第01章 第06节 示波器的奥秘-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-1）

[目标定位]　1.会从力和能量的角度分析计算带电粒子在电场中加速和偏转的有关问题.2.知道示波管的主要构造和工作原理． 一、带电粒子的加速 一带正电荷q、质量为m的带电粒子从正极板处由静止开始向负极板运动(忽略重力作用)，由于电场力做正功，带电粒子在电场中被加速，动能增加，根据动能定理有：．[来源:学科网ZXXK]mv2＝qU，由此可得带电粒子到达负极板时的速度：v＝ 例1　如图1所示，M和N是匀强电场中的两个等势面，相距为d，电势差为U，一质量为m(不计重力)、电荷量为－q的粒子，以速度v0通过等势面M射入两等势面之间，则该粒子穿过等势面N的速度应是(　　) 图1 A. B．v0＋ C. －\f(2qU,m))＋\f(2qU,m)) D. 解析　qU＝＋\f(2qU,m))，选项C正确．，v＝ mvmv2－ 答案　C 总结提升 1．两类带电体 (1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除特殊说明外，一般忽略粒子的重力(但并不忽略质量)． (2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除特殊说明外，一般不忽略重力． 2．处理加速问题的分析方法 (1)根据带电粒子所受的力，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等． (2)一般应用动能定理来处理问题，若带电粒子只受电场力作用： ①若带电粒子的初速度为零，则它的末动能. mv2＝qU，末速度v＝ ②若粒子的初速度为v0，则＋\f(2qU,m)).＝qU，末速度v＝ mvmv2－ 针对训练1　两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图2所示，OA＝h，则此电子具有的初动能是(　　) 图2 A. D. B．edUh C. 答案　D 解析　电子从O点运动到A点，因受电场力作用，速度逐渐减小．根据题意和题图判断，电子仅受电场力，不计重力．这样，我们可以用动能定理来研究问题，即－eUOA＝－.所以D正确．＝mv，故，UOA＝Eh＝.因E＝mv 二、带电粒子的偏转 如图3甲所示，质量为m、电荷量为q的粒子，以初速度v0垂直于电场方向进入两平行板间场强为E的匀强电场，极板间距离为d ，两极板间电势差为U，板长为l.[来源:学科网ZXXK] 　　　 图3 1．运动性质 (1)沿初速度方向：做速度为v0的匀速直线运动． (2)沿电场力方向：做初速度为零，加速度为a＝的匀加速直线运动． ＝ 2．运动规律 (1)偏转距离：由t＝)2． (at2＝，所以y＝，a＝ (2)偏转角度：因为vy ＝at＝)． ＝，所以tan θ＝ 3．一个重要的结论 由. ，可知x＝＝ 如图乙所示，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． 【深度思考】 质子He由静止经同一电场加速后再垂直进入同一偏转电场，它们离开偏转电场时偏移量相同吗？为什么？H和α粒子 答案　相同．若加速电场的电压为U0，有 qU0＝①mv 偏移量y＝)2②(at2＝ ①②联立，得y＝. 即偏移量与m、q均无关． 例2　一束电子流在经U＝5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，如图4所示．若两板间距离d＝1.0 cm，板长l＝5.0 cm，那么，要使电子能从平行板间飞出，两个极板上最大能加多大电压？ 图4 解析　加速过程中，由动能定理有： eU＝mv 进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动 l＝v0t 在垂直于板面的方向电子做匀加速直线运动， 加速度a＝＝ 偏移的距离y＝at2 电子能飞出的条件y≤ 联立解得 U′≤ V＝4.0×102 V ＝ 即要使电子能飞出，两极板上所加电压最大为400 V. 答案　400 V 针对训练2　装置如例2.如果质子经同一加速电压加速(U＝5 000 V，但加速电场方向与例2相反，如图5)，从同一位置垂直进入同一匀强电场(d＝1.0 cm，l＝5.0 cm)，偏转电压U′＝400 V．质子能飞出电场吗？如果能，偏移量是多大？ 图5 答案　能　0.5 cm 解析　在加速电场：qU＝①mv 在偏转电场：l＝v0t② a＝③＝ 偏移量y＝at2④ 由①②③④得：y＝ 上式说明y与q、m无关，解得y＝0.5 cm＝ 即质子恰好从板的右边缘飞出．[来源:Zxxk.Com] 总结提升 无论粒子的质量m、电荷量q如何，只要经过同一电场U1加速，再垂直进入同一偏转电场U2，它们飞出的偏移量y相同(y＝自己证明)也相同．所以同性粒子运动轨迹完全重合．)，偏转角θ(tan θ＝ 三、示波器探秘 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玻璃壳，采用热电子发射方式发射电子．(如图6所示) 图6 2．基