教科版（2019） 必修 第三册 第一章 静电场1.5匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理（共29张PPT）

(共29张PPT)
1.5 匀强电场中
电势差与电场强度的关系 示波管原理
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
电场有两个性质：力的性质和能的性质，描述这两个方面性质的物理量分别是场强和电势（电势差），那么这两个物理量之间有没有什么联系呢？
理论探究：
如图所示，设匀强电场E中，沿电场线方向有A、B两点，距离为d，电势差为UAB，正电荷q从A移到B，
由此可知：
（1）在匀强电场中，两点间的电势差（绝对值）等于场强与这两点间沿电场线方向的距离的乘积：
（2）场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差（绝对值）即：
1J=1N × 1m=1C ×1V
1V/m＝1N/C
则：
---即场强的两个单位是相同的
（3）沿电场线方向电势越来越低，电场强度的方向就是电势降低最快的方向。（这一结论对任意电场都成立）
例题：如图所示，水平放置的两平行金属板间有一匀强电场。已知两极板间相距5cm，有一质量为1.0×10－9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为5.0×10－12 C。若不考虑空气浮力，要使液滴处于平衡状态，问：（1）两极板间应加多大的电势差？（2）哪块极板的电势较高？
解：设A、B两极板间电压为U,则匀强电场的场强
液滴所受电场力
又由二力平衡有
所以A、B两板间的电压
代入已知可解得
因为负电荷所受电场力的方向竖直向上，所以电场线方向向下，则A板电势高。
二、示波管原理——带电粒子在电场中的运动
示波器是一种可以显示电信号随时间变化情况的仪器，它的核心部件是示波管，示波管实际上是一个阴极射线管，下面我们来了解它的工作原理。
阴极射线管常用于示波器的视频显示，如右图所示是阴极射线管中电子运动的径迹。
右图是一种简化的阴极射线管的装置示意图，思考：
电子从阴极射出后的运动可以分为几个阶段？各是什么运动？
电子在管中的运动可分为三个过程：
1.电子在电场中加速——电子枪（详见课本P25）
原理分析：
可把电子枪视为如右图所示的情景：在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U。电子在电场力的作用下，由静止开始从负极板向正极板运动，到达正板板时的速度有多大？(不考虑电子的重力）
-q
U
m
+
_
带电粒子的加速
d
-q
U
m
+
_
带电粒子的加速
d
1、受力分析:
水平向右的电场力
F＝qE=qU/d
F
2、运动分析:
初速度为零，加速度为a=qU/md的向右匀加速直线运动。
解法一：运用运动学知识求解
解法二：运用能量知识求解
思考：若不是匀强电场，该用哪种方法求？
说明：当m、q不变时，增大U，v也增大。
2.电子在匀强电场中偏转（不计重力）——类平抛运动
U
l
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Y
d
Y′
v0
-q
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，一电荷量为q质量为m的带电粒子从极板中央以水平速度v0射入电场。试分析带电粒子在电场中的运动情况。(不计粒子的重力)
1.受力分析：粒子受到竖直向上的静电力F＝qE＝qU/d。
2.运动规律分析:粒子作类平抛运动。
离开电场时的偏转角度的正切：
y方向：加速度为
的匀加速直线运动
x方向：匀速直线运动
-q
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
φ
v
v0
vy
+
_
U1
U2
v0
l
-q
m
加速和偏转一体
y
推论1：v初=0的同种电荷,通过同一加速电场和偏转电场,它们的运动轨迹重合，与q、m无关（因偏转距离,偏转角都相同）。
加速电场
偏转电场
例题：如图，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两块平行极板间的电场中．入射方向跟极板平行．整个装置处在直空中．重力可忽略．在满足电子能射出平行板区的条件下．下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是 ( )
