高中物理第2章电场与示波器2.5探究电子束在示波管中的运动学案沪科版选修3_1

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1、2.5　探究电子束在示波管中的运动学习目标重点难点1．掌握带电粒子在电场中加速和偏转所遵循的规律。2．知道示波器的主要构造和工作原理。重点：带电粒子在匀强电场中的运动规律。难点：电学与力学知识综合处理偏转问题。1．探究电子束在偏转电极中的偏转示波管中的偏转电极YY′实际上是两块靠得很近的、大小相等、互相正对的平行金属板。在偏转电极上加上电压后，两极间的电场是匀强电场，称为偏转电场。电子束垂直于偏转电场进入平行金属板之间，电子受到电场力的作用。预习交流1在带电粒子的加速和偏转的问题讨论中，为什么常常不考虑重力？什么时候考虑重力？什

2、么时候不考虑重力？答案：(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)。(2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。(3)某些带电粒子是否考虑重力，要根据题目说明或运动状态来判定。2．电子束在示波管中的运动规律(1)电子在电子枪中的运动电子束在电子枪中被加速，由动能定理：qU＝mv电子从小孔水平射出的速度：v0＝。(2)电子在偏转电极中的运动光斑在荧光屏上的竖直偏移电子以速度v0进入偏转电极YY′之间的匀强电场后，如果偏转

3、板的长度为l，两板距离为d，则电子在平行于极板方向上做匀速直线运动，速度为v0；电子在垂直于极板方向上做初速度为零的匀加速运动，加速度为a＝F/m＝qE/m＝qU′/md。电子经过时间t＝离开偏转电极YY′，在竖直方向上偏移y，竖直方向上的分速度为vy，离开偏转电场时的偏转角为φ，即偏转距离：y＝at2＝·()2＝。在y方向上的分速度：vy＝at＝·＝。离开偏转电场时的偏转角：tanφ＝＝。(3)电子束离开偏转电极后的运动电子离开偏转电极后不再受电场力作用，做匀速直线运动。预习交流2一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极

4、板的速度v0进入匀强电场，如图所示。如果两极板间电压为U、两极板间的距离为d、板长为L。设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为________。(粒子的重力忽略不计)答案：水平方向匀速运动，则运动时间t＝①竖直方向匀加速运动，则偏移量y＝at2②且a＝③由①②③得y＝则电场力做功W＝qE·y＝q··＝由动能定理得电势能减少了。一、带电粒子的加速带电粒子在电场中要受到电场力的作用，产生加速度，若人们想利用电场来达到加速带电粒子的目的，应怎么办？答案：若要使带电粒子加速，则必须使带电粒子的初速度方向与加速

5、度方向相同，若带电粒子的初速度为零，则粒子将沿(或逆)电场线方向加速(正电荷沿电场线方向加速，负电荷逆电场线方向加速)，如图所示，在加上电压并处于真空中的平行金属板间有一正电荷q，在电场力作用下从静止开始向负极板运动，由动能定理，可求带电粒子到达负极板时的动能。由W＝qU及动能定理W＝ΔEk＝mv2－0得：qU＝mv2到达负极板的速度为：v＝。如图所示，带负电的小球静止在水平放置的平行板电容器两板间，距下板0.8cm，两板间的电势差为300V，如果两板间电势差减小到60V，则带电小球运动到极板上需多长时间？答案：4.5×10－2

6、s解析：取带电小球为研究对象，设其质量为m、带电荷量为q，带电小球受重力mg和向上的静电力qE的作用。当U1＝300V时，小球平衡：mg＝q。当U2＝60V时，重力大于静电力，带电小球向下板做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得mg－q＝ma又h＝at2由以上各式化简得t＝代入数据得t＝4.5×10－2s。带电粒子涉及重力的直线运动，如粒子处于匀强电场中，可以由牛顿定律或动能定理求解。如粒子处于非匀强电场中，只能用动能定理求解。二、带电粒子的偏转如图所示，离子发生器P发射出质量为m、电荷量为q的离子，从静止经加速电压U1加速后，获得

7、速度v0，并垂直于电场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。试求：(1)离子在偏转电场中运动的时间。(2)所受电场力的大小。(3)离子运动的加速度大小。(4)离子在离开偏转电场时的速度和纵向速度大小。(5)离子离开偏转电场时的偏移量和偏转角。答案：(1)不管加速电场是不是匀强电场，W＝qU都适用，由动能定理得：qU1＝mv，故v0＝由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似于平抛运动，即水平方向是速度为v0的匀速直线运动；竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动。在水平方向上

8、，t＝＝L。(2)离子在偏转电场中所受电场力F的大小E＝，故F＝qE＝。(3)离子在偏转电场中的加速度a＝＝。(4)离子在离开偏转电场时的纵向速度vyvy＝at＝·L＝离子在离开偏转电场时的速度v的大小v＝＝。(5)离子在离开偏转电场时的纵向偏移量为yy＝at2