2012《优化课堂》课件：物理粤教版选修3-1 第一章 第六节 示波器的奥秘

(共35张PPT)
第六节　示波器的奥秘
1．带电粒子的加速
(1)基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电
子、质子等，由于在电场中受到的静电力远________重力，重
力一般可以________．
(2)初速度为零的带电粒子(质量为 m，电量为 q)，经过电
势差为 U 的电场加速后，根据动能定理有 qU＝________，则速
度 v＝________.
大于
忽略
2．带电粒子在匀强电场中的偏转
(1)进入电场的方式：以初速度 v0________电场线方向进入
匀强电场．
(2)运动特点与规律：沿初速度方向做____________运动，
x＝________；沿电场力方向做__________________运动．
①加速度 a＝________.
②速度 vy＝________.
③位移 y＝________.
垂直
匀速直线
v0t
初速度为零的匀加速
at
3．示波器的核心部件是示波管，示波管的原理图如图 1－
6 － 1 所 示 ， 示 波 管 主 要 由 ____________ 、 __________ 和
__________三部分组成．
图 1－6－1
电子枪
偏转电极
荧光屏
4．如图 1－6－2 所示，在点电荷＋Q 的电场中，一带电量
为－q 的粒子以与电场线方向相同的初速度 v0 进入电场，关于
粒子的运动描述正确的是(　　)
图 1－6－2
A．沿电场线 QP 做匀加速直线运动
B．沿电场线 QP 做变减速直线运动
C．沿电场线 QP 做匀速直线运动
D．会偏离电场线 QP 做曲线运动
解析：电场力与速度方向在同一直线上，不可能做曲线运动，D错；电场力不为零，且大小变化，A、C错．
答案： B　
知识点 1
带电粒子的加速
1．带电粒子在静电力的作用下，若由静止开始加速，则动
能定理的表达式：qU＝________.若带电粒子以初速度 v0 沿电
场 线 进 入 电 场 运 动 ， 则 动 能 定 理 表 达 式 ： qU ＝
____________________________.
2．如图 1－6－3 所示，在点电荷＋Q 的电场中有 A、B 两
点，将质子和α粒子(qα＝2 q 质，mα＝4 m 质 )分别从 A 点由静止
释放，到达 B 点．则电场力对质子和α粒子所做的功之比为：
________ ； 质 子 和 α 粒 子 到 达 B 点时的速度大小之比是
________，你选择的方法是____________．此种情形能用 v＝
at 求速度吗？________.
图 1－6－3
1∶2
动能定理
不能
1．带电粒子的受力分析
(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或
明确的暗示以外，一般因受到的重力远远小于电场力，重力可
忽略(但质量不能忽略)．
(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或
有明确的暗示以外，一般重力都必须考虑．
2．运动特点分析
带电粒子沿电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场
力与运动方向在同一直线上，粒子做匀加(减)速直线运动．若
电场是非匀强电场，粒子做变加速运动．
3．处理方法： 可以用动力学规律和动能定理两种方法进
行分析．其比较如下：
(1)动能定理：可以是匀强电场，也可以是非匀强电场；电
场力所做功 W ＝qU 与电场力是恒力还是变力无关．
(2)应用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式求解加速
问题，电场必须是匀强电场，电场力必须是恒力．
【例 1】(双选)如图 1－6－4 所示，在 P 板附近有一电子由
静止开始向 Q 板运动，则关于电子在两板间的运动情况，下列
叙述正确的是(　　)
图 1－6－4
A．两板间距越大，加速的时间越长
B．两板间距离越小，电子到达 Q 板时的速度就越大
C．电子到达 Q 板时的速度与板间距离无关，仅与加速电
压有关
D．电子的加速度和到达 Q 板时的速度与板间距离无关
答案：AC
【触类旁通】
1．如图 1－6－5 是示波管中电子枪的原理示意图，示波管
内被抽成真空，A 为发射热电子的阴极，K 为接在高电势点的
加速阳极，A、K 间电压为 U.电子离开阴极时的速度可以忽略．
电子经加速后从 K 的小孔中射出的速度大小为 v.下面的说法中
正确的是(　　)
图 1－6－5
A．如果 A、K 间距离减半而电压仍为 U 不变，则电子离
开 K 时的速度变为 2v
B．如果 A、K 间距离减半而电压仍为 U 不变，则电子离
开 K 时的速度变为
v
2
C．如果 A、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开 K
时的速度变为
v
2
D．如果 A、K 间距离保持不变而电压减半，则电子离开 K
时的速度变为
答案：D
知识点 2 带电粒子的偏转
1．带电粒子(不计重力)以速度 v0 垂直于电场线方向飞入两
带电平行板产生的匀强电场时，受到恒定的电场力作用而做速
度 变 化 ________ 的 曲 线 运 动 ； 粒 子 沿 初 速 度 方 向 做
____________ 运 动 ， 沿 电 场 方 向 做 初 速 度 为 ________ 的
______________运动．
2．设带电粒子的质量为 m.带电量为 q，板间距离为 d，电
压为 U，极板长度为 l，则粒子在电场中运动时的加速度 a＝
________，电场中运动的时间 t＝__________，离开电场的偏转
量 y＝__________，偏转角 tan θ＝__________.