A．U1变大、U2变大 B．U1变小、U2变大
C．U1变大、U2变小． D．U1变小、U2变小
B
例题：质子、氘核和氦核（氦核的质量是质子的4倍，电荷量是质子的2倍）从静止开始经相同的电压加速后，从同一点垂直进入同一匀强电场并射出，关于它们在匀强电场中的运动，下列说法中正确的是：( )
C、有两条轨迹，其中氘核和氦核轨迹相同；
A、质子、氘核和氦核的轨迹相同；
B、有两条轨迹，其中质子和氘核轨迹相同；
D、三者的轨迹各不相同。
A
例题：氦核的质量是质子的4倍，电荷量是质子的2倍，若氦核和质子从静止开始经相同的电压加速后又垂直进入同一匀强电场，离开偏转电场时，它们偏转量之比和在偏转电场中经过的时间之比分别是（ ）
A、 2：1和 ：1 B、1：1和1：
C、 1：1和2：1 D、1：4和1：2
B
推论2:带电粒子飞出电场时速度的反向延长线交于水平位移的中点。
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-q
d
l
y
v0
θ
v
vx
vy
θ
l/2
带电粒子好像从水平位移中点沿直线飞出来！
3.电子飞出电场后做匀速直线运动
当电子飞出两板间的偏转电场后，不再受电场力的作用，因此它保持偏转角度不变，做匀速直线运动，直到打到荧光屏上，显示出荧光亮点。
例题：如图所示为电子射线管，阴极P发射电子，阳极K和阴极P间加上电压后电子被加速。A、B是偏向板，使飞进的电子偏离.若已知P、K间所加电压U1，两极板长度L，板间距离d，所加电压U2，电子质量m，电荷量为e。设从阴极出来的电子速度为0，不计重力。 试问：(1)电子通过阳极K板的速度υ0是多少 (2)电子通过偏转电极时动能Ek是多少 (3)电子过偏转电极后到达距离偏转电极为R的荧光屏上O′点，此点偏离入射方向的距离y′是多少
0
O’
作业：如图所示，在两条平行的虚线内存在着宽度为L、电场强度为E的匀强电场，在与右侧虚线相距也为L处有一与电场平行的屏．现有一电荷量为＋q、质量为m的带电粒子(重力不计)，以垂直于电场线方向的初速度v0射入电场中，v0方向的延长线与屏的交点为O.试求：(1)粒子从射入到打到屏上所用的时间；(2)粒子刚射出电场时的速度方向与初速度方向间夹角的正切值tan α；(3)粒子打到屏上的点P到O点的距离Y.
例题：如图所示，质量为m，电荷量为e的粒子从A点以v0的速度沿垂直电场线方向的直线AO方向射入匀强电场，由B点飞出电场时速度方向与AO方向成45°.已知AO的水平距离为d.(重力不计)求：(1)从A点到B点用的时间；(2)匀强电场的电场强度大小；(3)A、B两点间电势差．
例题：如图所示，质量为m，电荷量为e的粒子从A点以v0的速度沿垂直电场线方向的直线AO方向射入匀强电场，由B点飞出电场时速度方向与AO方向成45°.已知AO的水平距离为d.(重力不计)求： (3)A、B两点间电势差．
例题：一束电子流在经U＝5 000 V的加速电场加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场,如图所示，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,两个极板上最多能加多大电压？
例题：质量为5×10-6kg的带电粒子以2m/s速度从水平放置的平行金属板A、B中央沿水平方向飞入板间，如图所示.已知板长L＝10cm，间距d＝2cm，当UAB为1000V时，带电粒子恰好沿直线穿过板间，则该粒子带 电，电量为 C，当AB间电压在__________ 范围内时，此带电粒子能从板间飞出（g=10m/s2）.
d=2cm
v0=2m/s
L＝10cm
+ + + + +
- - - - -
负
1×10-9
[200V,1800V]
例题： 如图所示，质量为m，带电量大小为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
Vy
V0
V
V0
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）是否考虑重力要依据具体情况而定。
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。
三、实验观察：带电粒子在电场中的偏转
通常实验室里的示波管与上述阴极射线管的原理是一样的，只不过管内多了一对水平偏转电极，如图所示。