人教版选修3 第一张静电场1.5匀强电场中电势差 示波管的原理 （49张ppt）
文档属性
| 名称 | 人教版选修3 第一张静电场1.5匀强电场中电势差 示波管的原理 （49张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-07 06:16:01 | ||
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文档简介
(共49张PPT)
1.5 匀强电场中电势差与电场强度的关系
示波管的原理
E
v
v
加速电场
U
温故知新
电场
力的性质
能的性质
电场强度
电势差
可见电场强度和电势差都反映了电场的性质，那么它们之间有什么联系呢？
【例题】如图所示，匀强电场的电场强度为E，A、B两点在同一条电场线上，但在两个不同的等势面上，它们之间的距离为d，电势差为UAB，求场强与电势差的关系。
探究场强与电势差的关系
E
W=qUAB,
F=Eq.
W=Fd=Eqd
UAB=Ed
d
F
q
A
B
问题一：
E
问题二：在场强为E的匀强电场中，将一个带电量为q的正电荷由A点移动到B点，电场力做了多少功？A、B两点间的电势差是多少？从A到C呢？ 其中AB=S,AC=d；AB和AC的夹角为a。
B
A
F
C
a
解：电场力 F=qE
电场力做功 WAB＝F·S·cosa
由①②③化简得
UAB＝Ed
同理WAC＝Fd＝qEd
UAC＝W/q＝E·d
即从A到B，电场力做了E·q·S·cosa的功， A、B两点间的电势差是Ed。从A到B与从A到C相同。
又 WAB＝qUAB
②
①
③
④
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
1.适用条件:匀强电场
2.各物理量意义:
U—表示两点电势差(取绝对值)
E—表示匀强电场的场强
d—表示两点间沿电场线方向的距离
本式不带正负号
3.场强的单位:1V/m=1N /C
场强与电势差的关系： 或
U=Ed
E=U/d
在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。
在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差
【小结】电场强度的计算方法
——此式适用于点电荷所产生的电场。Q为源电荷。
——此式适用于任意电场。q为检验电荷。
——此式适用于匀强电场。d为沿电场线的距离。
决定式
决定式
定义式
三个场强公式的区别
1.公式E＝F/q，它是电场强度的定义式，不是E的决定式，E由电场自身决定，式中q是检验电荷的电量，F是检验电荷在电场中所受的力，公式明确表述了度量电场强度及方向的方法，是普遍适用的公式．
2.E＝kQ/r2是真空中点电荷产生的电场的场强决定式，式中Q是产生电场的电荷的电量，公式明确表述了点电荷电场的场强由哪些因素决定，是怎样的函数关系，该式仅适用于真空中点电荷产生的电场．
3.E＝U/d是匀强电场中电势差跟场强的关系的式子，d是两等势面之间的距离，场强的方向指向电势降落最快的方向，该公式仅适用于匀强电场，对一般电场，如果两点距离很近，可认为场强没有变化，则E＝ΔU/Δ x
描述电场的物理量
电场强度（E)
电场力(F)
F=Eq
电势能的变化
WAB=qUAB
电势差(UAB)
移动电荷q电场力做功
电 场
电荷
电场线
等势面
【例题1】下列粒子从初速度为零的状态，经过电压为U的电场后，那种粒子的速度最大？
A.质子 B.氘核
C.α粒子 D.钠离子
【答案】A
【例题2】如图所示，一匀强电场中有一组等势面，若A、B、C、D相邻两点间距离都是2cm，则该电场的电场强度为 .V/m，到A点距离为1.5cm的P点的电势为 .V。
【答案】
【例题3】如图所示，在电场强度为E=2×103V/m的匀强电场中，有三点A、M和B，AM=4cm，MB=3cm，AB=5cm，且AM边平行于电场线，把一电量q=2×10-9C的正电荷从B点移到M点，再从M点移动到A点，电场力做功为多少？
【答案】 W=－1.6×10-7J
【例题4】如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C三点的电势分别为UA=15V，UB=3V，UC=-3V，由此可得：D点的电势UD= V.
试画出匀强电场的电场线.
9
摘抄笔记：
在匀强电场中，两平行且等长的线段的端点间电势差相等.
A
B
D
C
解法一：由AB//CD，
E
即
计算得
由在匀强电场中，两平行且等长的线段的端点间电势差相等.
