(共20张PPT)
J2459学生示波器
沪教版新课标选修3-1
又名《带电粒子在电场中的运动》
前言：
第2章《电场与示波器》前面4 节课主要学习描述电场的基本物理量和电场的主要性质。而第五节课《探究电子束在示波管中的运动》则是前4节课知识在现代电子技术中的应用。
示波器是电子技术中很重要的仪器。它可以形象显示和测量有关变化情况。其工作原理是用电信号产生变化的电场来控制电子束的运动，使电子束打在荧光屏上不同的位置，从而显示出电信号变化的图像。
示波器的核心部件是示波管，让我们一起先来学习示波管的构造和工作原理。
一、示波管的构造（点击链接）
１、构造
电子枪
偏转电极
-
+
荧光屏
Y
Y’
X
X’
Y
Y’
X
X’
（1）电子枪：发射并加速电子
（2）偏转电极：YY‘使电子束竖直偏转（加信号电压）；XX’使电子束水平偏转（加扫描电压）
（3）荧光屏：电子束打到荧光屏上能使该处的荧光物质发光。
为什么电子束会飞向荧光屏？而且会在荧光屏XX’和YY’方向偏转呢？
请看下面的探究讨论，你自然会明白的！
二、探究电子束在偏转电极中的偏移
示波管中的偏转电极XX‘和YY’各自是两块靠的很近、大小相等、互相平行的正对金属板。金属板之间存在匀强电场。
电子束进入以后是怎样运动的呢？请看P46的实验探究。
两块金属板分别与起电机的正负极相连，注射器中注入缝纫机油，用导线把注射器针头与金属板负极相连。推动活塞将油注入匀强电场，观察油滴的运动情况？
实验录像：用阴极射线管演示带电粒子在电场中的偏转
讨论：
带电粒子（如带电油滴）或电子在竖直方向受到竖直向上的电场力F＝Eq=qU/d，水平方向不受力，做匀速直线运动。
U
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Y
d
Y’′
v0
F
V
粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀加速运动
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
三、电子束在示波管中的运动规律
1、电子在电子枪中的运动——加速
1、受力分析:
水平向右的电场力
F＝Eq=qU/d
2、运动分析:
初速度为零，加速度为a=qU/md的匀加速直线运动。
带电粒子的加速
解法一 运用运动学知识求解
解法二 运用能量知识求解
由于电场力做功与场强是否匀强无关，与运动路径也无关，第二种方法仍适用！
若粒子的初速度为零,则:
若粒子的初速度不为零,则:
结论：
由于电场力做功，与电场是否匀强无关,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。
2、电子在偏转电极中的运动——偏转
1、受力分析：
粒子受到竖直向下的电场力F＝Eq=qU/d
2、运动规律分析:
粒子作类平抛运动。
U
L
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
Y
d
Y′
v0
F
V
请同学们回忆平抛运动的规律？
电子进入偏转电场后,在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动.
加速度
所以偏移距离
偏移角度
水平方向做匀速直线运动
分速度
3.电子离开偏转电极后的运动—匀速直线运动
电子离开偏转电极后不再受到电场力，做匀速直线运动，如左图所示。
试推导亮斑在垂直于极板方向上发生的偏移y’。
由几何关系知:
由前面知
由以上三式得，
由于l、L、d、U 均为定值，故可表达为：
思考讨论：
1、如果在电极YY′之间加一个不变的电压（Y的电势比Y′高），电子打在荧光屏什么位置？
电子受到向上的电场力，所以亮斑将上移。
2、如果在XX ′之间不加电压，只在YY′之间加电压
在荧光屏会看到怎样的图形？
亮斑也将按规律正弦规律变化，
亮斑在竖直方向上做简谐运动，电压变化很快时，亮斑移动也很快，视觉暂留感觉是一条竖直亮线。
主要内容小结：
一、利用电场使带电粒子加速
二、利用电场使带电粒子偏转
从动力学和运动学角度分析
从做功和能量的角度分析
类似平抛运动的分析方法
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
初速度为零的匀加速运动