均匀
匀速直线
零
匀加速直线
(1)沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间：t＝ .
，vy＝at.
1．模型特点
(1)带电粒子初速度 v0 方向与电场线方向垂直．
(2)受到恒定的电场力作用(限于匀强电场)．
2．相关规律分析
l
v0
(2)沿电场强度方向做初速度为零的匀加速直线运动：
qU
md
a＝
3．对粒子偏转角的讨论
如图 1－6－6 所示，设带电粒子质量为 m、带电荷量为 q，
以速度 v0 垂直于电场线射入匀强偏转电场，偏转电压为 U1.
图 1－6－6
【例 2】如图 1－6－7 所示，质量相同的两个带电粒子 P、
Q 以相同的速度沿垂直于电场方向射入两平行板间的匀强电场
中，P 从两极板正中央射入，Q 从下极板边缘处射入，它们最
后打在同一点(重力不计)，则从开始射入到打到上板的过程中
(　　)
A．它们运动的时间 tQ>tP
B．它们运动的加速度 aQC．它们所带的电荷量之比 qP∶qQ＝1∶2
D．它们的动能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ＝1∶2
图 1－6－7
答案：C
【触类旁通】
2．(双选)三个α粒子在同一点沿同一方向同时垂直飞入偏
转电场，出现了如图 1－6－8 所示的运动轨迹，由此可判断
(　　)
A．在 b 飞离电场的同时，a 刚好打在负极板上
B．b 和 c 同时飞离电场
C．进入电场时，a、b 的速度一样大
D．动能的增加值 c 最小，a 和 b 一样大
图 1－6－8
AD
1．带电粒子先加速后偏转
(1)分析带电粒子在电场中的运动问题通常用力和运动的
关系或功能关系．选择解题的方法是优先从功能关系角度考虑，
应用功能关系列式简单、方便，不易出错．
(2)带电粒子被加速，在匀强电场中做匀加速直线运动，在
非匀强电场中做变速运动，解决问题的方法是利用动能定理．
带电粒子在电场中的偏转问题也可以选择动能定理求解，但只
能求出速度的大小，不能求出速度的方向，涉及方向问题时，
必须采用运动分解的方法．
(3)对带电粒子的偏转问题要特别注意分析粒子的重力是
否可以忽略，当重力不可以忽略且电场力的方向与重力方向在
一条直线上时，a＝
|mg－qE|
m
(电场力的方向与重力反向)，或
a ＝
qE＋mg
m
(电场力的方向与重力同向)，粒子的运动性质、
求解问题的思路方法与不受重力时相同．
(4)处理问题时对带电粒子进行受力分析．运动特点分析，
同时对力做功情况分析是选择规律、正确解题的关键．
【例 3】一束电子流在经 U＝5 000 V 的加速电压加速后，
在距两极板等距离处垂直进
图 1－6－9
入平行板间的匀强电场，如图 1－6－9 所示．若两板间距
d＝1.0 cm，板长 l＝5.0 cm，那么要使电子能从平行板间飞出，
两个极板上最大能加多大电压？
C．使 U2 变为原来的 倍
D．使 U2 变为原来的 倍
【触类旁通】
3．如图 1－6－10 所示，静止的电子在加速电压为 U1 的电
场的作用下从 O 经 P 板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间
的电场，在偏转电压 U2 的作用下偏转一段距离．现使 U1 加倍，
要想使电子的运动轨迹不发生变化，应该(　　)
A．使 U2 加倍
B．使 U2 变为原来的 4 倍
1
5
1
2
图 1－6－10
解析：要使电子轨迹不变，则应使电子进入偏转电场后，
任一水平位移 x 所对应的偏转量 y 保持不变，则有
答案：A
2．带电体在电场中的运动
(1) 带电体在电场中的运动问题，务必要考虑重力作用，
同时要准确进行受力分析．
(2)方法一：利用力和运动的关系，即牛顿运动定律和匀变
速直线运动规律的结合．但必须注意此方法只适应于合外力为
恒力的情形．
(3)方法二：利用功能关系，即动能定理．此方法无论合外
力是恒力还是变力，运动轨迹是直线还是曲线，均可采用．必
须注意重力做功与电场力做功的特点．
变为原来的 ，求此电场的场强大小和方向．
【例 4】如图 1－6－11 所示，在距地面一定高度的位置以
初速度 v0 向右水平抛出一个质量为 m、电荷量为 q 的带负电小
球，小球的落地点与抛出点之间有一段相应的水平距离(水平射
程)．若在空间上加一竖直方向的匀强电场，使小球的水平射程
1
2
图 1－6－11
【触类旁通】
4．(双选)如图 1－6－12 所示，有三个质量相等分别带正
电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的 P 点以相同的水
平初速度垂直于 E 进入电场，它们分别落到 A、B、C 三点，则
可判断(　　)
图 1－6－12
A．落到 A 点的小球带正电，落到 B 点的小球不带电
B．三小球在电场中运动时间相等
C．三小球到达正极板时的动能关系是：EkA＞EkB＞EkC
D．三小球在电场中运动的加速度关系是：aC＞aB＞aA
答案：AD