解法二：连接AC，将AC三等分，标上三等分点E、F，则根据匀强电场中沿电场线方向相等距离，电势差相等可知，E点的电势为3V，F点的电势为9V．连接BE，则BE为一条等势线，根据几何知识可知，DF∥BE，则DF也是一条等势线，所以D点电势UD=9V．
理论探究
（1）带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电
该粒子带负电
Eq
分析：带电粒子的平衡
（2）如图所示，在真空中有一对平行金属板，板间距离为d，两板间加以电压U．两板间有一个带正电荷量为q的带电粒子 (不计重力) ，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？
qE
二、带电粒子在电场中的运动
1、带电粒子的加速
若不计粒子重力，则该粒子沿电场线做匀加速直线运动。
由动能定理得：
由此可得：此粒子到达负极板时的速度为：
【重要说明】带电粒子重力的处理：
1.基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，一般可以忽略。
2.带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等，一般不能忽略。
【针对训练】
解：电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为U，电场力做功全部转化为电子的动能。
由动能定理得:
若电子从小孔射出后,垂直进入某一匀强电场中,它会怎样运动
理论探究
如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d．在两板间加以电压U，两板间的匀强电场的场强为E=U/d．现有一电荷量为q的带负电的粒子(不计重力)，以水平速度v0射入电场中.求该粒子射出电场时沿垂直于板面方向的偏移距离y和偏转的角度θ。
2.带电粒子在电场中的偏转
带电粒子在电场中作类平抛运动
时 间：
加速度：
电场方向的位移：
电场方向的速度：
出电场时的方向：
例5.如图所示，质量为m，带电量为q的离子以v0的速度，沿与场强垂直的方向从A点飞入匀强电场，并从另一侧B点沿与场强方向成150°角飞出．则A、B两点间的电势差是多少
1500
E
A
B
qE
解:离子做类平抛运动
将速度分解
Vy
V0
Vt
V0
②
①
由①②化简得：
对带电粒子进行受力分析时的注意事项:
（1）要掌握电场力的特点
（2）带电粒子重力的处理
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外，一般都不考虑重力（但不能忽略质量）；
②带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。
示波器
三、示波管的原理
加速电场
U
1.带电粒子是如何运动的呢？
在偏转电场中：
匀变速曲线运动
出了偏转电场后：
匀速直线运动
2.如何求偏转位移呢？
思考：
解：1.在偏转电场中
沿水平方向
垂直于电场方向
设运动时间为t1
加速度
在沿竖直方向上
在垂直于电场方向上
2.在电场外，设运动时间为t2
即沿竖直方向上的总位移 得
3.你还有其它处理方法吗
同理可推导水平偏转位移x
思考：
只在YY 电极间加偏转电压Ｕ
信号电压
若只在YY 加持续变化的信号电压呢
发展空间
分析：每个电子在电场中运动时间很短
不同时刻进入电场的电子：
每一个电子可认为在电压不变的匀强电场中偏转
偏转电压不同
若只在YY 间加持续变化的信号电压呢
屏上亮斑位置不同
发展空间
若只在YY 间加持续变化的信号电压呢
u
t
0
发展空间
联想：类似于力学中什么实验呢？
若只在YY 电极间加信号电压 呢
发展空间
怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？
发展空间
匀速的、持续的扫描
u
t
0
形成稳定且水平的亮线
发展空间
只在XX'间加怎样的扫描电压Ｕx，才能得到匀速扫描的稳定且水平的亮线？
u
t
0
u
t
0
u
t
0
0
u
t
发展空间
怎样在荧光屏上显示稳定的信号电压的正弦波形？
XX'电极加扫描电压
u
t
0
u
t
0
u
t
0
u
t
0
Tx
Ty
YY'电极加信号电压 (正弦电压)
发展空间
讨论：要在屏上得到稳定的正弦图象, 信号电压和扫描电压的周期应满足什么关系
如何得到一个完整的正弦波形？
两个完整的正弦波形呢
发展空间
