教科版（2019）必修 第三册第一章 静电场 1.5 电势差和电场强度的关系 示波管原理（问题探究式）PPT（共52张）

(共52张PPT)
第一章 静电场
第5课时 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理
新课标高中物理选修3－1
1．知识与技能
(1)理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U＝Ed，并能推导这个关系式．
(2)会用U＝Ed进行有关计算．
(3).掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律．
(4)．知道示波器的主要构造和工作原理．
2．过程与方法
(1)教师通过问题教学法，启发引导学生分析推理．
(2)学生利用学过的知识分析推理，在教师的指导下总结应用辩析．
3.情感、态度与价值观
(1)从不同的角度认识电场，让学生学会多角度多方面看问题．
(2)通过公式的推导让学生体会到物理中推理过程的逻辑美．
学习目标
电场力
电场强度
电 势 差
电 势
电 势 能
电场力的功
复习回顾
等势面
电场的两大性质：
电场
电场线
复习回顾
一、匀强电场中电势差与电场强度的关系
结论1:在电场中场强方向是电势降低最快的方向。
三、重要说明
1、U=Ed是在匀强电场条件下推导出来的，因此公式只适用于匀强电场。
2、对非匀强电场虽不能做定量计算，但仍可用来作为定性判断。对于等差等势面来说，E越大，d越小，即等差等势面越密集。
3、电场强度的方向是电势降低最快的方向
答：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。E的单位是V/m
注意：d为匀强电场中沿场强方向的距离，即为A、B两点所在等势面的垂直距离。
问题6：三个场强公式的意义及适用条件比较.
①
②
③
例1：如图，在匀强电场中的M、N两点距离为2 cm，两点间的电势差为5 V,M、N连线与场强方向成60°角，则此电场的电场强度多大？
解：
. N′
60°
E
M.
.N
根据 ，得：
例2、a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点．电场线与矩形所在平面平行．已知a点的电势为20 V，b点的电势为24 V，d点的电势为4 V，如右图所示．由此可知c点的电势为(　　)
A．4 V　　　 B．8 V
C．12 V D．24 V
因此Uab＝Udc，c点电势为8 V，B正确．
在匀强电场中，由于U＝Ed，所以任意一簇平行线上等距离的两点的电势差相等
知识链接
B
例3、下列关于匀强电场中场强和电势差的关系，正确的说法是(　　)
A．在相同距离上的两点，电势差大的其场强也必定大
B．场强在数值上等于每单位距离上的电势降落
C．沿着电场线方向，任何相同距离上的电势降落必定相同
D．电势降落的方向必定是场强方向
C
思路点拨
AC电势相等，处在同一个等势面上
若为匀强电场，则AC连线为等势面，电场线垂直AC，电子从A到D电势能增加，电场力做负功，电场线由B指向D，A正确
E
若O点为点电荷，由于电子由A到D，远离点电荷而且电势能增加，所以O点只能是正的点电荷，C正确
若O点为点电荷
AC
E
F
9
四、示波管的原理
1、示波器的作用：
观察电信号随时间变化的情况
2、示波管的结构：
由电子枪、偏转电极和荧光屏组成
3、示波管的原理
产生高速 飞行的电子束
待显示的信号电压
锯齿形 扫描电压
使电子沿 Y方向偏移
使电子沿 x方向偏移
★带电粒子在电场中要受到哪些力的作用？
★对于象质子、电子、离子等带电微粒在电场中运 动时，我们怎样处理它们的受力？
带电粒子在电场中通常要受到重力和电场力
质子、电子、离子等带电微粒所受重力一般远小于电场力，重力可以忽略。重力势能就可以不考虑。
研究运动前的”热身”
4.对示波管原理的定量研究
带电粒子在电场中运动时，所受电场力对粒子产生加速度，改变粒子的速度。电场力（合外力）对粒子做功，改变粒子的动能。
★带电粒子在均强电场中运动时，运动有什么特点
带电粒子在均强电场中运动时，所受电场力是恒力,产生恒定
的加速度，所以带电粒子在均强电场中的运动跟物体在重力场中
的自由落体和抛体运动相似.
★带电粒子在电场中运动时，电场力对粒子的运动有什么效果？
★研究带电粒子运动的主要工具：
电场力
加速度
电场力的功
动能定理
F=qE
a=F/m
W=qU
粒子的运动象重力场中的什么运动？
E
+q
不计粒子重力
F=qE
V0 =0
自由落体，你答对了

