江苏省兴化市第一中学教科版高中物理选修3-1学案：1.5.2示波管原理

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§1.5.2《示波管原理》预习案
【预习目标】
1．理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题；
2．知道示波管的构造和基本原理。
【预习自测】
一：带电粒子的加速
如图所示，在真空中有一对平行金属板，极板间的距离为d，两板间加以电压U。两板间有一个质量为m带正电荷q的带电粒子，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动，求到达负极板时的速度。
方法一：根据动力学和运动学方法求解
(点评：动力学和运动学方法只适用于匀强电场)
方法二：根据动能定理求解
(点评：根据动能定理求解，过程简捷。不仅适用于匀强电场，同样适用于两金属板是其它形状，中间的电场不是匀强电场的情况)
二：带电粒子的偏转
如图所示，在真空中水平放置一对金属板Y和 ( http: / / www.21cnjy.com )Y′，板间距离为d，在两板间加以电压U。现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子以水平速度v0射入电场中，求：
(1)带电粒子在电场中的运动及运动方程
（提示：粒子的运动类似平抛运动。）
(2)带电粒子飞过电场的时间
(3)带电粒子离开电场时偏转的侧位移
(4)带电粒子离开电场时的速度大小
(5)带电粒子离开电场时的偏角
(6)带电粒子射出偏转电场后打到荧光屏上的位移
三：示波管的原理
1．构造及作用
①电子枪
②偏转电极
YY＇
XX＇
③荧光屏
2．原理
YY＇的作用：
XX＇的作用：
当扫描电压和信号电压的周期相同时，荧光屏上将出现稳定的波形。
【我思我疑】
____________________________________________________________
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【典型例题】：
【例1】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(如图)，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。电子穿出后的速度有多大？（设电子刚从金属丝射出时的速度为零。电子质量m＝0.91×10－30kg，电子的电荷量e＝1.6×10－19C）
解析：金属丝和金属板间的电场虽然不是匀强电场，但仍可用v＝EQ \R()求出v：v＝EQ \R()＝3.0×107m/s
【例2】一电子在水平偏转电场中，射入时的速度v0＝3.0×107m/s。两极板的长度L＝6.0cm，相距d＝2cm，极板间的电压U＝200V。求电子射出电场时竖直偏移的距离y和偏转的角度φ。
解析：电子在竖直方向做匀加速运动，射出电场时竖直偏移的距离为
y＝at2＝＝0.36cm，离开电场时的偏转角φ为，tanφ＝＝U，代入数值后得φ＝6.8
【例3】如图M、N是在真空中竖直放置的两块 ( http: / / www.21cnjy.com )平行金属板。质量为m，电量为-q的带电粒子，以初速v0由小孔进入电场，当M、N间电压为U时，粒子刚好能到达N极，如果要使这个带电粒子能到达M、N两板间距的1/2处返回，则下述措施能满足要求的是：（　 ）
　　A、使初速度减为原来的1/2
　　B、使M、N间电压加倍
　　C、使M、N间电压提高到原来的4倍
　　D、使初速度和M、N间电压都减为原来的1/2
解析：在粒子刚好到达N极的过程中，由动能定理得： -qEd=0-mv02........(1)
　　d= ，使初速度减为原来的1/2，则带电粒子离开正极板的最远距离x，则：x= = ，使M，N间电压加倍则：x= = ，使M，N间电压提高到原来的4倍，则x= = 使初速度和M，N间电压都减为原来的1/2，则x= =
　　∴答案应选BD。
【当堂训练】
1．如图所示，在真空中有一对平行金属板，两 ( http: / / www.21cnjy.com )板间加以电压U。在板间靠近正极板附近有一带正电荷q的带电粒子，它在电场力作用下由静止开始从正极板向负极板运动，到达负极板的速度为多大？
2．质量为、电荷量为的带电粒子以初速沿垂直于电场的方向，进入长为、间距为、电压为的平行金属板间的匀强电场中，粒子将做匀变速曲线运动，如图所示，若不计粒子重力，则可求出如下相关量：
（1）粒子穿越电场的时间：
（2）粒子离开电场时的速度：
（3）粒子离开电场时的侧移距离：
（4）粒子离开电场时的偏角：
（5）速度方向的反向延长线必过偏转电场的中点
【巩固练习】
　1．如图所示，两个极板的正中央各有一小孔，两板间加以电压U，一带正电荷q的带电粒子以初速度v0从左边的小孔射入，并从右边的小孔射出，则射出时速度为多少？
2．如图所示，从灯丝发出 ( http: / / www.21cnjy.com )的电子经加速电场加速后，进入偏转电场。若加速电压为U1，偏转电压为U2，要使电子在电场中的偏转量y增大为原来的2倍，可供选用的方法有（　 ）
A、使U1减小为原来的1/2
B、使U2增大为原来的2倍，
C、使偏转电场极板的长度增大为原来的2倍
D、使偏转电场极板的距离减小为原来的1/2倍
3．两平行金属板间的电压为U，两板间距 ( http: / / www.21cnjy.com )为d，一质量为m，电量为q的带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场，离开电场时，偏转距离为d/2，那么带电粒子离开电场时的动能为____________（粒子重力不计）。
4．如图所示，由静止开始被电场（加速电压为）加速的带电粒子平行于两正对的平行金属板且从两板正中间射入。若金属板长为，板间距离为、两板间电压为，试讨论带电粒子能飞出两板间的条件和飞出两板间时的速度方向。
　
[练习答案]：
1．
2．A B D
3．mv02+qU
4。分析：设带电粒子的质量为，电量为，
经电压加速后速度为。由动能定理有
，。
带电粒子以初速度平行于两正对的平行金属板从两板正中间射入后，若能飞出偏转电场，在电场中运动时间为，则。
带电粒子在偏转电场中运动时的加速度。
带电粒子飞出偏转电场时的侧移的最大值为，则，所以。由上式可知，当两极板间电压时，带电粒子不可能飞出两金属板之间；当≤时，带电粒子可飞出两金属板之间。
在满足≤的条件下，设带电粒子飞出两金属板之间的侧移为，由上面的讨论可知。
带电粒子离开电场时沿电场方向的速度为，则。
设飞出两板间时的速度方向与水平方向夹角为。则。
U
＋
－
q
金属丝
金属板
v
＋
－
U
U
＋
－
q
M
N
q
U
U
d
l
q
v0
y
M
N
q
U
v0
v
U1
d
L
U2
q