XX'电极加扫描电压
YY'电极加信号电压 (正弦电压)
u
t
0
u
t
0
怎样在荧光屏上显示稳定的信号电压的正弦波形？
发展空间
示波器中得到这两种波形,输入的信号电压和扫描电压有何不同
课后思考:
发展空间
由于带电粒子在匀强电场中所受的电场力与重力都是恒力,因此其处理方法有以下两种:
1、“正交分解法”：可以将复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动。
2、“等效重力法”.将重力和电场力进行合成,则其等效于“重力”, a=F合／m,等效于“重力加速度”。F合的方向等效于“重力”的方向即重力场中的竖直向下的方向。
精讲细练
2、在电场强度为600 N/C的匀强电场中，A、B两点相距5 cm，若A、B两点连线是沿着电场方向时，则A、B两点的电势差是____ V。若A、B两点连线与电场方向成60°角时， 则A、B两点的电势差是____V；若A、B两点连线与电场方向垂直时，则A、B两点的电势差是___V。
30
15
0
1、证明1V/m=1N/C
3、图中,a、b、c、d、e五点在一直线上,b、c两点间的距离等于d、e两点的距离.在a点固定放置一个点电荷,带电荷量为+Q,已知在+Q的电场中b、c两点间的电势差为U.将另一个点电荷+q从d点移到e点的过程中( )
A.电场力做功qU
B.克服电场力做功qU
C. 电场力做功大于qU
D.电场力做功小于qU
D
a
b
c
d
e
N′
60°
4、如图，在匀强电场中的M、N两点距离为2cm，两点间的电势差为5V,M、N连线与场强方向成60°角，则此电场的电场强度多大？
E
M
N
解：
根据
可得：
若Ｏ点为M、N连线的中点,则MO两点的电势差UMO
因为Ｏ点为M、N连线的中点
所以
Ｏ
5、如图所示，P、Q两金属板间的电势差为50V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d=10cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4cm。求
（1）P板及A点的电势？
（2）保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5cm，则A点的电势将变为多少？
P
Q
A
Q
6、如图所示，一个动能为EK的电子垂直于A板从小孔C进入匀强电场，能达到的最大深度为 ，设电子电荷量为e，A板接地，则B板电势为？
A
B
d
答案：
电场力
电场强度
电势差
电势
电势能
电场力的功
电场力做功与路径无关
1.5 匀强电场中电势差与电场强度的关系
示波管的原理
E
v
v
加速电场
U
温故知新
电场
力的性质
能的性质
电场强度
电势差
可见电场强度和电势差都反映了电场的性质，那么它们之间有什么联系呢？
【例题】如图所示，匀强电场的电场强度为E，A、B两点在同一条电场线上，但在两个不同的等势面上，它们之间的距离为d，电势差为UAB，求场强与电势差的关系。
探究场强与电势差的关系
E
W=qUAB,
F=Eq.
W=Fd=Eqd
UAB=Ed
d
F
q
A
B
问题一：
E
问题二：在场强为E的匀强电场中，将一个带电量为q的正电荷由A点移动到B点，电场力做了多少功？A、B两点间的电势差是多少？从A到C呢？ 其中AB=S,AC=d；AB和AC的夹角为a。
B
A
F
C
a
解：电场力 F=qE
电场力做功 WAB＝F·S·cosa
由①②③化简得
UAB＝Ed
同理WAC＝Fd＝qEd
UAC＝W/q＝E·d
即从A到B，电场力做了E·q·S·cosa的功， A、B两点间的电势差是Ed。从A到B与从A到C相同。
又 WAB＝qUAB
②
①
③
④
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
1.适用条件:匀强电场
2.各物理量意义:
U—表示两点电势差(取绝对值)
E—表示匀强电场的场强
d—表示两点间沿电场线方向的距离
本式不带正负号
3.场强的单位:1V/m=1N /C
场强与电势差的关系： 或
U=Ed
E=U/d
在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。
在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差
【小结】电场强度的计算方法
——此式适用于点电荷所产生的电场。Q为源电荷。
——此式适用于任意电场。q为检验电荷。