粒子的运动象重力场中的什么运动？
V0
F=qE
不计粒子重力
-q
上抛运动，你答对了

E
粒子的运动象重力场中的什么运动？
E
F=qE
+q
V0
不
计
粒
子
重
力
平抛运动，你答对了

下 面 我 们 来 研 究
电 场 对 带 电 粒 子 的
加 速 问 题
方法1：
从动力学和运动学角度分析粒子被加速
动力学：
F=qE
a=F/m
运动学：
U
+
-
m q
d
方法２：
从做功和能量的角度分析粒子被加速
粒子只受到电场力做功
还有问题：如果不是匀强电场，上面公式是否适用？
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，上面公式仍适用！
显然，用功能关系解题简便！！
U
+
-
m q
d
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，电势能变化（减少）为e U.电势能的变化全部转化为电子的动能。
解：
所以
例7：实验表明，炽热的金属丝可以发射电子。在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出。电子射出后的速度有多大？设电子刚从金属丝射出时的速度为零。
结论：由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，所以在处理电场对带电粒子的加速问题时，一般都是利用动能定理进行处理。
下面我们来研究
电场对带电粒子的
偏转问题
２、不计重力，初速度垂直于电场方向飞入匀强电场
处理方法：
１）粒子在与电场垂直的方向上做
　　匀速直线运动
２）粒子在与电场平行的方向上做
　　初速度为零的匀加速运动　
类似平抛运动的分析方法
l
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-q
v
v0
vy
y
d
Ｕ
vx
v0
X=
v0
t
t=
=
vy
=
at
y=
v0
F
=
α
=
tan
α
s
s
离开电场时偏移量:
离开电场时偏转角:
在电场中飞行时间:
例题8： 一电子水平射入如图所示的电场中，射入时的速度V0=3.0X107m/s.两极板的长度为L=6.0cm，相距d=2cm，极板间电压U=200V.求电子离开电场时偏转的角度φ。
φ
v0
-q
m
U2
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
d
L
F
vt
v0
vy
y
电子离开电场时沿电场方向的分速度为Vy，
离开电场时的偏转角度为
角度为6.8度
结论：带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个类平抛的问题。
★粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动
★粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动　
下面看看加速和偏转一体的问题
例9、离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的负离子，从静止经加速电压U 1 加速后，获得速度 v0，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度Ｖ离开电场，已知平行板长为Ｌ，两板间距离为d，求：
1）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度Ｖ的大小；
2）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。
解：
l
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-q
v0
F
u1
vy
v0
由动能定理得到
即
=
v0
1）离子在偏转电场中运动的时间、加速度、速度Ｖ的大小
t=
=
加速度
a=
速度Ｖ的大小
vy
=at
˙
v
时间
Ｖ
2）离子在离开偏转电场时的横向偏移量和偏转角的正切值。
l
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-q
y
v0
F
α
u1
vy
v0
横向偏移量
解：
a
t =
速度偏转角的正切值：
tan
α
=
˙
v0
=
vy
偏转量和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场和偏转电场
和带电粒子q、m无关，只取决于加速电场和偏转电场
思考题：让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物经过
　　　　同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里
　　　　偏转，在通过加速电场时获得的动能是否相同？通过偏
转电场时，它们是否会分为三股？请说明理由。
答案：通过加速电场时获得的动能Ek=qU,加速电压相同，二价氦离子电荷量最大，所以二价氦离子获得动能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定，所以三种粒子不可能分开为三股。
你答对了吗？
当堂训练
d
d
由图可知EA>EB>EC
由公式U＝Ed可以粗略判断UAB＞UBC
所以φB小于35V
C
2.图中A．B、C三点都在匀强电场中，已知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC=20cm．把一个电量q=10－5C的正电荷从A移到B，电场力做功为零；从B移到C，电场力做功为－1.73×10－3J，则该匀强电场的场强大小和方向是 （ ）
A．865V／m，垂直AC向左
B．865V／m，垂直 AC向右
C．1000V／m，垂直 AB斜向上
D．1000V／m，垂直 AB斜向下
D
当堂训练
当堂训练
4．如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场。电量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力。
（1）若粒子从c点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能；
（2）若粒子离开电场时动能为Ek' ，则电场强度为多大？
a
b
c
d
E
解:（1）
L＝v0t，
所以
所以
当堂训练
（2）若粒子由bc边离开电场，
L＝v0t，
所以
所以
4．如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场。电量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力。
（1）若粒子从c点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能；
（2）若粒子离开电场时动能为Ek' ，则电场强度为多大？
a
b
c
d
E
当堂训练
5．如图所示，竖直平行直线为匀强电场的电场线，电场方向未知，A，B是电场中的两点，AB两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为θ．一个质量为m，电荷量为－q的带电粒子以初速度v0。从A点垂直进入电场，该带电粒子恰好能经过B点．不考虑带电粒子的重力大小．
(1)根据你学过的物理学规律和题中所给的信息，对反映电场本身性质的物理量(例如电场方向)，你能作出哪些定性判断或求得哪些定量结果
A
B
v0
θ
（1）因粒子带负电且向下偏转，故电场力方向向下，所以电场方向竖直向上。
水平方向匀速运动，有： l sinθ =v0t
竖直方向做初速度为零的匀加速运动，有
解得加速度：
由qE=ma，得电场强度大小
当堂训练
B点的电势高于A点的电势,有A、B两点间的电势差为：
5．如图所示，竖直平行直线为匀强电场的电场线，电场方向未知，A，B是电场中的两点，AB两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为θ．一个质量为m，电荷量为－q的带电粒子以初速度v0。从A点垂直进入电场，该带电粒子恰好能经过B点．不考虑带电粒子的重力大小．
(1)根据你学过的物理学规律和题中所给的信息，对反映电场本身性质的物理量(例如电场方向)，你能作出哪些定性判断或求得哪些定量结果
A
B
v0
θ
当堂训练
（2）设初速度大小为v0，小球过B点竖直分速度为vy，瞬时速度为vB，水平和竖直位移分别为x和y，则有：
y=vyt/2 x= v0t 而 y/x=cot θ
由动能定理得：
所以A、B间的电势差
5．如图所示，竖直平行直线为匀强电场的电场线，电场方向未知，A，B是电场中的两点，AB两点的连线长为l且与电场线所夹的锐角为θ．一个质量为m，电荷量为－q的带电粒子以初速度v0。从A点垂直进入电场，该带电粒子恰好能经过B点．不考虑带电粒子的重力大小．
(1)根据你学过的物理学规律和题中所给的信息，对反映电场本身性质的物理量(例如电场方向)，你能作出哪些定性判断或求得哪些定量结果
A
B
v0
θ
当堂训练
6．平行板间加如图4（a）所示周期变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t=0时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况。图4（b）中，能定性描述粒子运动的速度图象正确的是 ( )
T/2
3T/2
U
U0
-U0
图4(a)
T
2T
t
0
图4（b)
v
t
0
v
t
0
v
t
0
v
t
0
A
B
C
D
A
当堂训练
谢谢观看!