第1章 第6节　示波器的奥秘—2020-2021学年高中粤教版物理选修3-1学习讲义

第六节　示波器的奥秘 [学习目标]　1.[科学思维]掌握带电粒子在电场中的加速、偏转规律并分析其加速度、速度和位移等物理量的变化．(重点)　2.[科学思维]掌握带电粒子在电场中加速、偏转时的能量转化．(重点、难点)　3.[科学态度与责任]了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响． 一、带电粒子的加速 1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的基本粒子，如电子、质子等，虽然它们也会受到万有引力(重力)的作用，但万有引力(重力)一般远小于静电力，可以忽略． 2．带电粒子加速问题的处理方法：利用动能定理分析． 初速度为零的带电粒子，经过电势差为U的电场加速后，qU＝．mv2，则v＝ 二、带电粒子的偏转(垂直进入匀强电场) 1．运动特点 (1)垂直电场方向：不受力，做匀速直线运动． (2)沿着电场方向：受恒定的电场力，做初速度为零的匀加速直线运动． 2．运动规律 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，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、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，如图所示． 2．原理 (1)扫描电压：XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压． (2)灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如在Y偏转板上加一个信号电压，在X偏转板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y偏转电压规律变化的可视图象． 1．正误判断 (1)带电粒子在电场中加速时，不满足能量守恒． (×) (2)带电粒子在匀强电场中一定做类平抛运动． (×) (3)带电粒子在匀强电场中偏转时，粒子做匀变速曲线运动． (√) (4)示波器是带电粒子加速和偏转的综合应用． (√) (5)电视机光屏越大，则偏转电压对应也较大． (√) 2．下列粒子从初速度为零的状态经过电压为U的电场加速后，粒子速度最大的是(　　) A．质子　　 B．氘核 C．氦核 D．钠离子 A　[由动能定理得qU＝大的速度大，A正确．]，所以比荷mv2，v＝ 3．(多选)示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图所示．如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的(　　) A．极板X应带正电 B．极板X′应带正电 C．极板Y应带正电 D．极板Y′应带正电 AC　[由题意电子偏到XOY的区域，则在偏转电极YY′上应向右上运动，故Y板带正电，C正确，D错误；在偏转电极XX′上应向右运动，故X板带正电，A正确，B错误．] 带电粒子在电场中的加速运动 1．关于带电粒子在电场中的重力 (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，此类粒子一般不考虑重力(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． 2．问题处理的方法和思路 (1)分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速；直线还是曲线)，然后选用恰当的规律解题． (2)解决这类问题的基本思路是： ①用运动和力的观点：牛顿定律和运动学知识求解； ②用能量转化的观点：动能定理和功能关系求解． 3．应用动能定理处理这类问题的思路(粒子只受电场力) (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－ 【例1】　(多选)如图所示为示波管中电子枪的原理示意图，示波管内被抽成真空．A为发射电子的阴极，K为接在高电势点的加速阳极，A、K间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出时的速度大小为v.下面的说法中正确的是(　　) A. 如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度仍为v B．如果A、K间距离减半而电压仍为U，则电子离开K时的速度变为v/2 C．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v D．如果A、K间距离不变而电压减半，则电子离开K时的速度变为v/2 AC　[根据动能定理得eU＝v，故C正确，D错误．]可知电压减半时，则电子离开K时的速度变为可知，v与A、K间距离无关，则若A、K间距离减半而电压仍为U不变，则电子离开K时的速度仍为v，故A正确，B错误；根据v＝mv2，得v＝ 处理加速问题的分析方法 (1)若粒子在匀强电场中加速，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)若粒子在非匀强电场中加速，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