——此式适用于匀强电场。d为沿电场线的距离。
决定式
决定式
定义式
三个场强公式的区别
1.公式E＝F/q，它是电场强度的定义式，不是E的决定式，E由电场自身决定，式中q是检验电荷的电量，F是检验电荷在电场中所受的力，公式明确表述了度量电场强度及方向的方法，是普遍适用的公式．
2.E＝kQ/r2是真空中点电荷产生的电场的场强决定式，式中Q是产生电场的电荷的电量，公式明确表述了点电荷电场的场强由哪些因素决定，是怎样的函数关系，该式仅适用于真空中点电荷产生的电场．
3.E＝U/d是匀强电场中电势差跟场强的关系的式子，d是两等势面之间的距离，场强的方向指向电势降落最快的方向，该公式仅适用于匀强电场，对一般电场，如果两点距离很近，可认为场强没有变化，则E＝ΔU/Δ x
描述电场的物理量
电场强度（E)
电场力(F)
F=Eq
电势能的变化
WAB=qUAB
电势差(UAB)
移动电荷q电场力做功
电 场
电荷
电场线
等势面
【例题1】下列粒子从初速度为零的状态，经过电压为U的电场后，那种粒子的速度最大？
A.质子 B.氘核
C.α粒子 D.钠离子
【答案】A
【例题2】如图所示，一匀强电场中有一组等势面，若A、B、C、D相邻两点间距离都是2cm，则该电场的电场强度为 .V/m，到A点距离为1.5cm的P点的电势为 .V。
【答案】
【例题3】如图所示，在电场强度为E=2×103V/m的匀强电场中，有三点A、M和B，AM=4cm，MB=3cm，AB=5cm，且AM边平行于电场线，把一电量q=2×10-9C的正电荷从B点移到M点，再从M点移动到A点，电场力做功为多少？
【答案】 W=－1.6×10-7J
【例题4】如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C三点的电势分别为UA=15V，UB=3V，UC=-3V，由此可得：D点的电势UD= V.
试画出匀强电场的电场线.
9
摘抄笔记：
在匀强电场中，两平行且等长的线段的端点间电势差相等.
A
B
D
C
解法一：由AB//CD，
E
即
计算得
由在匀强电场中，两平行且等长的线段的端点间电势差相等.
解法二：连接AC，将AC三等分，标上三等分点E、F，则根据匀强电场中沿电场线方向相等距离，电势差相等可知，E点的电势为3V，F点的电势为9V．连接BE，则BE为一条等势线，根据几何知识可知，DF∥BE，则DF也是一条等势线，所以D点电势UD=9V．
理论探究
（1）带电粒子在电场中处于静止状态，该粒子带正电还是负电
该粒子带负电
Eq
分析：带电粒子的平衡
（2）如图所示，在真空中有一对平行金属板，板间距离为d，两板间加以电压U．两板间有一个带正电荷量为q的带电粒子 (不计重力) ，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板时的速度有多大？
qE
二、带电粒子在电场中的运动
1、带电粒子的加速
若不计粒子重力，则该粒子沿电场线做匀加速直线运动。
由动能定理得：
由此可得：此粒子到达负极板时的速度为：
【重要说明】带电粒子重力的处理：
1.基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，一般可以忽略。
2.带电颗粒：如尘埃、液滴、小球等，一般不能忽略。
【针对训练】
解：电荷量为e的电子从金属丝移动到金属板。两处的电势差为U，电场力做功全部转化为电子的动能。
由动能定理得:
若电子从小孔射出后,垂直进入某一匀强电场中,它会怎样运动
理论探究
如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和Y’，板间距离为d．在两板间加以电压U，两板间的匀强电场的场强为E=U/d．现有一电荷量为q的带负电的粒子(不计重力)，以水平速度v0射入电场中.求该粒子射出电场时沿垂直于板面方向的偏移距离y和偏转的角度θ。
2.带电粒子在电场中的偏转
带电粒子在电场中作类平抛运动
时 间：
加速度：
电场方向的位移：
电场方向的速度：
出电场时的方向：
例5.如图所示，质量为m，带电量为q的离子以v0的速度，沿与场强垂直的方向从A点飞入匀强电场，并从另一侧B点沿与场强方向成150°角飞出．则A、B两点间的电势差是多少
1500
E
A
B
qE
解:离子做类平抛运动
将速度分解
Vy
V0
Vt
V0
②
①
由①②化简得：
对带电粒子进行受力分析时的注意事项:
（1）要掌握电场力的特点
（2）带电粒子重力的处理
