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时间:2018-04-03
《高中物理教科版选修3-1:第一章 静电场 学案7》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、学案7 匀强电场中电势差与电场强度的关系 示波管原理[学习目标定位]1.掌握匀强电场中电势差与电场强度的关系及其适用条件.2.会用关系式U=Ed处理匀强电场问题.3.了解示波管的构造和工作原理.4.通过示波管的工作原理掌握带电粒子在电场中的加速和偏转问题.一、匀强电场中电势差与电场强度的关系在匀强电场中,两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场线方向的距离的乘积,即U=Ed;由E=知场强的大小等于沿场强方向每单位距离上的电势差;沿电场线的方向电势越来越低.二、示波管原理(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
2、玻璃壳,内部主要由电子枪(发射电子的金属丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成.(2)原理:电子在加速电场中被加速,在偏转电场中发生偏转.一、对电势差与电场强度关系的理解[问题设计]如图1所示的匀强电场中有A、B两点,A、B两点连线与电场线平行,B、C连线垂直电场线,已知场强大小为E,A、B两点间的电势差为UAB,A、B间距离为d,电荷q从A点移动到B点,回答下列问题:图1(1)电荷所受电场力是多少?从力和位移的角度计算电场力所做功的大小.通过A、B间的电势差计算电场力做功的大小
3、.(2)比较两次计算的功的大小,电势差与电场强度有何关系?(3)在图1中,如果将电荷从A点移动到C点,再利用(1)问的推导过程试着推导,能获得何结论?(已知AB与AC的夹角为θ)答案 (1)F=qE WAB=Fd=qEd WAB=qUAB(2)UAB=Ed(3)WAC=qELcosθ=qEd,WAC=qUAC,UAC=Ed[要点提炼]1.公式U=Ed只适用于匀强电场,其中d为A、B两点沿电场方向的距离.2.公式E=说明电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势,且场强方向就是电势降低最快的方向.3.在匀强电场中,沿
4、任意一个方向,电势降落都是均匀的,故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等.在匀强电场中,相互平行且相等的线段两端点的电势差相等.[延伸思考] 公式U=Ed是在匀强电场中得到的,在非匀强电场中能否适用?答案 在非匀强电场中,不能进行定量计算,但可以定性地分析有关问题.二、带电粒子的加速[问题设计] 如图2所示,在真空中有一对平行金属板,由于接在电池组上而带电,两板间的电势差为U.若一个质量为m、带正电荷q的α粒子,在电场力的作用下由静止开始从正极板向负极板运动,板间距为d.图2(1)带电粒子在电场中受哪些力作用?重力能否忽略
5、不计?(2)粒子在电场中做何种运动?(3)计算粒子到达负极板时的速度?答案 (1)受重力和电场力;因重力远小于电场力,故可以忽略重力.(2)做初速度为0、加速度为a=的匀加速直线运动.(3)方法1 在带电粒子的运动过程中,电场力对它做的功W=qU设带电粒子到达负极板时的速率为v,其动能可以写为Ek=mv2由动能定理可知mv2=qU可解得v=方法2 设粒子到达负极板时所用时间为t,则d=at2v=ata=联立解得v=[要点提炼]1.电子、质子、α粒子、离子等微观粒子,它们的重力远小于电场力,处理问题时可以忽略它们的重力.带电小
6、球、带电油滴、带电颗粒等,质量较大,处理问题时重力不能忽略.2.带电粒子仅在电场力作用下做加速运动,若初速度为零,则qU=mv2;若初速度不为零,则qU=mv-mv.三、带电粒子的偏转[问题设计]如图3所示,两平行板间存在方向竖直向下的匀强电场,电荷量为q的粒子以速度v0水平射入两极板间,不计粒子的重力.图3(1)粒子受力情况怎样?做什么性质的运动?(2)若板长为l,板间电压为U,板间距为d,粒子质量为m,求粒子的加速度和通过电场的时间.(3)当粒子离开电场时,粒子水平方向和竖直方向的速度分别为多大?合速度与初速度方向的夹角
7、θ的正切值为多少?(4)粒子沿电场方向的偏移量y为多少?(5)速度的偏转角与位移和水平方向的夹角是否相同?答案 (1)粒子受电场力的作用,其方向和速度方向垂直且竖直向下.粒子在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向在电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动,其合运动类似于平抛运动.(2)a== t=(3)vx=v0vy=at=tanθ==(4)y=at2=.(5)不同.速度偏转角tanθ=位移和水平方向的夹角tanα==所以tanθ=2tanα.[要点提炼]1.运动状态分析:带电粒子(不计重力)以初速度v0垂直于电场线飞入匀强电场
8、时,受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动.2.偏转问题的分析处理方法:与平抛运动类似,即应用运动的合成与分解的知识分析处理.3.一个有用的结论:粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点,即粒子就像是从极板间处射出的一样.一、电势差与电场强度的关系例1 如图4所
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