高中物理第2章电场与示波器25探究电子束在示波管中的运动学案沪科版选修

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1、2.5探究电子束在示波管中的运动』课前•预可昱学KEQIANYUXIDAOXUE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屮的运动规律。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rr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Z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？

2、什么时候不考虑重力？答案：(1)基本粒子：如电子、质子、a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)o(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來判定。2.电子束在示波管中的运动规律(1)电子在电子枪屮的运动电子束在电子枪中被加速，由动能定理：qU=^ni盒电子从小孔水平射出的速度:(2)电子在偏转电极屮的运动电子以速度〃进入偏转电极rr之I'可的匀强电场后，如果偏转板的长度为1,两板距离为d,则电子在平行于极板方向上做匀速直线运动,

3、速度为⑹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FF,在竖直方向上偏移戶竖直方向上的分速度为【0，离开偏转电场时的偏转角为0,即偏转距离：尸+畀=£•鶴务离开偏转电场时的偏转角：仙0=：=务7。（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2一朿质量为刃、电荷量为Q的带电粒子以平行于两极板的速度⑷进入匀强电场，如图所示。如果两极板间电压为〃、两极板间的距离为乩板长为厶设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞岀极板时电势能的变化量为O（粒子的重

4、力忽略不计）答案：水平方向匀速运动，则运动时间①竖直方向匀加速运动，则偏移量尸=*臼孑②由①②③得y=q就2dnni厂则电场力做功"'=qE・y=q・〒・qUCql}lJ2dmk说由动能定理得电势能减少了KETANGHEZUOTANJIU一、带电粒子的加速•活动庁探究❶带电粒子在电场中要受到电场力的作用，产生加速度，若人们想利用电场來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

5、于真空中的平行金属板间有一正电荷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。由用=e及动能定理//—人£=如/_0得：qU=^mv到达负极板的速度为：@迁移⑨应用1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：4.5X10"s解析：取带电小球为研究对象，设其质量为/〃、带电荷量为G带电小球受重力〃矽和向上的静电力的作用。当«=300V时，小球平衡：吨=需当仏=60V时，重力大于静电力，带电小球向下板做匀加速直

6、线运动，由牛顿第二定律得仏mg—mad由以上各式化简得t=2UhU_lh代入数据得f=4.5X10~离子在偏转电场屮运动的时间。所受电场力的大小。离子运动的加速度大小。离子在离开偏转电场时的速度和纵向速度大小。so鹅师点津・・。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屮，只能用动能定理求解。二、带电粒子的偏转•活动与探究❷如图所示，离子发生器P发射出质量为〃人电荷量为q的离子，从静止经加速电压«加速后，获得速度r0,并垂直于电场方向射入两平行板中央，受偏转电压仏作用后，以速度孑离开电场。已知平行板长为厶两板

7、间距离为d。试求：(5)离子离开偏转电场时的偏移暈和偏转角Q答案：(1)不管加速电场是不是匀强电场，讥/都适用，由动能定理得:rh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旳的匀速直线运动；竖直方向为初速度为零的匀加速直线运动。在水平方向上,(2)离子在偏转电场中所受电场力尸的大小宀吕故F=qE=+°(3)离子在偏转电场中的加速度＜Fqlhd~nrmd(4)离子在离开偏转电场时的纵向速度勺1///Wi1Q丿2必一dJ2/必离子在离开偏转电场时的速度孑的人小v=yl诒+vy=^4qd止J从°(5)离子在离开偏