏈接2．帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為e，以初速度v0垂直電場線進入勻強電場，由于靜電力的作用，帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)．若偏轉(zhuǎn)電場的極板長為l，板間距離為d，偏轉(zhuǎn)電勢差為U，則粒子離開電場時的偏轉(zhuǎn)距離________，偏轉(zhuǎn)角度為θ，則__________．

3．示波器的核心部件是示波管，示波管是真空管，主要由三部分組成，這三部分分別是____________________．電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏

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欄目鏈接考點一帶電粒子的加速1．帶電粒子在電場中運動時重力的處理

(1)基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等，除有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力(但并不忽略質(zhì)量)．

(2)帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有說明或有明確的暗示以外，一般都不能忽略重力．

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欄目鏈接2．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條直線上，做勻加速(或勻減速)直線運動，其加速度為

3．功能觀點分析：帶電粒子動能的變化量等于電場力做的功(適用于一切電場)．

(1)若粒子的初速度為零，則mv2＝qU，v＝

(2)若粒子的初速度不為零，則mv2－mv

＝qU，v＝

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例1(雙選)在如圖所示的裝置中，A、B是真空中豎直放置的兩塊平行金屬板，它們與調(diào)壓電路相連，兩板間的電壓可以根據(jù)需要而改變．當(dāng)兩板間的電壓為U時，質(zhì)量為m、電量為－q的帶電粒子，以初速度v0從A板上的中心小孔沿垂直兩板的虛線射入電場中，在非常接近B板處沿原路返回，在不計重力的情況下，要想使帶電粒子進入電場后在A、B板的中點處返回，可以采用的辦法是(

)

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欄目鏈接A．使帶電粒子的初速度變?yōu)関0/2B．使A、B板間的電壓增加到2UC．使初速度v0和電壓U都減小到原來的一半

D．使初速度v0和電壓U都增加到原來的2倍

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解析：帶電粒子進入電場后做勻減速直線運動，加速度大小為：其中d是A、B板間的距離；帶電粒子進入電場中的位移為：由此式可見：①當(dāng)v0變?yōu)樵瓉淼?/2時，位移為原來的1/4；②當(dāng)U變?yōu)樵瓉淼?倍時，位移為原來的1/2；③當(dāng)v0與U同時變?yōu)樵瓉淼?/2時，位移為原來的1/2；④當(dāng)v0與U同時變?yōu)樵瓉淼?倍時，位移為原來的2倍．答案：BC

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點評：帶電粒子在電場中，既可做加速運動，也可做減速運動．做減速運動時，電場力做負(fù)功，是動能轉(zhuǎn)化為電勢能的過程．

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欄目鏈接練習(xí)1．如圖所示，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運動，則關(guān)于電子到達Q板時的速度，下列說法正確的是(

)A．兩板間距離越大，加速的時間就越長，獲得的速率就越大

B．兩板間距離越小，加速度就越大，獲得的速度就越大

C．與兩板間距離無關(guān)，僅與加速電壓有關(guān)

D．以上說法均不正確

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欄目鏈接練習(xí)

解析：由動能定理qU＝mv2，得v＝，得v與距離無關(guān)與加速電壓有關(guān)．故選C.

答案：C

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例2(雙選)一個帶正電的微粒放在電場中，場強的大小和方向隨時間變化的規(guī)律如圖所示，帶電微粒只在電場力的作用下，在t＝0時刻由靜止釋放，則下列說法中正確的是(

)A．微粒在0～1s內(nèi)的加速度與1～2s內(nèi)的加速度相同

B．微粒將沿著一條直線運動

C．微粒做往復(fù)運動

D．微粒在第1s內(nèi)的位移與第3s內(nèi)的位移相同

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解析：根據(jù)題意作出帶電粒子在交變電場中運動的v－t圖象，如圖所示．由圖可知在0～1s內(nèi)與1～2s內(nèi)的加速度大小相等方向相反，故A錯．微粒速度方向一直為正，始終沿一直線運動，B對C錯．陰影部分面積為對應(yīng)的第1s、第3s和第5s內(nèi)的位移，故D對．答案：BD

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欄目鏈接考點二帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1．運動狀態(tài)分析：帶電粒子以速度v0垂直于電場線方向飛入兩帶電平行板產(chǎn)生的勻強電場中，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．