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外，一般都不考虑重力（但不能忽略质量）；
②带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。
示波器
三、示波管的原理
加速电场
U
1.带电粒子是如何运动的呢？
在偏转电场中：
匀变速曲线运动
出了偏转电场后：
匀速直线运动
2.如何求偏转位移呢？
思考：
解：1.在偏转电场中
沿水平方向
垂直于电场方向
设运动时间为t1
加速度
在沿竖直方向上
在垂直于电场方向上
2.在电场外，设运动时间为t2
即沿竖直方向上的总位移 得
3.你还有其它处理方法吗
同理可推导水平偏转位移x
思考：
只在YY 电极间加偏转电压Ｕ
信号电压
若只在YY 加持续变化的信号电压呢
发展空间
分析：每个电子在电场中运动时间很短
不同时刻进入电场的电子：
每一个电子可认为在电压不变的匀强电场中偏转
偏转电压不同
若只在YY 间加持续变化的信号电压呢
屏上亮斑位置不同
发展空间
若只在YY 间加持续变化的信号电压呢
u
t
0
发展空间
联想：类似于力学中什么实验呢？
若只在YY 电极间加信号电压 呢
发展空间
怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？
发展空间
匀速的、持续的扫描
u
t
0
形成稳定且水平的亮线
发展空间
只在XX'间加怎样的扫描电压Ｕx，才能得到匀速扫描的稳定且水平的亮线？
u
t
0
u
t
0
u
t
0
0
u
t
发展空间
怎样在荧光屏上显示稳定的信号电压的正弦波形？
XX'电极加扫描电压
u
t
0
u
t
0
u
t
0
u
t
0
Tx
Ty
YY'电极加信号电压 (正弦电压)
发展空间
讨论：要在屏上得到稳定的正弦图象, 信号电压和扫描电压的周期应满足什么关系
如何得到一个完整的正弦波形？
两个完整的正弦波形呢
发展空间
XX'电极加扫描电压
YY'电极加信号电压 (正弦电压)
u
t
0
u
t
0
怎样在荧光屏上显示稳定的信号电压的正弦波形？
发展空间
示波器中得到这两种波形,输入的信号电压和扫描电压有何不同
课后思考:
发展空间
由于带电粒子在匀强电场中所受的电场力与重力都是恒力,因此其处理方法有以下两种:
1、“正交分解法”：可以将复杂的运动分解为两个互相正交的比较简单的直线运动。
2、“等效重力法”.将重力和电场力进行合成,则其等效于“重力”, a=F合／m,等效于“重力加速度”。F合的方向等效于“重力”的方向即重力场中的竖直向下的方向。
精讲细练
2、在电场强度为600 N/C的匀强电场中，A、B两点相距5 cm，若A、B两点连线是沿着电场方向时，则A、B两点的电势差是____ V。若A、B两点连线与电场方向成60°角时， 则A、B两点的电势差是____V；若A、B两点连线与电场方向垂直时，则A、B两点的电势差是___V。
30
15
0
1、证明1V/m=1N/C
3、图中,a、b、c、d、e五点在一直线上,b、c两点间的距离等于d、e两点的距离.在a点固定放置一个点电荷,带电荷量为+Q,已知在+Q的电场中b、c两点间的电势差为U.将另一个点电荷+q从d点移到e点的过程中( )
A.电场力做功qU
B.克服电场力做功qU
C. 电场力做功大于qU
D.电场力做功小于qU
D
a
b
c
d
e
N′
60°
4、如图，在匀强电场中的M、N两点距离为2cm，两点间的电势差为5V,M、N连线与场强方向成60°角，则此电场的电场强度多大？
E
M
N
解：
根据
可得：
若Ｏ点为M、N连线的中点,则MO两点的电势差UMO
因为Ｏ点为M、N连线的中点
所以
Ｏ
5、如图所示，P、Q两金属板间的电势差为50V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d=10cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4cm。求
（1）P板及A点的电势？
（2）保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5cm，则A点的电势将变为多少？
P
Q
A
Q
6、如图所示，一个动能为EK的电子垂直于A板从小孔C进入匀强电场，能达到的最大深度为 ，设电子电荷量为e，A板接地，则B板电势为？
A
B
d
答案：
电场力
电场强度
电势差
电势
电势能
电场力的功
电场力做功与路径无关