1.5.2 示波管原理（导）—教科版高中物理选修3-1学案

1.5.2
示波管原理
【学习目标】1、掌握带电粒子与电场中加速和偏转的规律。2、通过类比的方法分析论证带电粒子在电场中运动的规律。
3、通过理论推导和实验，说明示波器的工作原理。
【重点难点】重点：带电粒子在电场中加速和偏转的规律。
难点：分析论证带电粒子在电场中加速和偏转的规律。
【自主学习】
1.构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由
(发射电子的金属丝、加速电极组成)、
(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和
组成．
2.原理：电子在加速电场中被
，在偏转电场中发生
，射出电场后做
运动．
【交流讨论】
【成果展示】展示学生交流讨论成果
【教师执导】教师引导、点拨、辨析、梳理，阐释内涵与外延等（略）
【学以致用】
类型一、带电粒子在电场中的加速
例1、如图M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板.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（不计重力），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
举一反三
【变式1】如图一个质量为m，电量为-q的小物体，可在水平轨道x上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙.轨道处在场强大小为E，方向沿Ox轴正向的匀强电场中，小物体以初速度v0从x0点沿Ox轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f作用，且f＜qE.小物体与墙碰撞时不损失机械能，求它在停止前所通过的总路程s？
【变式2】
两块平行金属板A、B之间的电压是80V,一个电子以6.0×106m/s的速度从小孔C垂直A板进入电场，如图该电子能打在B板上吗？如果能打在B板上，它到达B板时的速度又多大？如果电源电压变为120V，情况又会怎样？
【变式3】如图所示，带电粒子在匀强电场中以初动能20J穿过等势面L3，到达等势面L1时速度为零.三个等势面等距，且U2=0.当此带电粒子的电势能为6J时，它的动能为(
)
A．16J
B．4J
C．14J
D．6J
类型二、带电粒子在电场中的偏转
例2、如图所示，水平放置的平行金属板的板长＝4cm，板间匀强电场的场强E＝104N/C，一束电子以初速度v0＝2×107
m/s沿两板中线垂直电场进入板间，从板的中间到竖立的荧光屏的距离L＝18
cm，求电子打在荧光屏上的光点A偏离荧光屏中心的距离Y？（电子的比荷）
举一反三
【变式1】带电量之比为qA：qB=1：3的带电粒子A、B，先后以相同的速度从同一点垂直于场强方向射入一个水平放置的平行板电容器中，不计重力，带电粒子偏转后打在电容器同一板上，水平飞行的距离之比为：xA：xB=2：1.如图所示，带电粒子的质量之比mA：mB以及在电场中飞行的时间之比tA：tB分别为：（
）
A、2：3；1：1
B、3：2；2：1
C、3：4；1：1
D、4：3；2：1
类型三、示波器的原理
例3、
如图所示，电子经U1电压加速后以速度v0进入偏转电压为U的电场中，电子离开电场后打在距离偏转电场为L的屏上，试求电子打在屏上的位置与屏的中点的距离Y（平行板的长度为，板间距离为d）.
举一反三
【变式1】示波管的原理示意图如图所示.电子从灯丝发射出来经加速电场加速后，沿中心线垂直射入偏转电场，经过偏转电场后打在荧光屏上.逆电子射出方向，从荧光屏上观察，若偏转电压：
【变式2】示波器的示意图如图，金属丝发射出来的电子（初速度为零，不计重力）被加速后从金属板的小孔穿出，进入偏转电场．电子在穿出偏转电场后沿直线前进，最后打在荧光屏上．设加速电压U1=1640V，偏转极板长Ｌ=4cm，偏转板间距d=1cm，当电子加速后从两偏转板的中央沿板平行方向进入偏转电场．
（1）偏转电压U2为多大时，电子束打在荧光屏上偏转距离最大？
（2）如果偏转板右端到荧光屏的距离s=20cm，则电子束最大偏转距离为多少？
参考答案
【自主学习】
电子枪、偏转电极、荧光屏
2加速，偏转，匀速直线．
例1、BD
【变式1】s=
【变式2】
能、
2.8×106
m/s、
不能
【变式3】B
例2、3.52×10-2
m
【变式1】D
例3、
【变式1】(1)
1
(2)
3
(3)
2
(4)
4
【变式2】
（1）205V
（2）0.055m