2．運動的分析處理方法：應(yīng)用運動的合成與分解知識，用類似平拋運動的方法分析處理．

(1)沿初速度方向做速度為v0的勻速直線運動．

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(2)沿電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動．位移：粒子離開電場時的偏轉(zhuǎn)距離：

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欄目鏈接離開電場時的偏轉(zhuǎn)角

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例3若m、q各不相同的帶電粒子從靜止經(jīng)過同一電場加速(加速電壓為U加)，再進入同一偏轉(zhuǎn)電場(偏轉(zhuǎn)電壓為U偏)，則其偏移量y和偏轉(zhuǎn)角θ各為多少？有何特點？

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解析：經(jīng)加速后的速度v0＝，故偏移量：

(與電荷的m、q無關(guān))．偏轉(zhuǎn)角tanθ＝(與電荷的m、q無關(guān))，即偏移量y和偏轉(zhuǎn)角θ均與m、q無關(guān)．

答案：與電荷的m、q無關(guān)

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欄目鏈接練習(xí)2．一束電子流在經(jīng)U＝5000V的加速電壓加速后，在距兩極板等距處垂直進入平行板間的勻強電場，如圖所示，若兩板間距d＝1.0cm，板長l＝5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個極板上最多能加多大電壓？

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解析：在加速電壓一定時，偏轉(zhuǎn)電壓U′越大，電子在極板間的偏距就越大．當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓大到使電子剛好擦著極板的邊緣飛出，此時的偏轉(zhuǎn)電壓，即為題目要求的最大電壓．加速過程，由動能定理得：eU＝mv，①進入偏轉(zhuǎn)電場，電子在平行于板面的方向上做勻速運動：l＝v0t，②在垂直于板面的方向做勻加速直線運動，加速度：

③練習(xí)

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偏距：y＝at2，④能飛出的條件為：y≤，⑤解①～⑤式得：

U′≤

即要使電子能飛出，所加電壓最大為400V.

答案：400V練習(xí)

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欄目鏈接考點三示波管的原理1．主要構(gòu)造：電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏．

2．原理：XX′電極使電子束做橫向(面向熒光屏而言)的水平勻速掃描，YY′電極使電子束隨信號電壓的變化在縱向做豎直方向的掃描，這樣就在熒光屏上出現(xiàn)了隨時間而展開的信號電壓的波形．顯然，這個波形是電子束同時參與兩個相互垂直的分運動合成的結(jié)果．

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例4如圖所示是示波管工作原理示意圖，電子經(jīng)加速電壓U1加速后垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，離開偏轉(zhuǎn)電場時的偏轉(zhuǎn)量為h，兩平行板間的距離為d，電勢差為U2，板長為l.為了提高示波管的靈敏度(單位偏轉(zhuǎn)電壓引起的偏轉(zhuǎn)量)可采取哪些措施？

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解析：電子經(jīng)U1加速后，設(shè)以v0的速度垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，由動能定理得：mv－0＝eU1，①電子在偏轉(zhuǎn)電場中運動的時間t為：t＝，②電子在偏轉(zhuǎn)電場中的加速度a為：a＝，③電子在偏轉(zhuǎn)電場中的偏轉(zhuǎn)量h為：h＝at2，④由①②③④式可得示波管的靈敏度為：＝可見增大l、減小U1或d均可提高示波管的靈敏度．答案：增大l、減小U1或d均可提高示波管的靈敏度

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欄目鏈接練習(xí)3．(2013·廣東卷)噴墨打印機的簡化模型如圖所示，重力可忽略的墨汁微滴，經(jīng)帶電室?guī)ж?fù)電后，以速度v垂直勻強電場飛入極板間，最終打在紙上，則微滴在極板間電場中(

)A．向負(fù)極板偏轉(zhuǎn)B．電勢能逐漸增大C．運動軌跡是拋物線D．運動軌跡與帶電量無關(guān)

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解析：A.由于是電子，故向正極板偏轉(zhuǎn)，A錯；B.由于電子做正功，故電勢能減少，B錯誤；C.由于電子在電場中做類平拋運動，軌跡為拋物線，故C正確；D.由側(cè)向位移y＝at2＝

，可知運動軌跡與帶電量有