2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第2章 2．5　探究电子束在示波管中的运动

(共51张PPT)
2.5　探究电子束在示波管中的运动
准备以下器材：有机玻璃作底板、开有能让乒乓球通过的半圆形孔的金属板A和B；另有金属板C、D；涂有导电石墨的乒乓球O；直流电源，按下图进行组装，开始时让乒乓球O与A接触，再接通直流电源，同学们能看到什么现象呢？我们发现涂有导电石墨的乒乓球O在A、B间加速，在平行板电容器CD电场中将产生偏转现象．本节要学习的电子束在示波管中的运动和本实验的道理是一样的，下面我们就探究这类运动的具体规律．
3．适用条件
以上公式适用于只有电场力做功的情况．
4．应用技巧
按功能观点处理带电粒子的加速问题，针对电场力做功的分析，关键是加速过程，粒子所经电场区域的电势差，而对动能的分析，关键是初末速度的分析．
1．经典表述
带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的电场力作用而做匀变速曲线运动(轨迹为抛物线)，如下图所示．
3．适用条件
带电粒子垂直进入匀强电场，且只受电场力作用．
4．应用技巧
(1)用处理平抛运动的方法处理带电粒子在匀强电场中的偏转．
①沿初速度方向为速度为v0的匀速直线运动．
②沿电场力方向为初速度为零的匀加速直线运动．
②解答方法：
a．利用力和运动的关系——牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合．即：受力和初速度决定运动，运动反映受力；
b．利用功、能关系——动能定理及其他力的功能关系(如重力、电场力、摩擦力等)及能的转化守恒，即：做功引起并量度了能的改变；无论恒力作用、变力作用、直线运动、曲线运动皆可．
观察带电液滴在匀强电场中的偏移
猜想
与假设 带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向成90°角的作用而做匀变速曲线运动，类似于力学中的平抛运动
进行实验与收集证据 带电液滴以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，运动轨迹向下弯曲．类似于力学中的平抛运动
分析与结论 带电液滴以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，运动类似于力学中的平抛运动，可采用运动的合成和分解的方法进行研究
1.质子和α粒子是物理学中的基本粒子，质子质量数是1，带电荷量为e，α粒子质量数为4，带电荷量为2e，即qα＝2qH，mα＝4mH.
2．点电荷Q的电场为非匀强电场，带电粒子运动时受的力为变力．应想到电场力做功W＝qU适用于非匀强电场，因此可以用动能定理来处理这类问题．
D．两板间距离越小，加速的时间越短，则获得的速率越小
【答案】　C
(1)电子从A点进入电场到离开该电场区域所经历的时间t和离开电场区域时的速度大小；
(2)电子经过x轴时离坐标原点O的距离l.
按类平抛运动的物理模型，处理带电粒子在电场中的偏转，是我们解决此类问题的基本思路．
【答案】　－1.4×102 V
带电粒子在电场乃至复合场中的运动规律与力学中的完全相同，分析此类问题时，要注意灵活应用力学中学过的规律、方法．
1．带电粒子的加速
(1)运动状态分析：带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做 运动．
匀加(减)
速直线
(2)用功能观点分析：粒子动能的变化量等于静电力对它所做的功(电场可以是 电场或 电场)．若粒子的初速度为零，则： ，v＝ ；若粒子的初速度不为零，则： ，v＝ .
匀强
非匀强
2．带电粒子的偏转(限于匀强电场)
(1)运动状态分析：带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向 的电场力作用而做 运动．
(2)粒子偏转问题的分析处理方法类似于 的分析处理，即应用 的方法：
沿初速度方向为 运动，运动时间t＝ .
垂直
匀变速曲线
平抛运动
运动的合成和分解的知识
匀速直线
沿电场力方向为 运动，加速度a＝ .
离开电场时的偏移量y＝ .
离开电场时的偏转角tan θ＝ .
初速度为零的匀加速直线
3．示波管的原理
示波管主要由 、 和 三部分组成，管内抽成真空．电子枪是专门提供电子并将电子加速的装置，其提供电子的常用方式是热电子发射并经电场加速．偏转电极一般有相互垂直的两组，一组控制电子束的 偏转，一组控制电子束的 偏转．由于每个电子通过偏转电场的时间极短，在此时间内可以认为电场是不变的，电子在偏转电场中的运动可认为是匀变速曲线运动．
其原理图如下图所示．
电子枪
偏转电极
荧光屏
竖直
水平
示波管的原理图
1．(考查点：带电粒子的加速)下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场加速度后，粒子速度最大的是(　　)
A．质子　　　　　　　　 B．氘核
C．α粒子 D．钠离子Na＋
【答案】　A
【答案】　B
3．(考查点：力、电知识的综合应用)一带电粒子在电场中只受静电力作用时，它不可能出现的运动状态是(　　)
A．匀速直线运动 B．匀加速直线运动
C．匀变速曲线运动 D．匀速圆周运动
【解析】　带电粒子在电场中受到静电力的作用，故不可能做匀速直线运动．若粒子沿匀强电场方向进入电场，可能做匀加速直线运动，若粒子垂直进入匀强电场可做匀变速曲线运动；粒子绕一异性点电荷还可以做匀速圆周运动．
【答案】　A
4．(考查点：带电粒子的偏转)一束正离子以相同的速率从同一位置，沿垂直于电场方向飞入匀强电场中，所有离子的轨迹都是一样的，这说明所有粒子(　　)
A．具有相同的质量
B．具有相同的电荷量
C．电荷量和质量的比相同
D．属于同一元素的同位素
【答案】　C
【答案】　900　3×104
练考题、验能力、轻巧夺冠